航空遙感讓文物古建在數字世界永存

　　近日，故宮博物院與騰訊共同簽署深化戰略合作協議，在文物數字化采集與文化研究等領域深入助力“數字故宮”建設。當前的數字技術正在推動整個社會發生廣泛而深刻的“數字變革”，文物古建的數字化保護成了這場變革在文化傳承方面的落腳點。

　　中國航天科技集團五院508所古建筑數字化保護團隊負責人徐崇斌告訴科技日報記者，航空遙感具有快速、精準等優點，利用該技術對歷史文化古跡三維空間信息進行采集與綜合建模，正是數字化保護傳承新模式。

　　遙感技術精準獲得文物古建信息

　　任何物體都具有光譜特性，具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能。而遙感技術正是基于這種特性，從遠距離感知目標反射的或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，以此對目標進行探測和識別的技術。

　　徐崇斌解釋說，根據平臺不同，遙感技術可分為天基、空基和地基三種，其中，空基遙感也稱為航空遙感。航空遙感是指高度在100米以上，100公里以下，利用在大氣層內飛行的各類飛機、飛艇、氣球等作為遙感平臺，進行資源調查、空中偵察、攝影測量等的一種手段。

　　古建往往是無法移動的，并與周圍環境形成了不可分離的歷史風貌。而獲取大尺度、空間高分辨率的多維度文物信息，是航空遙感的優勢。

　　首先，遙感技術可以不用直接接觸目標物體而獲取信息，極大程度降低在文化遺產保護工作中對目標對象造成破壞的幾率，其次，航空器材往往具有平臺靈活、操作簡便、不受地形影響等優勢，能夠降低信息更新成本，提高數據更新速度。更重要的是，利用航空遙感技術采集所獲取的數據具有高分辨率、多維度信息的特點，在保證數據準確性的同時也保證了數據的豐富程度。不僅如此，在航空遙感數據基礎上進行數據分析和處理，其結果表現形式多樣，能夠為后續數據分析、呈現以及遺產管理、規劃等工作提供有力支撐。因此，航空遙感非常適合應用于古建筑三維場景的真實建模。

　　無人機攜手衛星進行混合成像

　　針對歷史文化古跡單體與群體的實體建模需求，中國航天科技集團五院508所古建筑數字化保護團隊運用平方米級無人機三維掃描、平方公里級的衛星混合成像，來支持實體精準建模。

　　無人機搭載多光譜相機進行遙感數據采集，由于光譜分辨率與空間分辨率高，在清晰顯示地物細節的同時也保證了地物在光譜上的譜維度。所獲取的數據同時包含光譜、地形、形態、紋理等多種特征信息。

　　徐崇斌具體解釋說，在采集過程中，首先利用無人機從不同角度對古建拍攝多幅照片，照片間需要具有重疊區域。通過對無人機圖像進行特征提取和對應，實現鄰接圖像間的對應，依據對應關系來計算攝像機的光學參數、攝像機相對于世界坐標系的變化關系；接著，依據圖像間的匹配特征點對，利用計算機視覺原理計算圖像中目標物體的三維空間坐標；最后，對重建得到的空間三維點云進行網格化處理及紋理映射，以實現三維重建。

　　徐崇斌說，無人機和衛星“打配合”，最終使古建三維建模更高效、更精準。

　　可廣泛應用于救災、環保等領域

　　巴黎圣母院的大火給這一巴黎地標建筑造成了難以估量的損失。但值得慶幸的是，之前美國瓦薩學院的專家為巴黎圣母院建造了三維模型存檔，這份逼真準確的數字檔案可為巴黎圣母院災后修復提供巨大幫助。

　　“巴黎圣母院正是由于做了精細建模，修復工作才不至于無從進行。”徐崇斌說，此前中國航天科技集團五院508所古建筑數字化保護團隊針對塔爾寺古建筑群的數字化保護工作，除了對整個塔爾寺保護區進行空間信息綜合建模外，還對重要單體建筑進行精細化建模，并首次針對古建筑進行藏式風格元素的提取。經過精細化建模，古建一旦遭受損失，修復和重建工作則可據此開展。

　　除了在古建筑等文物數字化方面的應用，基于航空航天遙感的三維建模技術還能在智慧城市、測繪導航、環境保護、備災救災等領域廣泛應用。如快速生成地形三維影像、數字模型等，為智慧城市建設提供三維實景地理信息數據支撐；建立備災救災三維地理信息應急系統，災害發生后，迅速獲取災區圖像數據并進行三維重建，通過與災前數據對比，為準確評估災害、制訂救災方案、實施災后重建提供決策依據；對荒漠化、水土流失等進行準確評估，為環保與治理提供科學依據等。（李 禾）