摘要: 无人机Unmanned Aerial Vehicle无人机航拍器是指搭载摄像头的航拍设备，它更接近于航模，而非传统意义上的军用飞机。与真正无人机飞机相比，它的功能单一，体积小，因此成本比较低，对使用者的要求更低。目前民用航拍无人机重量在2kg-10kg不等，可以搭载不同的摄影镜头，在开阔无信号干扰且天气允许的场景下的飞行距离可达5km,飞行高度500m-800m。近年来，随着技术的进步，我国在民用

无人机

Unmanned Aerial Vehicle

无人机航拍器是指搭载摄像头的航拍设备，它更接近于航模，而非传统意义上的军用飞机。与真正无人机飞机相比，它的功能单一，体积小，因此成本比较低，对使用者的要求更低。目前民用航拍无人机重量在2kg-10kg不等，可以搭载不同的摄影镜头，在开阔无信号干扰且天气允许的场景下的飞行距离可达5km,飞行高度500m-800m。

近年来，随着技术的进步，我国在民用无人机领域发展到国际前沿水平，相关的应用也越来越广泛：比如云南警方从十年前就已开始使用它们去监测罂粟花的种植；另外，无人机航拍还被运用于地震灾后救援中，以获取第一时间灾区的高分辨率影像，在这些影像中甚至可以分辨出垮塌房屋木梁上的纹路。

无人机航拍目前也已运用于遗产保护领域，它可以获得比卫星照片精度高很多且角度自由灵活的低空图像资料。

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搭载固定镜头的小型四旋翼无人机

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可搭载单反镜头的八旋翼无人机机身

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PART I

历史古镇的特点

历史古镇不同于单体的文物建筑：

1.保护范围不同：

古镇的保护范围往往在几十公顷以上，而单体文物建筑的范围很少超过一公顷；

2.保护元素不同：

古镇的构成元素包括不同种类的建筑、街道、绿化、河流等，而单体建筑则侧重于建筑的设计元素，如门窗、墙体和装饰等。

3.保护重点不同：

针对前面两项特点，古镇保护重点主要倾向于整体规划，而单体建筑主要是侧重于其中的设计元素。

在现状调研中，利用无人机航拍结合摄影测量技术，能够帮助保护工作者完成古镇保护的很多复杂工作。

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PART II

摄影测量与古镇保护

摄影测量（photogrammetry）这项技术最开始被应用于测绘各种比例尺的地形图，建立数字地面模型，为地理信息系统等提供基础数据。

它是一项通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的技术，其原理是通过光学摄像机摄像（录像），在后期利用计算机算法和软件将采集到的图像就行处理和计算来获得被摄影物体的形状，颜色，大小及相互关系。其最后的成果以三维模型居多。如今，随着社会对历史建筑和历史街区保护意识和要求的提高，这项技术也被越来越多地应用于古建和文物保护的领域。

无人机航拍支持的空中摄影测量，其原理与地面摄影测量一样，区别在于用飞行器拍摄取代了手持相机拍摄，使拍摄范围更广、角度更自由，如屋顶、较高的建筑物以及大面积的建筑区等。

因此，它在古镇保护中能够发挥非常重要的作用。

无人机航拍支持的空中摄影测量，其原理与地面摄影测量一样，区别在于用飞行器拍摄取代了手持相机拍摄，使拍摄范围更广，如屋顶、桥面、佛塔等。

因此，它在古镇保护中能够发挥非常重要的作用，这是由古镇的保护特点决定的。

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利用无人机拍摄图像获得的建筑单体摄影测量模型

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PART III

灵活获取古镇航拍照片与视频

利用无人机航拍设备，可以获取手持相机拍摄不到的图像资料，且角度更加灵活。

相比较于地面存在的树木遮挡、来往车辆和建筑间距等诸多影响拍摄的复杂条件，航拍器的角度和取样灵活，可以多角度从空中对城镇拍摄，对它能够产生较大影响的只有气候条件。

利用无人机可以获得优秀的照片和视频，这些影像数据能够在整体规划的层面直观地反映古镇的保存状态，而且可以使用软件处理得到更进一步的成果。

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西藏江孜古镇航拍图像

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广西贵港老城区航拍图

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PART Ⅳ

根据图像获取三维数据

　　摄影测量即通过照片来生成被摄像物体的形状、大小等空间数据。通过一系列航拍得到的照片可以建立该区域的数字地面模型，最初建立的模型是以点云的形式存在，它包含了空间的XYZ坐标和颜色的RGB数值。

点云模型在生成Mesh的网格模型后，可以被诸多设计软件如Autocad、3Dmax和Rhino等读取并进行编辑。

2015-2016年间，我们利用了这项技术对上海嘉定历史文化风貌保护区、广西省贵港市的老城区、西藏江孜古镇、福建泉州寻浦村进行了数据采集，它们的面积在30-100公顷之间，通过无人机支持的摄影测量，我们建立了这些古镇（片区）的三维点云模型。

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西藏江孜古镇某街区点云模型（透视视角）

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由摄影测量生成的上海某古镇虚拟现实场景

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广西贵港市老城区某片区的三维模型（俯视正投影）

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PART Ⅴ

对数据进行分析

三维点云模型的意义不仅是对古镇保存现状的真实记录，而且是进行古镇保护等各项工作的分析数据源。由于模型中的每一个点都包含空间坐标和颜色信息，因此可以利用这些点的数据进行各种分析和叠加。

例如我们以街道和道路上点的Z坐标为标高原点，建立水平的表面，通过软件计算模型中每一个点到该平面的垂直距离，该距离即该带点的高度，然后利用渐变的色卡来赋予不同高度的点，从而得到这片区域建筑高度的直观图。

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贵港市老城区某片区高度分析图（平面）

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贵港市老城区某片区高度分析图（透视）

通过对三维模型的裁剪、切片与提取等操作，可以获得某些专项数据，以提高分析图的可阅读性和纯粹性。如下图所示，将江孜古镇的整体模型切片，去除大部分建筑只保留主要街巷与临街建筑，以更好的分析古镇的脉络与公共空间的可达性。

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根据点云模型包含的RGB颜色信息，可以从模型中提取出不同的构成元素，条件是不同种类的元素颜色不同。

2015年7月，我们对福建省泉州市的一片老城区进行了调研。该片区内的历史建筑大部分是红瓦屋顶，我们从摄影测量得出的总平图中进行了分析，得出了其历史建筑和绿化的分析图。

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历史建筑分布特点

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绿化分布特点

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PART Ⅵ

结语

针对古镇保护的面积大、更侧重规划层面的特点，利用无人机航拍得到的总平面图，是文物保护工作者制定保护方案的重要依据。

规划院提供的测绘图纸并不能百分百反映古镇的真实状态，而以现场调研的视角则很难做出整体的评判。

随着技术的进一步发展，无人机和摄影测量将会在古镇保护中大放异彩。

（审读：丛绿 编辑：俞菲）

微信名：上海交大建筑文化遗产保护国际研究中心

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上海交大建筑文化遗产保护国际研究中心，一支联合国内外多学科方向、较早从事建筑遗产保护的产学研团队，研究方向与实践领域包括：建筑遗产保护理论研究、安全监测、病症勘察、修复技术、传统建筑再创作等。