無人機告訴你,如何用航測“重建”古建築?

 

在歷史的長流裡

「文物」「古建築」

承載著人類文明的發展

但隨著時代的變遷這些“寶藏”

也經歷著風吹雨打與人為損壞

在久經磨難後它們如何被修繕重建?

而對於古建築的保護又有什麼更有效的方式呢?

DJI大疆行業應用給出了專業的答案

今年3月,DJI大疆行業應用與武漢大學張祖勳院士團隊合作,為山西大同懸空寺建立高精度實景三維模型,為文物古蹟數字化提供技術支持,進而推動文物的研究、分析及保護。

 

懸空寺簡介 – 

懸空寺位於山西省大同市渾源縣恆山金龍峽西側翠屏峰的峭壁間,以如臨深淵的險峻而著稱。其原名為“玄空閣”,“玄”取自於中國傳統宗教道教教理,“空”則來源於佛教的教理,後因整座寺院就像懸掛在懸崖之上而改名為“懸空寺” 。金庸先生稱其:“於松不能生,猿不能攀之處,發偌大願力,憑空建寺”。2010 年,懸空寺入選《時代周刊》世界岌岌可危十大建築。

點擊觀看懸空寺三維模型 

影像採集的挑戰

懸空寺主體利用峭壁的凹凸部分巧妙地依勢而建,素有“懸空寺,半天高,三根馬尾空中吊”的俚語。驚險的地理位置對寺廟的三維建模是一個巨大的挑戰。 

傳統的近景攝影測量方式一般是人工手持或者安裝腳架進行拍攝、測量,這樣具有極大的作業風險,並且無法拍攝到高空的立面場景。如果採用固定翼航測方式,險峻的峭壁環境無法為固定翼飛機提供足夠的起降空間;即便從遠處起飛,固定翼飛機因無法懸停,同樣難以採集到立面影像。

 

而對於可在空中自由懸停的多旋翼無人機而言,這些挑戰迎刃而解。本次採集數據使用的是精靈Phantom 4 RTK ,它的軸距僅有350毫米,重量1391克,可由單人攜帶並且可在狹窄的空間自由起飛。 懸空寺所在的金龍峽是一個南北通透的峽谷,精靈Phantom 4 RTK克服了穿堂風的阻礙成功起飛。在沒有地面控制點的情況下,精靈Phantom 4 RTK仍可通過RTK提供的精准定位信息和高精度成像系統實現高達3厘米的平面精度和5厘米的高程精度

三維建模精準還原

為了更高效完成 3D 測繪的工作,本次作業採用由張祖勳院士團隊提出的“由粗到細”的影像採集策略:

1.  精靈 Phantom 4 RTK 拍攝少量影像

2.  大疆Terra 智圖建立測量區域的粗略模型

3.  在粗略模型上進行三維航線規劃

4.  精靈 Phantom 4 RTK 自動貼近飛行拍攝

5.  將細拍的 730 張照片導入大疆Terra智圖進行三維重建

 

整座寺廟呈“一院兩樓”般佈局,總長約32米,樓閣殿宇40間,構件變化繁多,建模工作量巨大。大疆智圖在6個小時內就完成了730張影像的高精度三維重建。整個建模過程全自動,無需人為再進行參數調整。

懸空寺佈局極為緊湊,六座殿閣相互交叉,棧道飛架,虛實相生,空間層次豐富。大疆智圖重建的高精度三維模型精準還原了建築內的錯落變化,大到滑坡,小至建築內的一根木頭斷裂,皆可清晰重現。

 

距離測量  

 

工作人員在三維模型上點擊目標部位,可以輕鬆測量出對應的坐標、距離、面積和體積,將原本只能由人工定性描述的問題數據化。在模型上發現受破壞或腐蝕的部位,還可進行標註並導出,為針對性的修復提供依據。

 

張祖勳院士團隊對該解決方案給予了高度肯定:

相對於傳統航測,大疆精靈4 RTK 無人機大大降低了數據採集成本,並提供了高精度的影像位置信息,簡化了數據處理流程。另外,大疆智圖軟件的建模效果很驚艷,是一款優秀的三維實景建模軟件。軟硬件之間無縫銜接,形成了一套高效率、高精度的攝影測量解決方案。“

文物數位化已成趨勢

文物古蹟是人類不可再生、不可永生的寶貴資源,是人類文明發展的見證。文物古蹟測繪不僅是一種保存文物數據的方法,也是展示人類文明的有效途徑。國家文物局已專門發文要求全國各級文物行政部門和文物收藏單位要高度重視預防性保護和數位化保護利用有關標準、技術的研究、應用和推廣,加強組織管理,加大人員、經費的支持保障力度。

 

大疆精靈 Phantom 4 RTK 和大疆智圖組成的高精度、高效率、低成本、低門檻的航測解決方案,將大力推動文物古蹟的數位化進程,為保護文化遺產貢獻科技力量。

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