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大疆無(wú)人機(jī)：高效、智能的新測(cè)繪模式，助力文化遺產(chǎn)保護(hù)

   我國(guó)歷史悠久，文化遺產(chǎn)眾多，其中也不乏一些大型建筑文物。建筑既是歷史，也是見(jiàn)證，各個(gè)時(shí)代的建筑風(fēng)格迥異，各具特色，是傳承歷史文脈的重要載體。保護(hù)、修繕甚至是重建歷史建筑，都需要其基本信息的建檔。隨著無(wú)人機(jī)的發(fā)展，古建筑保護(hù)方面開(kāi)始借助無(wú)人機(jī)來(lái)更高效、智能的完成測(cè)繪建檔工作。

   古建筑保護(hù)刻不容緩

   根據(jù)資料顯示，2011 年第三次全國(guó)文物普查核定登記中，全國(guó)不可移動(dòng)文物一共 76.6 萬(wàn)處，古建筑以及代表性建筑約 40 多萬(wàn)處。在這其中，保存狀態(tài)較差的占 17.77%，保存狀況差的占 8.43%。也就是說(shuō)有相當(dāng)規(guī)模的古建筑或者代表性建筑都已經(jīng)十分危險(xiǎn)。

   在第二次到第三次全國(guó)文物普查的 22 年期間，約有 4.4 萬(wàn)處不可移動(dòng)文物登記已經(jīng)消失，也就是說(shuō)這些古建筑、代表性建筑已經(jīng)損毀。不只是我國(guó)，還記得 2001 年阿富汗的巴米揚(yáng)大佛嗎，還記得 2019 年法國(guó)的巴黎圣母院大火嗎，那些聞名世界的歷史建筑也在經(jīng)歷意外和歲月的摧殘。

   2021 年 10 月，一場(chǎng)暴雨過(guò)后，山西南部新絳縣閆家莊村的古樓魁星閣坍塌了，經(jīng)歷了百年風(fēng)雨的歷史遺跡就此消失。這也是給世人的一次警示，雖然這座古樓未被登記在冊(cè)，但是卻受到各界關(guān)注，由此引發(fā)的深思更是讓人尋味。因此，對(duì)于古建筑這樣的文物就更有保護(hù)和建檔的必要了，而這里最重要的工作就是最開(kāi)始提到的測(cè)繪。根據(jù)住建部的要求，從 2020 年開(kāi)始到 2022 年，全國(guó)需完成歷史建筑 100% 測(cè)繪及系統(tǒng)錄入工作，并且明確鼓勵(lì)采用攝影測(cè)量、三維激光等新技術(shù)來(lái)完成。

  無(wú)人機(jī)成為測(cè)繪的最佳工具

  近年來(lái)，越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)通過(guò)大疆無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)繪工作，不僅提升了效率，而且獲得了高精度的圖像和數(shù)據(jù)。

  不知道大家是否還記得今年 4 月份影視颶風(fēng)的一則視頻，他們前往河南洛陽(yáng)老君山的道觀群，利用大疆經(jīng)緯 M300 RTK 和 P1 云臺(tái)進(jìn)行整座山的拍照掃描，由于有高精度 RTK 定位系統(tǒng)，因此可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位。通過(guò)軟件對(duì)無(wú)人機(jī)指定精準(zhǔn)的飛行航線設(shè)定，然后由無(wú)人機(jī)進(jìn)行大范圍的高精度拍照掃描。而在細(xì)小空間中，團(tuán)隊(duì)使用同樣具備高精度定位系統(tǒng)的精靈 4 RTK 無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍照掃描。就這樣，30 天 10000 張照片，他們?cè)陔娔X中合成了高度還原的古建筑建模，并且可以在電腦中翱翔瀏覽各個(gè)細(xì)節(jié)之處。

  有了這次經(jīng)驗(yàn)，隨后團(tuán)隊(duì)又前往湖北道教名山武當(dāng)山，以同樣的手法，對(duì)武當(dāng)山的古建筑進(jìn)行掃描建檔。由于氣候經(jīng)常瞬變，武當(dāng)山的拍照掃描難度更大，經(jīng)常會(huì)突然襲來(lái)一片大霧，人眼和圖傳遙控器內(nèi)已經(jīng)什么都看不到了，因此就要依賴大疆無(wú)人機(jī)的自動(dòng)返航能力讓無(wú)人機(jī)回到起飛點(diǎn)。可以看到，在使用無(wú)人機(jī)拍照掃描的時(shí)候，無(wú)人機(jī)自身的安全性能也至關(guān)重要。

  2020 年底，一支測(cè)繪團(tuán)隊(duì)受到樂(lè)山文物部門邀請(qǐng)，前往四川對(duì)樂(lè)山大佛進(jìn)行高精度航測(cè)建模。團(tuán)隊(duì)攜帶大疆經(jīng)緯 M300 RTK 無(wú)人機(jī)和 P1 云臺(tái)，搭配大疆智圖軟件一起使用，采用 " 由粗到細(xì) " 的影像采集策略。由于無(wú)人機(jī)的高效工作，僅半天時(shí)間就完成了數(shù)據(jù)收集，再經(jīng)過(guò) 32 小時(shí)完成三維重建，并且首次實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)分辨率的建模，大佛頭部隱而不見(jiàn)的橫向排水溝都可以清晰分辨，為國(guó)家文物保護(hù)工作帶來(lái)了新的思路。

  2021 年底，由大疆行業(yè)應(yīng)用聯(lián)合各界舉辦的 "2021 年文化遺產(chǎn)數(shù)字化無(wú)人機(jī)貼近攝影測(cè)量大賽 " 圓滿結(jié)束，大賽覆蓋 28 省市，提交了多達(dá) 170 余項(xiàng)作品，涉及超過(guò) 20 個(gè)行業(yè)。在大賽中，梵凈山測(cè)繪團(tuán)隊(duì)利用大疆經(jīng)緯 M300 RTK+P1 云臺(tái)，搭配大疆精靈 4 RTK 的方式，對(duì)梵凈山進(jìn)行拍照測(cè)繪，共采集了 21000 張有效照片，并且利用大疆智圖進(jìn)行建模，將梵凈山的精確數(shù)據(jù)進(jìn)行保存建檔。此后，武義三根半塔、蟠龍山長(zhǎng)城、沈陽(yáng)故宮大政殿等歷史文物古跡的精確數(shù)據(jù)也紛紛被建檔保存。得益于大賽，為人們展示了新技術(shù)在保護(hù)古建筑方面所貢獻(xiàn)的力量，讓社會(huì)看到數(shù)字化對(duì)文化遺產(chǎn)保護(hù)的重要性。

  無(wú)人機(jī)測(cè)繪有何優(yōu)勢(shì)？

   為什么這么多機(jī)構(gòu)會(huì)選擇無(wú)人機(jī)測(cè)繪？答案就是高效、高精度、智能。無(wú)人機(jī)測(cè)繪所使用的是貼近攝影測(cè)量 ( nap-of-the-object photogrammetry ) 技術(shù)，是張祖勛院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)精細(xì)化測(cè)量需求提出的全新攝影測(cè)量技術(shù)，也是垂直攝影、傾斜攝影之外的第三種攝影方式，這種技術(shù)就需要依賴無(wú)人機(jī)這個(gè)新興產(chǎn)品的特性才能得以實(shí)現(xiàn)。

  傳統(tǒng)的測(cè)繪儀器多數(shù)是基于點(diǎn)線面，也就是幾何數(shù)據(jù)的測(cè)量和位置的測(cè)量。無(wú)人機(jī)的攝影測(cè)量技術(shù)獲取的是影像數(shù)據(jù)，基于照片和攝影測(cè)量來(lái)完成三維建模。這樣不僅可以得到古建筑的長(zhǎng)度、高度、寬度等數(shù)據(jù)，可以獲得古建筑的紋理、細(xì)節(jié)、色彩等等數(shù)據(jù)，讓我們的測(cè)繪建檔可以更加詳細(xì)。

  傳統(tǒng)的測(cè)繪手段中，幾乎都是依靠人力來(lái)完成。尤其是對(duì)于建筑這種高大物體的測(cè)繪，更是難度頗大，因此歷時(shí)都會(huì)很久，效率非常低。另外就是很多古建筑所處地形非常復(fù)雜，人只能夠站在地面或者建筑之上進(jìn)行測(cè)量，還需要人工搭建測(cè)繪儀器，甚至需要人工丈量、臨摹和描繪。有很多古跡、古建筑已經(jīng)十分脆弱，或者處于修繕階段，人員和測(cè)繪儀器直接接觸古建筑，容易產(chǎn)生更多的破壞。無(wú)人機(jī)采用的是非接觸式的測(cè)繪方式，在測(cè)量過(guò)程中，與古建筑沒(méi)有任何接觸，因此不會(huì)對(duì)古建筑造成二次傷害。

   此外，無(wú)人機(jī)測(cè)繪效率更高，并且更加智能的完成工作。在山西洪洞縣東北部霍山的廣勝寺飛虹塔項(xiàng)目中，由于環(huán)境的束縛，人力完成測(cè)繪十分困難，但是通過(guò)大疆無(wú)人機(jī)，可以快速完成作業(yè)。在測(cè)繪過(guò)程中，大疆行業(yè)應(yīng)用的合作伙伴規(guī)劃了外業(yè)拍攝 16 層航線，累計(jì)拍攝照片 1451 張，最大程度的還原了塔身紋理和細(xì)節(jié)。

  山西大同懸空寺的測(cè)繪中，采用了 " 由粗到細(xì) " 的策略，先通過(guò)大疆無(wú)人機(jī)拍攝少了圖像，再次基礎(chǔ)上，通過(guò)大疆智圖建立測(cè)量區(qū)的粗略模型。航線規(guī)劃軟件會(huì)通過(guò)這些粗略模型來(lái)生成精細(xì)拍攝所需的三維航跡，大疆無(wú)人機(jī)將會(huì)通過(guò)這些航跡來(lái)實(shí)現(xiàn)近距離拍攝。隨后查缺補(bǔ)漏，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)在更合適的角度上補(bǔ)拍。最后，通過(guò)軟件在照片的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)化的三維重建。這種新方式是傳統(tǒng)人力測(cè)繪無(wú)法達(dá)到的全面性和精細(xì)程度。

  大疆助力文化遺產(chǎn)保護(hù)

  目前，大疆具備了一套完整的測(cè)繪解決方案，包括飛行平臺(tái)、航測(cè)負(fù)載、定位服務(wù)、軟件、培訓(xùn)以及售后。

  在硬件方面，大疆除了 M300 RTK、精靈 4 RTK 等大家熟悉的行業(yè)無(wú)人機(jī)之外，在 9 月底剛剛發(fā)布了 Mavic 3 行業(yè)系列的 Mavic 3E。Mavic 3E 搭載了 2000 萬(wàn)像素 4/3 畫幅的大底傳感器設(shè)計(jì)，搭配 RTK 模塊可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度的定位，因此可以更好的完成高精度、高質(zhì)量照片的記錄，更好的為文化遺產(chǎn)保護(hù)提供強(qiáng)大、智能的技術(shù)支持。

   在軟件方面，大疆智圖可以提供自主航線規(guī)劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建的支持。并且這款軟件是完全自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)軟件，可以深度匹配大疆無(wú)人機(jī)所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成整個(gè)方案和作業(yè)流。

   有了硬件和軟件的加持，可以更好的服務(wù)于文化遺產(chǎn)保護(hù)。傳統(tǒng)的測(cè)繪工具價(jià)格高、操作難，門檻極高。大疆將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)帶入古建筑測(cè)繪領(lǐng)域，推動(dòng)了測(cè)繪方式的價(jià)格、技術(shù)和應(yīng)用的平民化，同時(shí)降低購(gòu)買門檻以及操作門檻。正是如此，可以讓文化遺產(chǎn)保護(hù)的方式得到轉(zhuǎn)型、得到升級(jí)，提升效率的同時(shí)，獲得精度更高、效果更好的成果，讓文化遺產(chǎn)數(shù)字化的進(jìn)程更簡(jiǎn)單、平坦。

  "2021 年文化遺產(chǎn)數(shù)字化無(wú)人機(jī)貼近攝影測(cè)量大賽 " 成功的讓大疆和社交媒體平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)行深入接觸，并且也是一次成功的宣傳。更多的人借由大疆的解決方案和宣傳，開(kāi)始關(guān)注文化遺產(chǎn)保護(hù)，關(guān)注行業(yè)從業(yè)人員所付出的努力，甚至開(kāi)始深入文化遺產(chǎn)保護(hù)之中，貢獻(xiàn)自己的力量。而大疆的期許不僅如此，大疆希望無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)不僅可以服務(wù)于中國(guó)的文化遺產(chǎn)的保護(hù)，同時(shí)也可以為世界文化遺產(chǎn)的數(shù)字化助力。這與大疆的理念保持一致，大疆希望自己可以為人類做點(diǎn)事情。