公務(wù)員期刊網(wǎng) 論文中心 正文

鄉(xiāng)村古建筑保護(hù)中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了鄉(xiāng)村古建筑保護(hù)中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

鄉(xiāng)村古建筑保護(hù)中無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用

【摘要】文章以涪陵區(qū)某莊園古建筑保護(hù)為例,采用小型無人機(jī)開展航測實(shí)驗(yàn),建立建筑實(shí)景三維模型,并驗(yàn)證了模型的精度。實(shí)驗(yàn)表明,無人機(jī)航測技術(shù)在鄉(xiāng)村古建筑保護(hù)中有一定的優(yōu)勢,為鄉(xiāng)村古建筑的現(xiàn)狀分析、后續(xù)開發(fā)利用提供了一條可行的技術(shù)手段。 

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航測技術(shù);鄉(xiāng)村;古建筑;實(shí)景三維模型

1引言

古建筑是社會進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)繁榮、文化昌盛的標(biāo)志,它以獨(dú)特的形式承載了大量的歷史信息,是各地區(qū)獨(dú)特鄉(xiāng)土文化的集中體現(xiàn)[1]。但現(xiàn)實(shí)中,傳統(tǒng)民間建筑的傳承、保護(hù)與開發(fā)仍處于十分尷尬的境地,具體措施往往滯后[2]。改革開放以來,城市建設(shè)飛速發(fā)展,鄉(xiāng)村居民逐漸向城市搬遷,由于早期沒有對古建筑進(jìn)行相應(yīng)的評估,且許多民間古建筑長時間無人看管維護(hù),使很多古建筑在城鄉(xiāng)建設(shè)途中逐漸消亡[3]。目前,還沒開發(fā)并保護(hù)相對完好的古建筑,大多分布在偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村中[4]。隨著第三產(chǎn)業(yè)的興起以及人民生活水平的大幅提高,旅游業(yè)服務(wù)需求激增,因此,各地開始打造文化旅游基地,挖掘歷史人物、名勝古跡,打造了一批如“麗江古城、同里古鎮(zhèn)、鳳凰古城、磁器口古鎮(zhèn)”等歷史文化名鎮(zhèn),為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了極大品牌效應(yīng)。然而,偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后,古跡文化的挖掘程度還不夠高,原始素材獲取手段較為單一,因此采用一種新型技術(shù)手段,對鄉(xiāng)村古建筑現(xiàn)狀進(jìn)行分析,建立照片、影像及三維實(shí)景模型等多維資料,進(jìn)而開展古建筑保護(hù)、鄉(xiāng)村景點(diǎn)打造,對貧困鄉(xiāng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的推動意義。

2無人機(jī)航測技術(shù)的優(yōu)勢

無人機(jī)航測系統(tǒng)是以無人機(jī)為飛行平臺,搭載相機(jī)、激光雷達(dá)、三維激光掃描、熱紅外、高光譜等設(shè)備,以飛控軟件控制其自主飛行,獲取所需遙感數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。無人機(jī)航測技術(shù)相對于衛(wèi)星遙感技術(shù),具備工作方式比較靈活,生產(chǎn)周期較短,適合于中小范圍地形勘察或三維建模項(xiàng)目,相對于傳統(tǒng)測繪技術(shù),具備二維及三維成果豐富、不需要點(diǎn)位間通視,勞動強(qiáng)度低、工作相對安全等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于各行業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計、國土資源管理與開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處理、電力水利行業(yè)巡線安檢、智慧城市等領(lǐng)域,尤其是在工程測繪、國土資源調(diào)查監(jiān)測、應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景[5]。在古建筑保護(hù)中,覆蓋區(qū)域較小,因此旋翼無人機(jī)相對于另外兩種類型無人機(jī),具備起飛條件機(jī)動靈活、數(shù)據(jù)采集方便、影像處理及時高效、設(shè)備維護(hù)成本較低等優(yōu)點(diǎn),因此,利用旋翼無人機(jī)以遙感測量技術(shù)手段,利用航拍影像建立古建筑的實(shí)景三維模型,有利于降低人工作業(yè)風(fēng)險,更適合古建筑遺產(chǎn)保護(hù)工作[6]。

3古建筑應(yīng)用實(shí)例

3.1古建筑概況

本次實(shí)驗(yàn)選址為陳萬寶莊園,位于重慶涪陵區(qū)青羊鎮(zhèn),為穿枓木結(jié)構(gòu),兩重堂四合院帶附院一樓一底建筑,建筑面積在10hm2以上,其建筑結(jié)構(gòu)、建筑風(fēng)格、建筑設(shè)計、建筑藝術(shù)堪稱民居精品,素有川東陳萬寶,川西劉文彩之說法[7]。但是,由于位處偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村和以前保護(hù)意識不夠強(qiáng),在鄉(xiāng)村改造中其主樓已被拆除,目前莊園其他建筑保護(hù)及配套設(shè)施建設(shè)也不夠完備,制約了新時代鄉(xiāng)村旅游資源的開發(fā),為此,采用無人機(jī)航測技術(shù)開展應(yīng)用研究,獲取三維模型及影像資料,助力古建筑保護(hù)。

3.2航測實(shí)驗(yàn)開展

莊園建筑為兩層磚木結(jié)構(gòu),且建筑區(qū)域相對平坦,因此以大疆精靈4Pro無人機(jī)開展航測實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中,將無人機(jī)飛行到一定高度,運(yùn)用手動航拍模式,先將攝像頭調(diào)至向下90°,每隔一定距離拍攝正射影像,之后將攝像頭調(diào)至向下45°,同樣手段拍攝四個方向傾斜影像,共計150張,航拍位置如圖1所示。

3.3建筑三維模型制作

目前,建筑傾斜實(shí)景三維建模軟件主要有Pix4D、ContextCapture、Photoscan、Inpho、Mirauge3D等,各處理軟件均有其特點(diǎn)。本次實(shí)驗(yàn)像片處理采用ContextCapture軟件,該軟件綜合性能較好,且智能化極強(qiáng),處理較為便捷。模型制作過程如下。1)新建工程設(shè)置工程路徑,將像片導(dǎo)入軟件中,檢查像片參數(shù),屬性一般默認(rèn)設(shè)置,添加像控點(diǎn)并進(jìn)行刺點(diǎn)工作,提交空中三角測量。若空三運(yùn)行正確,則進(jìn)入下一步,若空三出現(xiàn)錯誤,則需檢核刺點(diǎn)位置、控制點(diǎn)信息等是否準(zhǔn)確,檢查路徑重新提交即可。2)新建重建項(xiàng)目根據(jù)運(yùn)行電腦RAM確定切塊大小,編輯空間框架,對工程范圍進(jìn)行裁切,設(shè)定好之后,即可提交新的生產(chǎn)項(xiàng)目。3)設(shè)定輸出形式根據(jù)產(chǎn)品需求,設(shè)定輸出成果形式,打開引擎,軟件自行計算。4)檢查三維模型效果可用Acute3DViewer軟件打開場景數(shù)據(jù),檢查三維模型處理效果,經(jīng)過與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)景模型成果精度在cm級,模型效果較好,量測對比示意圖如圖2所示。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),可見消費(fèi)型無人機(jī)在古建筑保護(hù),尤其是前期規(guī)劃、三維模型資料獲取方面有很大的優(yōu)勢,其投入成本和技術(shù)難度不高,對鄉(xiāng)村古建筑保護(hù)有很大的應(yīng)用價值,尤其是在古建筑保護(hù)立項(xiàng)申報前或維護(hù)經(jīng)費(fèi)不足等環(huán)節(jié)中得到充分的應(yīng)用。另外,為保證模型的完整度,尤其是在遮擋區(qū)域,還需要地面補(bǔ)拍,協(xié)同處理,彌補(bǔ)模型中部分空洞或模糊情況,得到較好的三維實(shí)景模型。如果需要更高精度的三維實(shí)景模型,如mm級,則需借助三維激光掃描技術(shù)來完成,這個投入就相對要大一些了,可在后續(xù)精細(xì)三維模型建設(shè)中使用。

4結(jié)語

通過無人機(jī)航測技術(shù)建立三維實(shí)景模型在各領(lǐng)域中的應(yīng)用已十分廣泛,三維實(shí)景模型技術(shù)的發(fā)展,對鄉(xiāng)村古建筑的現(xiàn)狀挖掘、保護(hù)修復(fù)以及地方特色景區(qū)的打造推廣有極大的意義。因此,無人機(jī)航測技術(shù)作為一種新型的技術(shù)手段,持續(xù)挖掘西南片區(qū)鄉(xiāng)村古建筑的特色,促進(jìn)古建筑保護(hù)和地方經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展,為貧困鄉(xiāng)村脫貧攻堅提供一條可行的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]永樂古建.民間古建筑保護(hù)可謂任重而道遠(yuǎn)仍需不斷探索[EB/OL].

[2]樊雯,方大蓉.城市化進(jìn)程中的歷史文化堅守——望水古鎮(zhèn)建筑文化的保護(hù)與傳承[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,34(5):113-118.

[3]宋磊.古建筑保護(hù)中的新技術(shù)應(yīng)用[J].城市建筑,2020,17(21):136-137.

[4]段德罡,劉波,申研.以“用”促“?!薄惤瓕毶绞^城保護(hù)實(shí)踐[J].華中建筑,2012,30(6):123-127.

[5]2019世界無人機(jī)大會無人機(jī)測繪行業(yè)交流論壇[J].中國公共安全,2019(8):26.

[6]閆宇,李哲,張玉坤,張鳳梧.“空地協(xié)同”的古建筑測繪方法初探——北京壽皇殿建筑群實(shí)施案例分析和總結(jié)[J].古建園林技術(shù),2015(4):81-86.

[7]360百科.陳萬寶莊園[EB/OL].

作者:袁士才 劉書婷 唐忠海 陳章傑 單位:長江師范學(xué)院