倾斜摄影测量技术在古建筑测绘中的运用研究
——以郴州市汝城县朱氏宗祠建筑测绘为例

游富强 范迎春

You Fu-qiangFan Ying-chun*

（湖南第一师范学院美术与设计学院，湖南 长沙410205）

倾斜摄影测量技术是指在飞行平台上搭载多平台相机，同时从一个垂直角度以及其他若干个不同的倾斜角度采集影像的技术[1]。倾斜摄影建模的实质是照片贴图建模。相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实地反映地物的实际情况，还能直接基于影像进行各种量测，如高度、长度、面积及实际坐标等[2]。

在建筑工程相关方面，无人机倾斜摄影测量技术目前已广泛应用于地理测绘、城市规划建设和项目管理等方面[3-5]。大空间的倾斜摄影建模一般借助无人机拍摄的方式采取现场图片。其方便、快捷、效率高的特点非常适合于古建保护领域。针对古宗祠建模，采用航拍倾斜摄影建模的方式能够比较快速地还原建筑现状和周边环境。

1 倾斜摄影建模的基本原理

倾斜摄影建模的基本原理是通过在飞行平台获取同一物体在不同空间位置上的外观信息，具体包括同时从1 个垂直、4 个倾斜5 个不同的角度采集影像，能够生成符合人眼视觉的真实直观的影像效果[6]。对现场的高度还原和快捷性特别针对需要对建筑现状高度还原的古建保护领域。其应用具有以下特性。

第一，倾斜摄影可以快速地反映研究对象的真实状况，相比于平面摄像，可以从不同的角度去获取研究对象的各种数据，显示效果更加真实、立体、直观。

第二，倾斜摄影可以对建筑物的空间垂直面的建筑外部纹理进行直观采集。立面纹理的处理通过对航拍影像中建筑物立面纹理的提取，可以获取建筑物立面纹理的图像，用以进行三维场景的重建[7]。极大地促进古宗祠建筑建模效率并降低其经济成本。

2 倾斜摄影建模提高精度原理

针对古宗祠倾斜摄影建模提升精度的方式：

（1）完成倾斜摄影建模并提高模型精度，航向重叠和旁向重叠最少要在80%以上。航向和旁向重叠率越高精度越高。航向一般是5 条航线。物体正上方一条高密度“S”型航线。以及围绕航线的4 个方向进行同样的高密度“S”型航线飞行。航线密度越高，后期模型越精确。无人机一般采取自动拍摄照片，减少人工拍摄过程中的失误，确保照片数量和质量。

（2）测量时相机距被测物体的距离控制在合理距离，并且相机的像素与模型的质量呈正比。如果想得到物体局部更加精细的三维模型，要采用更高像素的相机拍摄和多层次的方法采集影像。单航线精度不够可以针对同一物体进行高度不同的多航线飞行采集图片。

（3）被摄物体或部位要占照片区域50%以上，连续每张照片之间的重叠率最少在1/3。单一物体出现在照片中的比例越多，角度越丰富，后期模型处理的精度越高。

（4）如果建筑物表面有凸出或者是镂空等部位，有必要对建筑物局部进行多角度重新采集[8]。特别针对于古宗祠装饰构件、斗拱等进行多角度补拍，提高局部精度。

（5）如果所拍摄物体太高，需要多航线分层对物体进行采集，相邻两条航线之间的重叠度也遵循在80%以上的规则。可针对物体进行不同高度上的手动环绕拍摄，以确保航拍精度。

182个电池串联成一组，可提供的电池平均电压为582.4 V，可以满足直流母线的供电需求。电池的单组容量为100 A·h，故需要并联的电池组为7组。

3 倾斜摄影建模操作流程

如前文所述的技术路线，现将该技术应用于郴州汝城朱氏宗祠建模项目。将采集到的影像数据利用Altizure 进行高精度三维建模。具体流程如下：

（1）确认航拍范围（场地试飞）。利用Altizure 规划无人机飞行航线。由于该项目处于乡村地区，在卫星地图上未能显示卫星图像，且项目周边可供参照的建筑物较少，故通过试飞来确定该项目在地图上所对应的范围。而且试飞能够了解周边障碍物高度，排除隐患。在此基础上再进行航线规划，确定测量范围、飞行高度等信息。针对朱氏宗祠周边现实情况，现场设计航线见图1。

（2）全场地范围航测。通过场地试飞已确定了项目边界在地图上的大致位置，在Altizure 软件中调整拍摄项目的范围，软件会根据测量范围自动规划好5 条航线。航线规划完成后开始进行拍摄。如前所述，在全场地航测中开展一次仅以一条垂直角度相机航线进行折线型组合的路线飞行，从而在垂直方向获取大面积影像。具体摄像摄影参数见图2。

（3）局部细节。单体部分选取建筑细节进行补充拍摄。采用DJI GO 4 软件。建筑的立面外侧采用DJI GO 4 软件，对不同高度采用直线、环形等模式进行手动拍摄。

（4）通过Altizure 平台上传照片建模。拍摄共采集500 张照片，点击创建项目上传图片。图片上传后平台会根据图片有足够重叠度；多角度拍摄；统一相机设定（如曝光，焦距）；物体是否处于静止状态等条件来判断图片的质量。自动识别不符合标准图片，并自主进行照片替换。照片应该避免只有透明，反光，纯色表面；模糊，失焦；有时间印或其他固定标记等。还可以设立项目基本信息，检查照片信息等。其具体窗口见图3。

（5）系统自动处理。点击自动建模之后，模型处理会在云平台处理器上完成。模型处理完成之后系统会通过邮件的方式通知项目进度。朱氏宗祠现场照片上传平台之后，平台通过24h 的时间将现场的模型自动建模完成。处理完成的模型相机视角如图4 所示。

图1 航线设计图

图2 摄像摄影参数

图3 照片信息

（7）项目分享。通过平台的服务优势，可以实现移动端的模型浏览。主要分享方式有（https://www.altizure.cn/project -model?pid =5cc3fff389431d374de16d10&render =texture&campose=false）和二维码分享方式（见图6）。

图4 模型相机视角

图5 操作页面

图6 项目模型浏览二维码

4 结论

文章按照无人机倾斜摄影技术的技术路线要求，通过Altizure 软件平台对朱氏宗祠建筑进行测绘建模，验证无人机倾斜摄影应用于古建筑三维建模的可行性和可操作性，得出了以下经验。

（1）该技术在实际项目应用前，须对项目地区地理信息及飞航管制区域进行调查。针对项目周边未开发，存在较难定位航测范围的问题，通过多平台地图定位予以解决；需要试飞来确定测区的飞行范围，并且特别需要考虑无人机的续航能力；还要提前进行作业区域的试飞，判断周边环境。因此为实现高效采集作业，采集前合理规划方案至关重要。

（2）拍摄之前要提前做好采集飞行计划。为使模型精度提升而执行多条航线拍摄，但同时影像数量及建模时间也随之攀升。数据的完善和补充采集可通过提高无人机飞行高度，或降低航向/旁向重叠率以减少照片数量，总结航线设置、飞行高度、相机倾角、重叠率较优取值，在保证模型精度的同时也提高数据采集与建模效率。

（3）通过Altizure 平台能够快速方便地分享浏览古建及其周边环境，降低浏览成本，具有更好的传播性。但缺点在于项目模型的下载及私密性设置需要开通会员服务。