西安古城墙倾斜摄影三维建模项目及模型分享

西安城墙位于陕西省西安市中心，是第一批全国重点文物保护单位、国家5A级旅游景区，是我国古代城垣建筑中保留至今最为完整的一处，也是当今世界现存规模最大、最完整的古城墙。西安城墙墙高12米，顶宽12～14米，底宽15～18米，轮廓呈封闭的长方形，周长13.74千米。

古城墙是西安市城市整体布局的重要构成部分，承载着我国传统的历史文化。因此，对于古城墙的保护显得尤为重要。无人机近景摄影测量技术能够高效、准确、无接触地获取古城墙及附属建筑物的影像数据，并通过计算机视觉技术对古城墙及建筑物进行三维重建，可以实现对西安古城墙的数字化及信息化，为古城墙的管理保护工作提供崭新的思路和方向。

项目测区位于陕西省西安市市中心，测量目标为西安市古城墙及附属的古建筑、构筑物等，全长约13.74km，有效建模区域面积约为14km²。测区内地势较为平坦，部分区域有百米高楼。

考虑到光线照射角度及背阴面阴影大小，规定无人机环绕飞行作业时间为10:00～15:00，在该时间段内，太阳高度角较高，光线阴影较小，适合飞行。同时，为了避免无人机贴近摄影测量影像数据采集过程中造成过曝现象，规定贴近摄影测量作业时间为9:30～10:00和15:00～16:00。

测区内共布设地面像控点48个，考虑到古城墙附近对于环境保护的需求，因此，像控点全部选择点位清晰且易辨认的地面斑马线、道路指示线等角点，像控点分布如下图所示。

由于此次拍摄的目标物包括城墙、城门、闸楼、城楼、箭楼、角楼、敌楼、女墙、马面、瓮城以及城墙内侧民房及外侧高层建筑物等，其中闸楼、箭楼、角楼、敌楼等结构复杂，多为通柱式结构，不仅包含平台结构，还包含暗层、楼面以及挑台等结构。复杂的结构和细致的纹理给摄影测量工作带来了巨大的挑战。

为了获取测区的高质量航片，兼顾无人机的安全性，项目组选用设备为大疆M300 RTK无人机和睿铂M6 Pros近景摄影测量相机。M300 RTK无人机，抗风性能优异，续航时间长，且具备RTK厘米级定位精度，可实现精确地航线作业及悬停作业。

M6 Pros量测型相机是睿铂最新研发出的多用途产品，配备三轴增稳云台，稳定性非常好，可以有效改正无人机飞行时姿态变化引起的成像时刻姿态偏移，保证曝光时刻的成像姿态与航线预设的姿态一致。

M6 Pros可直接使用DJI Pilot执行航点任务，具备实时参数设置、实时图像显示功能，同时，在相机控制方面也非常方便，可直接使用M300遥控器控制相机拍照及录像。既可以用来生产正射图像，也可以用于近景摄影测量建立高质量精细化模型，可保证5mm高分辨率的情况下离建筑物50m，在保证模型效果的同时也保证了飞行安全。

此次飞行航线设计使用Way Point Master完成，软件可提供十余种航线规划方案，包括环绕飞行、仿地飞行、带状飞行、雷达测绘、立面测绘等多种外业飞行作业模式，根据作业类型不同，提供适配作业方案。

使用WPM软件对测区进行环绕航线设计，相较于传统的五镜头作业，可以大大的减少倾斜摄影采集的影像数量，同时拍摄角度也更加丰富。此外，由于测区内建筑物密集，高且高楼建筑物较多，因此在环绕飞行后，再次使用M6 Pros相机对测区进行正射数据采集，以丰富建筑物的纹理信息，减少模型空洞的产生。

本次项目外业采集工作分两部分进行，首先，使用M300+M6Pros+WPM对测区进行整体环绕式飞行，获取整个测区的影像数据。设计航高为150米，地面分辨率（相机俯仰角-45°情况下的真实分辨率）约为2cm。

箭楼和城墙数据采集

其次，使用M300+M6Pros对城墙、城门、闸楼、城楼、箭楼、角楼、敌楼、女墙、马面、瓮城等进行贴近飞行，拍摄距离45m左右，分辨率约为4mm。西安城墙永宁门段有效建模面积0.7km²，环绕飞行采集影像1481张，正射影像634张，永宁门手动补拍照片210张，总计照片数2325张。

以永宁门段进行说明，西安城墙永宁门段有效建模面积0.7km²，环绕飞行采集影像1481张，正射影像634张，永宁门手动补拍照片210张，总计照片数2325张。本次数据处理采用中测智绘Mirauge 3D软件，空三一次性通过，空三解算时间约35min，建模时间约3小时。

7.1▪原始模型效果

7.2▪修饰后模型效果

从飞行情况来看，环绕飞行高度150m，地面分辨率可达2cm，贴近飞行距目标物距离45m，分辨率可达4mm，完全可满足项目需求。并且，环绕飞行相较于传统的五镜头沿航线飞行，获取的影像数据可以减少4/5左右，大大减少了内业的数据处理压力，解决了外业一直拍，内业不出活的尴尬局面。

在整体效果方面，M6 Pros的参数设置融合了睿铂多年的作业经验，相机参数波动被约束在一个相对固定的范围，可在大部分环境下保证数据采集的质量。

细节上，M6 Pros的COMS尺寸为35.7mm×23.8mm，像幅面积是精灵4 RTK的7.3倍，更大的画幅可带来更好的宽容度和高感，航片采集的城楼及城墙细节内容会更加丰富，其作业效率也会越高

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