這一次毫米級(jí)！DJI P1 攻克樂山大佛精細(xì)建模難題

     無人機(jī)攝影測(cè)量作為一種高科技測(cè)繪技術(shù)，為我國(guó)文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作帶來了革命性的影響，隨著經(jīng)緯 M300 RTK 和 DJI P1 的推出，三軸穩(wěn)定云臺(tái)和高精度的飛行航線控制、POS 數(shù)據(jù)，為張祖勛院士所提出的“貼近攝影測(cè)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(jí)別。

     樂山大佛，開鑿于唐代，通高 71 米，是中國(guó)最大的一尊崖面石刻造像。2020 年底，應(yīng)樂山文物部門邀請(qǐng)，成都攜恩科技聯(lián)合南京韋博智控在大疆行業(yè)應(yīng)用的支持下，實(shí)施了樂山大佛的高精度數(shù)字化建模作業(yè)。此次航測(cè)建模過程中，遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，借助經(jīng)緯 M300 RTK、DJI P1、大疆智圖等軟硬件設(shè)備，團(tuán)隊(duì)最終在極短的時(shí)間內(nèi)高效完成作業(yè)，攻克樂山大佛毫米級(jí)建模任務(wù)，助力樂山大佛的古跡保護(hù)工作。   

      我們將分別從航線設(shè)計(jì)、航線執(zhí)飛、三維重建這幾個(gè)方面來介紹本次作業(yè)是如何實(shí)現(xiàn)的，快來看看吧！
 

 

樂山大佛
 

   特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，“由粗到細(xì)”為樂山大佛量身定制航線  

   樂山大佛由山體向內(nèi)開鑿而成，形成一個(gè)上小下大的復(fù)雜內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，給本次作業(yè)造成了極大的困難。 

 

 

放大后的航線可以清晰看到航點(diǎn)的序號(hào)、位置和偏航角度
 

   針對(duì)樂山大佛這樣極不規(guī)則的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)體，如何在保持固定分辨率的同時(shí)，設(shè)計(jì)具有足夠重疊度的航線是巨大的挑戰(zhàn)，航測(cè)團(tuán)隊(duì)采用 “由粗到細(xì)”影像采集策略：

   1. 經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 采集樂山大佛粗模
   2. 使用大疆智圖輸出粗模點(diǎn)云成果
   3. 確認(rèn)粗模結(jié)構(gòu)完整，提取必要參數(shù)進(jìn)行航線設(shè)計(jì)
   4. 使用第三方軟件針對(duì)不同結(jié)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)行航線規(guī)劃
   5. 在大疆智圖導(dǎo)入粗模和航線文件進(jìn)行安全校驗(yàn)

     粗模成果需滿足幾何結(jié)構(gòu)完整、絕對(duì)精度高這兩點(diǎn)要求。經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)時(shí)間同步，提供實(shí)時(shí)厘米級(jí) POS 數(shù)據(jù)，顯著提升模型成果的絕對(duì)精度。 

 

 

粗模空三成果
 

      樂山大佛整個(gè)內(nèi)凹結(jié)構(gòu)分為頭部、軀干、腿部三個(gè)部分，通過第三方航線規(guī)劃軟件，分別生成針對(duì)三個(gè)部分結(jié)構(gòu)特色的航線規(guī)劃方案。 

 

 

樂山大佛頭部自動(dòng)采集航線
 

 

樂山大佛軀干自動(dòng)采集航線
 

 

樂山大佛腿部自動(dòng)采集航線
 

       為確保拍攝安全，作業(yè)團(tuán)隊(duì)使用大疆智圖進(jìn)行航線檢查。航線規(guī)劃完后，借助大疆智圖航點(diǎn)飛行功能，導(dǎo)入粗模和規(guī)劃好的航線文件進(jìn)行多視角校驗(yàn)。大疆智圖不但可以準(zhǔn)確再現(xiàn)規(guī)劃的航點(diǎn)位置，并且可以依據(jù)設(shè)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，全畫幅相機(jī)P1確保更安全的操作空間

      對(duì)于樂山大佛這類文化遺產(chǎn)，測(cè)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 全畫幅的優(yōu)勢(shì)特別明顯。同樣設(shè)計(jì) 1mm 的分辨率，精靈 4 RTK 的相對(duì)距離為 3.65m，而 DJI P1 配合 35mm 焦段鏡頭的相對(duì)距離為 8 m，更換 50mm 鏡頭后相對(duì)距離為 11m。更大的相對(duì)距離帶來更安全的操作空間，高效獲取超高分辨率的數(shù)據(jù)影像。

      經(jīng)緯 M300 RTK 搭載了六向雙目視覺傳感器 ，擁有更強(qiáng)大的避障能力，并且采用多冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保障復(fù)雜環(huán)境下的飛行安全。航線飛行支持協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎過點(diǎn)不停，大幅提升作業(yè)效率與面積。

       此次樂山大佛建模的難度還來自于測(cè)區(qū)紋理非常復(fù)雜，容易導(dǎo)致紋理拉花空洞、幾何結(jié)構(gòu)的缺失。得益于大疆智圖的高效處理能力和 DJI P1 準(zhǔn)確的內(nèi)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(duì)拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行空三驗(yàn)證，直觀反映出哪里需要補(bǔ)充影像，幫助作業(yè)團(tuán)隊(duì)及時(shí)調(diào)整航線和作業(yè)流程。

        整體外業(yè)作業(yè)非常順利，主要結(jié)構(gòu)部分的數(shù)據(jù)采集只花費(fèi)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(bǔ)拍。   

 

 

經(jīng)緯 M300 RTK 自動(dòng)航線采集
 

        大疆智圖 32 小時(shí)完成三維重建，極致效率建模利器

        數(shù)據(jù)采集完畢后，團(tuán)隊(duì)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(xì)化模型，模型成果獲得用戶認(rèn)可。 

 

 

樂山大佛空三成果
 

     整個(gè)樂山大佛共采集 4,537 張照片，建模工作量大。對(duì)于這種不規(guī)則的照片數(shù)據(jù)，使用大疆智圖單機(jī)僅 32 個(gè)小時(shí)就完成了精細(xì)化的三維模型重建，整個(gè)建模過程一鍵式全自動(dòng)，無需人為再進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

          高精度實(shí)景三維模型精準(zhǔn)還原了樂山大佛的立體面貌和大佛周邊的石刻造像，細(xì)節(jié)完整清晰，連大佛頭部隱而不見的橫向排水溝都能夠輕松辨別。 

 

 

模型細(xì)節(jié)：大佛發(fā)髻處的排水系統(tǒng)
 

       文化遺產(chǎn)保護(hù)是世界難題，樂山大佛在漫長(zhǎng)歲月中飽受自然風(fēng)雨侵蝕，數(shù)據(jù)難以采集保存。本次樂山大佛數(shù)字化任務(wù)的圓滿完成，為后續(xù)的古跡遺址研究和保護(hù)工作提供了超高分辨率、多維度的信息，同時(shí)驗(yàn)證了經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 在貼近攝影測(cè)量應(yīng)用中的實(shí)戰(zhàn)能力，讓更多航測(cè)難題不再難。