應(yīng)客戶的委托，湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院路橋?qū)W院無(wú)人機(jī)工作室和建筑工程學(xué)院對(duì)黃興故居和許光達(dá)故居進(jìn)行精細(xì)化三維模型的生產(chǎn)。其中，黃興故居建于清同治初年，是偉大的辛亥革命元?jiǎng)S興的故居，現(xiàn)為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，占地面積約6.45畝。

根據(jù)傳統(tǒng)建筑的特點(diǎn)與實(shí)際需求，項(xiàng)目要生成具備高分辨率和高精細(xì)度（分辨率應(yīng)在1cm內(nèi)）的建筑實(shí)景模型。同時(shí)，建筑的細(xì)部構(gòu)造，特別是立面、檐下的建筑要素（如斗拱、立柱、挑檐等）、文化要素（如楹聯(lián)、牌匾、裝飾等）均應(yīng)清晰展現(xiàn)。

▲黃興故居

傳統(tǒng)三維建模多采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影建模，但由于以下難點(diǎn)，僅靠無(wú)人機(jī)建模遠(yuǎn)不能滿足上述項(xiàng)目需求：角度、距離等原因，拍攝的立面紋理不夠精細(xì)；由于傳統(tǒng)建筑具有較寬的屋檐，斗拱、牌匾等檐下建筑紋理無(wú)法拍攝到；建筑周圍栽種有茂密的樹木，在樹木的遮擋下，無(wú)人機(jī)無(wú)法采集到建筑立面的紋理。因此，滿足大比例尺測(cè)圖需要的無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，還不能滿足建筑精細(xì)建模的需要。

為彌補(bǔ)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建模方法的缺陷，我們通常采用以下方法加以補(bǔ)充，但對(duì)于本項(xiàng)目而言還是存在不足：

一是手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)對(duì)建筑立面和細(xì)部進(jìn)行補(bǔ)拍，這種方法只適用于高大建筑且建筑周邊有足夠凈空的情況，本項(xiàng)目拍攝的故居只有一層，加上旁邊有高大樹木，該方法實(shí)施有較大安全風(fēng)險(xiǎn)，不宜使用；

二是地面上人工持普通相機(jī)對(duì)建筑立面和細(xì)部進(jìn)行補(bǔ)拍，這種方法比較適合民居建筑，但是由于普通相機(jī)照片不帶有精確的POS位置數(shù)據(jù)，且與航測(cè)照片缺乏有效的分層與重疊，后期內(nèi)業(yè)處理時(shí)，與航測(cè)照片融合空三建模操作會(huì)非常繁瑣，而且普通相機(jī)與航測(cè)相機(jī)還存在較大差異（分辨率與CMOS像點(diǎn)尺寸等）。

針對(duì)項(xiàng)目痛點(diǎn)，項(xiàng)目采用了中海達(dá)影像小碟RTK V5（下稱中海達(dá)影像RTK）+無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)的方案進(jìn)行精細(xì)化三維模型的生產(chǎn)。其中，空中利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影采集屋頂和立面的影像，地面使用中海達(dá)影像RTK采集建筑立面的影像，后期內(nèi)業(yè)分別進(jìn)行空三，然后直接合并空三結(jié)果進(jìn)行三維建模。

▲空地融合建模技術(shù)路線圖

 這套方案擁有兩大優(yōu)勢(shì)，一是中海達(dá)影像RTK是一款將GNSS RTK和近景攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的影像RTK，它最大的特點(diǎn)就是拍攝的影像都帶有準(zhǔn)確的POS數(shù)據(jù)（RTK級(jí)別的精度）；二是無(wú)人機(jī)影像和地面影像均具有相同坐標(biāo)系統(tǒng)的POS數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)空三計(jì)算時(shí)，無(wú)需通過(guò)設(shè)置連接點(diǎn)或者像控點(diǎn)來(lái)融合空中影像和地面影像，內(nèi)業(yè)操作變繁為簡(jiǎn)，極大減輕了內(nèi)業(yè)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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1.外業(yè)實(shí)施

1）無(wú)人機(jī)傾斜攝影

空中傾斜攝影使用國(guó)內(nèi)某品牌無(wú)人機(jī)，采用五向傾斜攝影航拍。

2）影像RTK地面近景攝影

對(duì)需要重點(diǎn)采集的建筑立面，以及被樹木遮擋的墻面，使用中海達(dá)影像RTK進(jìn)行近景攝影補(bǔ)拍。

▲作業(yè)人員使用中海達(dá)影像RTK對(duì)黃興故居進(jìn)行近景拍攝

拍攝方法一般以一個(gè)立面為對(duì)象，進(jìn)行相鄰有重疊、機(jī)位有遠(yuǎn)近、視角可傾斜的拍攝，如下圖所示。

 ▲中海達(dá)影像RTK近景拍攝方法

在外業(yè)實(shí)施過(guò)程中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影和中海達(dá)影像RTK地面近景攝影補(bǔ)拍時(shí)，必須采用相同坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。本項(xiàng)目使用中國(guó)移動(dòng)CORS基站，國(guó)家2000坐標(biāo)系，大地高。經(jīng)過(guò)兩小時(shí)的作業(yè)，兩個(gè)故居順利完成了外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

 2.數(shù)據(jù)處理

將無(wú)人機(jī)采集的航攝照片與中海達(dá)影像RTK地面采集的建筑近景照片各自進(jìn)行空三處理，最后再合并所有空三結(jié)果進(jìn)行三維建模，整個(gè)數(shù)據(jù)處理共用時(shí)兩小時(shí)。

▲中海達(dá)影像RTK單獨(dú)空三結(jié)果（黃興故居院門正立面）

 ▲空三結(jié)果合并圖（許光達(dá)故居）

通過(guò)生成的三維模型可以看到，采用中海達(dá)影像RTK在地面補(bǔ)拍的照片，極大地改善了建筑立面的紋理效果，并補(bǔ)充了無(wú)人機(jī)傾斜攝影缺失的檐下構(gòu)件和樹木遮擋缺失的建筑立面模型。

▲黃興故居三維模型整體效果圖

▲許光達(dá)故居三維模型整體效果圖

通過(guò)與無(wú)人機(jī)傾斜攝影的三維模型成果相比，此次生成的三維模型能清晰的展現(xiàn)建筑的細(xì)部構(gòu)造，無(wú)論是立面、檐下、樹下的建筑要素，還是建筑配套的文化要素均能得到精細(xì)化的展示，滿足了項(xiàng)目的需求。

▲黃興故居正立面模型對(duì)比（左側(cè)展示的是融合無(wú)人機(jī)與中海達(dá)影像RTK數(shù)據(jù)后的三維模型成果，右側(cè)展示的是無(wú)人機(jī)傾斜攝影的三維模型成果）

 ▲黃興故居屋后被樹木遮擋部分的模型對(duì)比（左側(cè)展示的是融合無(wú)人機(jī)與中海達(dá)影像RTK數(shù)據(jù)后的三維模型成果，右側(cè)展示的是無(wú)人機(jī)傾斜攝影的三維模型成果）

▲許光達(dá)故居讓銜碑模型對(duì)比（左側(cè)展示的是融合無(wú)人機(jī)與中海達(dá)影像RTK數(shù)據(jù)后的三維模型成果，右側(cè)展示的是無(wú)人機(jī)傾斜攝影的三維模型成果）

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，可以得出以下結(jié)論：

（1）使用中海達(dá)影像RTK在地面進(jìn)行補(bǔ)拍的同時(shí)，可以與無(wú)人機(jī)航拍協(xié)同作業(yè)，兩個(gè)小時(shí)完成占地總面積8.07畝的兩個(gè)故居外業(yè)數(shù)據(jù)采集，作業(yè)效率高；

（2）中海達(dá)影像RTK拍攝的照片帶有POS數(shù)據(jù)，且與無(wú)人機(jī)航空照片具有相同的坐標(biāo)系，內(nèi)業(yè)建模時(shí)無(wú)需使用連接點(diǎn)，可以直接合并空三成果建模，簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)操作流程，減少了內(nèi)業(yè)工作量，提高了內(nèi)業(yè)處理效率，僅用兩小時(shí)完成兩個(gè)故居精細(xì)化建模；

（3）無(wú)人機(jī)和中海達(dá)影像RTK兩者相關(guān)參數(shù)接近，影像分辨率差異小，建模融合性強(qiáng)，生成的三維模型自然、精細(xì)；

（4）采用中海達(dá)影像RTK在地面補(bǔ)拍的照片，有效補(bǔ)充和改善了建筑局部細(xì)節(jié)、紋理，解決了屋檐下和被樹木遮擋的建筑紋理獲取難題。