無(wú)人機攝影測量作為一種高科技測繪技術(shù)，為我國文化遺產(chǎn)的保護工作帶來(lái)了革命性的影響，隨著(zhù)經(jīng)緯 M300 RTK 和 DJI P1 的推出，三軸穩定云臺和高精度的飛行航線(xiàn)控制、POS 數據，為張祖勛院士所提出的“貼近攝影測量”提供了全新可能，直接將模型成果的分辨率提高到毫米級別。
樂(lè )山大佛，開(kāi)鑿于唐代，通高 71 米，是中國最大的一尊崖面石刻造像。2020 年底，應樂(lè )山文物部門(mén)邀請，成都攜恩科技聯(lián)合南京韋博智控在大疆行業(yè)應用的支持下，實(shí)施了樂(lè )山大佛的高精度數字化建模作業(yè)。此次航測建模過(guò)程中，遇到了前所未有的挑戰，借助經(jīng)緯 M300 RTK、DJI P1、大疆智圖等軟硬件設備，團隊最終在極短的時(shí)間內高效完成作業(yè)，攻克樂(lè )山大佛毫米級建模任務(wù)，助力樂(lè )山大佛的古跡保護工作。
我們將分別從航線(xiàn)設計、航線(xiàn)執飛、三維重建這幾個(gè)方面來(lái)介紹本次作業(yè)是如何實(shí)現的，快來(lái)看看吧！
樂(lè )山大佛
特殊內凹結構，“由粗到細”為樂(lè )山大佛量身定制航線(xiàn)
樂(lè )山大佛由山體向內開(kāi)鑿而成，形成一個(gè)上小下大的復雜內凹結構，給本次作業(yè)造成了極大的困難。
放大后的航線(xiàn)可以清晰看到航點(diǎn)的序號、位置和偏航角度
針對樂(lè )山大佛這樣極不規則的內凹結構體，如何在保持固定分辨率的同時(shí)，設計具有足夠重疊度的航線(xiàn)是巨大的挑戰，航測團隊采用 “由粗到細”影像采集策略：
1. 經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 采集樂(lè )山大佛粗模
2. 使用大疆智圖輸出粗模點(diǎn)云成果
3. 確認粗模結構完整，提取必要參數進(jìn)行航線(xiàn)設計
4. 使用第三方軟件針對不同結構目標進(jìn)行航線(xiàn)規劃
5. 在大疆智圖導入粗模和航線(xiàn)文件進(jìn)行安全校驗
粗模成果需滿(mǎn)足幾何結構完整、絕對精度高這兩點(diǎn)要求。經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 實(shí)現微秒級時(shí)間同步，提供實(shí)時(shí)厘米級 POS 數據，顯著(zhù)提升模型成果的絕對精度。
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樂(lè )山大佛整個(gè)內凹結構分為頭部、軀干、腿部三個(gè)部分，通過(guò)第三方航線(xiàn)規劃軟件，分別生成針對三個(gè)部分結構特色的航線(xiàn)規劃方案。
樂(lè )山大佛頭部自動(dòng)采集航線(xiàn)
樂(lè )山大佛軀干自動(dòng)采集航線(xiàn)
樂(lè )山大佛腿部自動(dòng)采集航線(xiàn)
為確保拍攝安全，作業(yè)團隊使用大疆智圖進(jìn)行航線(xiàn)檢查。航線(xiàn)規劃完后，借助大疆智圖航點(diǎn)飛行功能，導入粗模和規劃好的航線(xiàn)文件進(jìn)行多視角校驗。大疆智圖不但可以準確再現規劃的航點(diǎn)位置，并且可以依據設定好的偏航、俯仰角度，模擬航點(diǎn)位置錐體投射到模型上的效果，從而檢查航線(xiàn)航點(diǎn)的安全性以及偏航、俯仰角度是否合理。
自動(dòng)+手動(dòng)飛行，全畫(huà)幅相機P1確保更安全的操作空間
對于樂(lè )山大佛這類(lèi)文化遺產(chǎn)，測繪作業(yè)時(shí)確保古跡的安全是重中之重。在此需求下， DJI P1 全畫(huà)幅的優(yōu)勢特別明顯。同樣設計 1mm 的分辨率，精靈 4 RTK 的相對距離為 3.65m，而 DJI P1 配合 35mm 焦段鏡頭的相對距離為 8 m，更換 50mm 鏡頭后相對距離為 11m。更大的相對距離帶來(lái)更安全的操作空間，高效獲取超高分辨率的數據影像。
經(jīng)緯 M300 RTK 搭載了六向雙目視覺(jué)傳感器 ，擁有更強大的避障能力，并且采用多冗余系統設計，保障復雜環(huán)境下的飛行安全。航線(xiàn)飛行支持協(xié)調轉彎過(guò)點(diǎn)不停，大幅提升作業(yè)效率與面積。
此次樂(lè )山大佛建模的難度還來(lái)自于測區紋理非常復雜，容易導致紋理拉花空洞、幾何結構的缺失。得益于大疆智圖的高效處理能力和 DJI P1 準確的內外參， 1,000 張照片空三解算時(shí)間大約為 13 分鐘，2,000 張照片大約 35 分鐘 ，能夠快速對拍攝數據進(jìn)行空三驗證，直觀(guān)反映出哪里需要補充影像，幫助作業(yè)團隊及時(shí)調整航線(xiàn)和作業(yè)流程。
整體外業(yè)作業(yè)非常順利，主要結構部分的數據采集只花費半天時(shí)間就順利完成，甚至還有盈余的電量增加一些手動(dòng)補拍。
經(jīng)緯 M300 RTK 自動(dòng)航線(xiàn)采集
大疆智圖 32 小時(shí)完成三維重建，極致效率建模利器
數據采集完畢后，團隊選擇性能優(yōu)異的大疆智圖進(jìn)行三維重建，生產(chǎn)出符合交付要求的精細化模型，模型成果獲得用戶(hù)認可。
樂(lè )山大佛空三成果
整個(gè)樂(lè )山大佛共采集 4,537 張照片，建模工作量大。對于這種不規則的照片數據，使用大疆智圖單機僅 32 個(gè)小時(shí)就完成了精細化的三維模型重建，整個(gè)建模過(guò)程一鍵式全自動(dòng)，無(wú)需人為再進(jìn)行參數調整。
高精度實(shí)景三維模型精準還原了樂(lè )山大佛的立體面貌和大佛周邊的石刻造像，細節完整清晰，連大佛頭部隱而不見(jiàn)的橫向排水溝都能夠輕松辨別。
模型細節：大佛發(fā)髻處的排水系統
文化遺產(chǎn)保護是世界難題，樂(lè )山大佛在漫長(cháng)歲月中飽受自然風(fēng)雨侵蝕，數據難以采集保存。本次樂(lè )山大佛數字化任務(wù)的圓滿(mǎn)完成，為后續的古跡遺址研究和保護工作提供了超高分辨率、多維度的信息，同時(shí)驗證了經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 在貼近攝影測量應用中的實(shí)戰能力，讓更多航測難題不再難。