倾斜摄影测量技术在西藏文物建筑保护中的应用

王达标

摘 要：近年来，相关人员在保护和修复西藏文物建筑时，会使用倾斜摄影测量技术来获取文物建筑的全彩色三维数据。这种测量技术比传统测量技术更加快捷、高效。概述运用倾斜摄影测量技术进行三维建模的实践案例，分析这一技术在西藏文物建筑保护中运用存在的问题，并指出倾斜摄影测量技术的应用前景，对西藏文物建筑的保护具有一定的实用价值。

关键词：倾斜摄影测量技术;西藏文物建筑;三维建模

基金项目：本文系西藏大学培育基金项目“西藏传统寺庙总体形态特征及动因分析——以拉萨三大寺为例”（ZDQMJH18-07）、西藏大学环喜马拉雅区域建筑研究“环喜马拉雅区域建筑研究”（ZFYJY201902015）研究成果。

文物建筑是一个时代和地区精神文化与历史特征的载体，是珍贵的物质和精神财富，保护文物建筑对我国传统文化的传承具有积极作用。近年来，我国越来越重视文物建筑的保护工作。2018年10月8日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于加强文物保护利用改革的若干意见》，对文物保护利用改革工作提出了更高的要求，对新时代文物事业改革发展进行了全面部署。我国之前对文物建筑进行总体测绘主要依靠人力，之后逐渐开始将三维扫描仪作为收集点云数据的工具。由于三维扫描仪视角具有局限性，因此无法完整地拼接出全面的三维点云数据，这给文物建筑顶面点云数据及地形点云数据的采集造成了一定的影响。

与此同时，社会经济的快速发展也给西藏传统文物建筑保护带来了许多新的挑战。西藏地区大量的文物建筑处于地质条件较危险的山区地带，难以抵御自然环境的急剧变化。再加上西藏文物建筑大多缺少三维数据，建筑一旦被破坏就难以修复。此外，文化旅游业的飞速发展使西藏大量文物建筑承受游客不间断参观的压力，这会给建筑的木结构带来持续且不可预见的伤害。因此，西藏地区文物保护工作迫在眉睫。传统的人力测绘加三维扫描的模式难以获取文物建筑群落精准的空间位置信息，而利用倾斜摄影测量技术则可以快速建立文物建筑全景式、全色彩的三维模型，清晰地展现建筑与周围环境的地形及位置关系。该技术还支持后期的数据分析研究，能够建立三维模型数据库，从而实现文物建筑的数字化保存。

一、倾斜摄影测量技术

在传统建筑的保护过程中，最基础的工作就是对传统建筑物本体进行有效测量，获得建筑物三维表征的各项数据。在这个过程中，需要对三维建筑实体进行二维数据测量，然后利用大量的二維数据重新拼合出三维建筑实体。虽然以这样的方式进行测量可以得出三维建筑模型，但这种方法也具有一定的局限性。

如果在测量时使用倾斜摄影测量技术，则首先要对测量对象进行不同角度且有一定重叠率的拍摄，这一过程往往用无人机加五向镜头来完成。其次是要通过软件对不同影像间的相同像素点进行三角测量的处理及计算，在数字世界生成虚拟现实的三维模型数据库，以此来实现测量对象的数字化。在测量中使用这一技术，相对传统测量而言更加真实、快捷、高效。而且利用数字化技术保存文物古建筑各项形式的数据和空间位置关系等重要资源，可以实现对濒危文物资源科学、高精度且永久的保存。

这一技术的运用对西藏文物建筑而言最大的优势就是能够把建筑物同周围地形环境一同建模。西藏的文物建筑大多建在地貌复杂、高低差较大的山地上，因此需要格外重视地形对文物建筑安全、整体风貌、艺术景观等方面的影响。

二、应用实例：热玛强康拉康

（一）实例概况

热玛强康拉康位于西藏自治区拉萨市林周县卡孜乡克布村，是一座藏传佛教寺院。该寺始建于公元1015年，2009年，被列为西藏自治区文物保护单位。热玛强康拉康现有建筑由经堂、拉章、僧舍等建筑组成，寺内主供强巴佛，为林周“澎波强巴三兄弟”之一，号称“念列强巴佛（意思为耳美）”。寺内珍藏大量佛教塑像、佛塔等文物，具有较高的历史及艺术价值。该寺所在地海拔接近4200米，其下是160余米高的陡峭山坡，背后依靠像五指山一样百米高的悬崖峭壁，地势极其险峻，建筑嵌在崖体之上，山寺融为一体，分布面积2000多平方米，利用传统方法测量难度极大（图1）。

（二）主要步骤

通过倾斜摄影测量技术获得整个地理环境与建筑关系的三维全彩数字模型、DSM、正射影像及DWG总平面图，整个过程安全、快捷、真实、高效。无人机以 Phantom 4 Pro V2.0为例，后期数据处理软件以Context Capture为例，主要步骤如下。

一是要检查无人机设备的状态。检查电池电量是否能够满足飞行所需时间;检查飞控软件与无人机之间是否进行了有效连接。此外，针对不同的拍摄对象，应给无人机镜头设置对应的参数。

二是通过现场勘察确定需要测量的区域范围，从而规划无人机的航线。要确认无人机飞行高度及航向重叠率、旁向重叠率、镜头角度等参数。无人机飞行高度越低，照片重叠率越高;无人机滞空时间越长，数据量越大，模型质量就越高。

三是操控无人机飞行。在这个过程中，若临近山崖峭壁，则需要在设定好航测高度后，先手动操控无人机起飞到航测高度，然后让其飞临区域范围的各边缘点。相关人员要实时检查自主飞行过程中无人机是否存在撞击风险。

四是让无人机自主飞行。无人机利用航测软件进行自主定位拍摄，且在飞行过程中相关人员要随时关注风速和接收信号的强度对自主航测的影响，要尽量做到肉眼观察，避免无人机信号丢失的情况发生。

五是当飞行时长超过无人机的续航时间时，需要手动更换电池，通过多次飞行来完成数据的采集工作。

六是检查图像数据，导入工作站，在Context Capture软件中调整相应参数，进行空三加密和三维建模、正射影像的生成。此外，还可以根据需求转换不同的数据格式，利用测绘软件绘制出总平面图（图2）。

（三）存在的问题及注意事项

其一，西藏文物建筑所在的地域往往地形复杂、气候多变且海拔较高。相关人员在设定无人机飞行高度时要极为慎重。在飞行拍摄过程中，受气候、地形等因素的影响，信号丢失的状况频发，因此操作者需要不间断地观察飞机的状态，及时处理特殊情况。

其二，西藏文物建筑组合复杂，外形特殊，尤其是檐口部位，厚度较大且细节烦琐，三维数字模型容易出现檐口鼓包等情况，致使正射影像失真。这就需要后期在Context Capture软件中通过设置相关参数进行处理。

其三，西藏阳光强烈，空气通透度高，建筑明暗光比极大。因此，可适当加拍建筑的阴影部位，加入空三运算以提升建筑阴影部分的生成效果。

其四，运用倾斜摄影测量技术得到的图像数据量十分庞大，处理起来需要耗费大量时间。因此，可以使用配置较高的计算机或使用计算机集群来联网处理，以提高后期出图的工作效率。

（四）三维数据的分析和利用

三维数据可以轻松转化为二维数据，相关研究人员可以使用二维数据对文物建筑存在的问题进行分析和研究。此外，相关人员也可以直接基于成果影像进行高度、长度、面积、角度、坡度、土方量等量测。这极大地拓展了倾斜摄影技术在行业中的应用范围（图3）。

通过对数据的整理分析，可以深入探索西藏文物建筑的保护利用和监督机制，从而为文物建筑群体的防灾减灾、消防预警、数字化保护研究、后疫情时代背景下的智慧旅游等相关研究提供数据支持。

三、结语

西藏是文物建筑大省，其建筑具有鲜明的民族特色，且众多的文物建筑处于地形较为复杂、海拔较高的區域。随着经济社会的快速发展和旅游人数的攀升，相关部门要建立文物建筑的数据资料库和保护监督机制，并且要制定新时代背景下文物建筑的保护、展示和利用新机制。而运用倾斜摄影测量技术能够为相关研究提供支持，因此，相关部门应深入探索研究倾斜摄影测量技术，为西藏文物建筑保护工作的开展奠定良好的基础。

参考文献：

[1]苟彦梅，吴凯诺.无人机倾斜摄影测量技术在文物保护修复工程的应用[J].科技视界，2020（28）：29-30.

[2]冯文娟，康宏民.无人机倾斜摄影在建筑立面测绘中的应用及工程实例[J].煤矿现代化，2021（4）：199-201.

[3]杜金莉.基于ContextCapture的三维建模研究[J].地理空间信息，2021（5）：53-54，58，5.

[4]孙政.从图形到图像：建筑遗产测绘面临图学方法革新[J].建筑遗产，2020（3）：111-117.

[5]林志勇.倾斜摄影测量在古建测绘中的应用[D].长沙：长沙理工大学，2018.

作者单位：

西藏大学工学院、西藏大学中国藏学研究所（珠峰研究院）