无人机摄影建模对导游功能的拓展应用

高美琪 马一鸣,2 许玉凤

无人机摄影建模对导游功能的拓展应用

高美琪1马一鸣1,2许玉凤1

（1.黔南民族师范学院旅游与资源环境学院，贵州 都匀 558000；2.沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁 沈阳 110159）

实景三维建模是智慧化建设的重要手段。近年来，无人机摄影测量技术的实景三维模型在旅游活动中起到了重要作用。文章选取黔南某高校五星思政广场作为实景建模对象，结合实地自然风貌、人文景观等特征，按照相关技术流程与方案制作了该广场的实景三维模型。该实景三维模型数据可作为思想政治教育、红色旅游景区规划、开发AI（人工智能）管理系统的基础数据与依据，具有广阔的应用前景。

无人机摄影测量技术；导游功能；实景三维模型

引言

1917年，世界上公认的第一架无人机在美国纽约长滩岛试飞成功；1966年，中国最早的无人机试飞成功[1]。无人机具有特殊优势，如无需人工实地操作，可代替操作人员进行探测；体积小不易被发现；可应对人类无法适应的、恶劣的自然环境。目前，无人机应用也从军事逐渐拓展到科研、民用等领域。

无人机摄影测量技术是近几年国际测绘领域快速发展的一项高新技术，其将多台传感器搭载在同一飞行平台上从垂直、前后等多个角度迅速、高效地获取丰富的影像信息，突破了从垂直方向拍摄实地景物的局限，弥补了传统航空摄影测量的不足，最大化地提升了信息采集效率，适合大范围区域建模，因此被广泛地应用于地质、植被、水利、畜牧和旅游等领域。

无人机摄影测量已成为航空摄影测量技术的一个重要发展方向。近年来，众多研究通过无人机倾斜航空摄影进行试验区倾斜航空摄影和三维建模制作，探讨利用无人机倾斜航空摄影快速获取旅游风景区空间三维建模数据，为旅游风景区管理提供服务[2]。也有研究利用最新引进的多旋翼无人机，多角度采集了研究区影像数据，弥补了正射影像应用的不足，通过控制点等测绘技术模型进行高度、长度、面积、角度、坐标等的测量，获得实景三维成果并将其导入VR场景，让游客从不同角度获得旅游体验[3]。例如，通过三维实景建模技术制作的银川阅海湾城市旅游区三维场景，为无人机倾斜摄影技术的推广应用起到了积极的示范指导作用[4]。

当前，旅游逐渐成为人们的消费热点，随着时代的发展和科技手段的进步，旅游的内容和形式开始呈现多样化、深层化和现代化的趋势，体验型模式成为旅游发展的重点内容。三维全景导游系统融入了人性化的设计理念，形象地显示旅游景点的最优路径选择，为用户提供可视化的、真实直观的路线信息。建立三维全景的场景体验可以提高游客对不同区域的历史文化氛围和自然美景的现场感受度，有助于游客有针对性地选择目的地，有助于保护生态资源，促进可持续发展[5]。

以3S（遥感技术、地理信息系统、全球定位系统的统称）技术、三维激光扫描技术为代表的地理信息技术正在不断发展，基础地理信息数据的完善促使,“数字城市”向“智慧城市”的转变，以无人机为代表的测量技术提升了空间地理数据的可视化、完整化。利用无人机倾斜测量具有采集时间短、工作效率高的优势，且后期采用精细化三维模型具有真实表达地理实体位置、性状和表面纹理等优势。因此，使用无人机倾斜测量采集数据，然后使用实景三维模型进行后期处理已被广泛应用于智慧城市、智慧园区建设，以及地质灾害、旅游和安全管理等领域[6]，成为摄影测量领域和遥感领域的热点。

1 研究方法

1.1 可行性分析

实景三维建模是智慧化建设的重要手段，已被广泛用于智慧城市、智慧园区等建设中。实景三维模型能够直观、准确、清晰地展示测区的地物信息，从而为城乡规划、环境保护等各行各业工作的开展提供依据[7]。倾斜摄影实景三维建模技术将传统测量从二维平面提升至三维立体层次，同时也将部分外业测绘工作转化到内业数据处理，极大程度地提高了效率[8]。

李斌等[9]通过实践证明了无人机在水电站库区地质灾害的监测工作中具有较高的应用价值。薛雷等[10]研究发现无人机倾斜摄影技术在三维模型构建过程中具有较明显的优势，验证了无人机倾斜摄影技术构建高精度实景三维数字模型的可行性和可靠性。赵建春[7]研究发现获取精确数据是保证实景三维建模精度的关键，选择倾斜摄影、适当降低航高、科学布设控制点等措施能显著提高影像精度，让实景三维模型的可用性得到提升。薛建华等[11]通过无人机倾斜摄影测量进行了校园实景三维建模。基于倾斜摄影测量技术的地理场景三维建模技术具有高效、精确等优点，现已成为三维地理信息获取采集的重要技术手段[12]。蔡金霖[13]利用无人机倾斜摄影及相关软件，对传统正射影像遮蔽问题进行纠正，做了算法尝试。

本文以黔南某高校五星思政广场为实景建模对象，实现无人机倾斜摄影技术建模对五星思政广场的导游功能，为丰富旅游方式等提供一定的参考。

1.2 无人机介绍和航测步骤

本次采用飞马D2000航测无人机，D-op3000五镜头。D2000航测无人机电机轴距为598 mm，空机质量为2.60 kg，标准起飞质量为2.80 kg，最大起飞质量为3.35 kg；配备了超高容量电池，最大悬停时间为68 min，最长航时高达74 min，最长航程为50 km。

D2000航测无人机由飞马全新研发，是一款集多轴无人驾驶飞行器、GPS导航定位、倾斜摄影相机等于一体的轻小型、长航时摄影测量工具，同时搭载了满足高精度测绘、遥感及视频应用的多旋翼无人机系统，主要包括无人机飞行平台、飞行控制系统、倾斜摄影相机系统，以及地面站、远程无线通信装置、地面数据处理系统等辅助设施，可搭载航测模块、倾斜模块、可见光视频模块、热红外视频模块、热红外遥感模块等，具备多源数据获取能力，能够高效率地获取高真实性的森林景区实景三维模型，为了解景区人文、自然风景风貌、景区旅游规划、景区各种自然现象仿真、开发AI智慧管理系统等提供基础数据。

但该无人机也存在一些不足：一是续航能力不足以支持大范围景区，只适用于小范围数据采集和审查；二是飞行受航空管制；三是对摄影技术要求较高；四是无人机、镜头、载荷价格和应用成本相对较高。

具体航测步骤如下：详细了解并收集研究区域的相关资料，如试验区高分辨率遥感影像、地形区域图等；明确任务需求，包括数据成果精度、参数等要求，并向当地空域管理部门申请；现场实地勘探，掌握试验区地形起伏等基本状况；结合地形图，获取测量区基本数据；最后根据测量区的面积、海拔、高差等基本数据，进行控点布设和航线设计。在测区均匀分布数量足够的控制点、检查点和控制带间距，在无明显地物点区域需要放置棋盘格控制点靶标。

通过实地勘察、设计航线和实施飞行获取数据后，进行数据的预处理，包括筛选、去畸变等数据检查工作，然后利用相关软件进行三维建模，最后根据实际情况对三维模型进行修复。

2 五星思政广场实景建模

2.1 广场概况

黔南某高校五星思政广场坐落于黔南布依族苗族自治州都匀市，2017年3月兴建于校园莲花山北麓怡心湖畔，总占地面积约为1.67万平方米，集党史党规、思政教学、时代英模、入党宣誓、文化景观五大功能为一体，是全国首个高校思政主题广场，由“红色印迹”“伟大转折”“时代英模”“地图广场”“党徽党旗和党的重要思想理论”五个部分组成，具有深刻的教育意义。园中63棵银杏、桂花树分别由学校现有的63个党支部挂牌认领。广场大门由一个闪耀光辉的五角星构成，广场内鲜花簇拥，绿树成荫。

黔南某高校五星思政广场是黔南地区各级党组织和全省教育系统师生的思政和党建基地，是一个开放共享的教育教学实习实践基地[14]，是每一届新党员进行入党宣誓的地方，也是一个良好的学习平台和思想政治教育场所。

2.2 三维实景建模

无人机倾斜摄影与3S技术结合，既发挥了无人机机动灵活、高效快速的优势，又兼具地理信息技术的应用，利用无人机影像的三维实景建模，能够更好地突出主题，更具感染力和视觉效果。与此同时，三维建模算法不断优化，模型精度达到了厘米级，满足了虚拟仿真现实要求[14]。

基于无人机倾斜摄影技术，获取五星思政广场的原始倾斜景象，通过开展内业处理完成了三维实景模型的制作。该模型主要包括景点概况、红色文化介绍和路线标识，可以实际展示广场自然景象、人文景观等，达到身临其境的效果（如图1所示）。

图1 黔南某高校五星思政广场示意图

3 三维建模功能拓展应用

3.1 三维实景建模对旅游发展的促进作用

通过三维实景模型可以统观场景全貌，也可以随意转动角度、放大比例查看需要仔细检查的部分，犹如身临其境。使用者运用三维实景建模系统可以体验真实场景，既可以看到整体布局，也可以查看具体的游乐设施、具体项目，既了解了旅游信息，也增加了信息的实效性。该系统的使用方便了游客查询，有助于游客提前做好路线选择，促进了旅游景区的宣传。因此，三维实景建模的运用对旅游业的发展和旅游经济的增长都有重要的作用。

3.2 三维实景建模的拓展作用

三维实景模型具有大范围、高精度、低成本、快速等优点，随着无人机倾斜摄影三维实景建模技术的不断完善，其应用领域不断扩大，在智慧城市、国土资源管理、灾害防治、旅游景点模拟等方面得到广泛应用，应用功能得到拓展。

以旅游景区的真实环境为基础，借助计算机和信息技术，模拟构造旅游景区，将三维实景建模系统应用于现场解说等旅游活动中，具有优于传统导游活动的效果。因此，越来越多的人沉浸在这种导游模式中。同时，在设计中还可以增加互动环节，设计专业人士与游客进行互动，促进这种模式的应用拓展。在系统设计中，需要与相关旅游部门进行沟通合作，不断完善知识讲解、技能训练等，有效提高实践技能水平。

三维实景建模应用于导游实践教学中，使学生能够结合景点的布局、特色等了解相关教学内容，帮助学生充分理解和掌握基础知识和基本原理，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的现场解说能力。在一定程度上还可以解决因教学方法僵化导致学习效果不佳的问题。这种模式也促进了教学模式的改革和创新，线上线下教学方式的互相补充，能够使课堂教学与课外教学有机结合。实景三维建模系统以其丰富的导游实训资源受到专业实践教师的重视，教师依托三维模型资源有效扩充教学资源，切实解决教学资源不足导致的教学问题。还可以构建多人合作学习平台，借鉴游戏教学法的基本原理，引导学生分角色扮演游客和导游，在模拟解说训练过程中培养学生的实际解说能力。同时还可以根据教学需求进行反复训练，达到实践教学效果的最大化[15-16]。

4 结束语

专业无人机的应用应在实验相对成熟的领域范围进行推广，例如在森林植被、土地地貌等使用效果明显的领域率先进行推广和应用。可制定无人机调查、应用等的技术标准和规范，组建无人机航测专业队伍。在高校相应专业研究无人机应用技术，尤其是无人机激光雷达技术、无人机航测倾斜摄影建模技术、建立不同区域类型分析技术应用，以此拓展科学技术应用的领域和深度。

基于无人机摄影建模技术，本文制作黔南某高校五星思政广场三维实景模型，将广场搬进课堂，以三维立体的形式将实地景观、建筑直观展示给观看者。结合课堂教学主渠道，依托无人机摄影建模技术进行教学方式的拓展，既满足学生成长发展需求和期待，又加强学生的思想政治教育，形成协同效应，促进高校思想政治工作与时俱进，进一步推动思想政治教育发展。

[1] 溪永兴. 无人机航拍技术在新闻采集中的应用[EB/OL]. (2022-01-28)[2022-12-27]. https://wenku.baidu.com/view/ 18fa93665d0e7cd184254b35eefdc8d377ee140c.html?_wkts_=1698198383702&bdQuery.

[2] 鲁丽. 倾斜摄影在旅游风景区三维建模的应用探讨[J]. 江西测绘，2020(2): 19-21，37.

[3] 刘长宁，张慧娟，张永庭，等. 无人机倾斜摄影技术在智慧旅游中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2019，42(9): 85-86，89.

[4] 梁伟，刘长宁，吕林涛，等. 无人机倾斜摄影测量技术在旅游开发中的应用[J]. 宁夏工程技术，2018，17(2): 174-176，182.

[5] 刘丽丽. 三维全景导游系统的设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息，2018，41(7): 164-167.

[6] 王倩，刘攀. 基于无人机倾斜摄影额度智慧校园三维建模应用研究[J]. 科技创新与应用，2022(30): 49-51，55.

[7] 赵建春. 基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度分析[J]. 科学技术创新，2022(7): 127-130.

[8] 林万荣. 倾斜摄影实景三维建模技术及其应用现状分析[J]. 测绘与空间地理信息，2022，45(1): 209-211.

[9] 李斌，罗自学，陈金颖，等. 无人机摄影测量在水电站库区地质灾害监测中的应用研究[J]. 自动化与仪器仪表，2019(5): 209-211，227.

[10] 薛雷，邓连生，张国武，等. 无人机倾斜摄影技术三维建模及精度分析[J]. 湖北理工学院学报，2022，38(1): 4-8，31.

[11] 薛建华，卞小雨. 基于无人机倾斜摄影测量的校园实景三维建模[J]. 山西大同大学学报(自然科学版)，2022，38(4): 96-99.

[12] 邹娟茹，孙兴华. 基于无人机倾斜摄影测量技术的三维校园建模[J]. 科技与创新，2020(20): 61-62.

[13] 蔡金霖. 利用倾斜摄影三维场景模型获取真正射影像的简易方法探讨: 以南宁师范大学明秀校区为例[J]. 大众科技，2021，23(7): 4-7.

[14] 黔南民族师院“五星广场”揭幕，系全国首个高校思政主题广场[EB/OL]. (2017-07-01)[2022-12-28]. https://www.sohu. com/a/153531664_260616.

[15] 于淼，赵冰超，张冠男，等. 航空摄影与数字媒体技术支持下虚拟导游平台的研究[J]. 中国信息化，2021(7): 54-55.

[16] 王丽梅. 虚拟现实技术在导游实践教学中的应用研究[J]. 计算机产品与流通，2020(2): 164，166.

Extended Application of UAV Photography Modeling to the Function of Tour Guide

Realistic 3D modeling is an important means of intelligent construction. In recent years, the real-time 3D model of unmanned aerial vehicle photogrammetry technology has played an important role in tourism activities. The article selects the Five Star Ideological and Political Square of a certain university in southern Guizhou as the object of real scene modeling, and combines the natural landscape, cultural landscape and other characteristics of the site to create a real scene 3D model of the square according to relevant technical processes and plans. The real-time 3D model data can serve as the basic data and basis for ideological and political education, planning of red tourism scenic spots, and development of AI (artificial intelligence) management systems, with broad application prospects.

unmanned aerial vehicle photogrammetry technology; tour guide function; realistic 3D model

P23

A

1008-1151(2023)11-0017-03

2023-02-21

大学生创新创业训练计划项目（S202210670049）；贵州省教育厅创新群体重大研究项目（黔教合KY字﹝2016﹞055）；贵州省科技计划项目（黔科合基础﹝2018﹞1145）。

高美琪（2001－），女，辽宁锦州人，黔南民族师范学院旅游与资源环境学院学生，研究方向为遥感与GIS技术在地理学中的应用。

许玉凤（1969－），女，山东聊城人，黔南民族师范学院旅游与资源环境学院教授，研究方向为3S技术在地理学中的应用与研究。