歷史文化村落保護應用研究

序論：在您撰寫歷史文化村落保護應用研究時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。

0引言

長期以來，獲取村落建筑、景觀數據都以現場測量為主，借助AutoCAD軟件進行村落平面圖的繪制。但CAD制圖僅限于二維尺度，不能以三維立體的方式直觀表達場地各項數據，測量方式耗時長且數據繁雜易出錯，對數據處理人員的勘測的精確度和專業性有更高要求。數字技術的應用如利用多視圖三維建模技術，需要三維掃描儀、Micro-CT等設備，雖便捷高效，但設備昂貴且操作復雜，較難推廣應用。AgisoftPhotoScan（以下簡稱AP）因其操作簡易、測量精準、能快速建立并儲存多視圖的三維模型等特點，其優勢不斷凸顯，為浙江歷史文化村落的保護利用提供了新的路徑和方法。

1研究方法

1.1研究區概況2013年至今，浙江省已啟動九批390個歷史文化村落重點村保護利用工作，浙江省歷史文化村落保護利用，已成為浙江省推進“千萬工程”、高質量建設發展共同富裕示范區、展現新時代美麗鄉村建設成效的文化之窗、璀璨明珠和點睛之筆[1]。巖下村位于浙江省麗水市縉云縣，為中國傳統村落、浙江省歷史文化村落。巖下村古建筑遺存較多，建筑以石砌為主，村內現存石砌古民居28處，古祠堂、古寺廟、古戲臺、古橋、古道各1處，最古老的四合院建于清康熙年間，距今有300多年的歷史。村落遠離城市，位于海拔600米的山間谷地之中，呈現出傳統村落原有樸實的風貌特征，具有浙南山地村落石居建筑風格。巖下石頭古建筑群于2017年被列為浙江省級文物保護單位，具有較高的保護利用價值，故本文以巖下村為研究樣本。

1.2航片拍攝AP軟件以圖片作為數據生成的基礎，但拼接處理的效果受多種因素的影響，其中以無人機所獲取影像數據的完整性為最。所以拍攝航片應把握好整體原則，保證每張航片的清晰度、色差、亮度等參數保持一致。不同種類的物體采用不同方式，對于單體建筑采用環視拍攝，對于村落群體建筑采用多視平行拍攝。對于村落平面圖的拍攝一般采取往復折線法進行，確保兩張相鄰圖片間的重疊率在60%以上，便于AP軟件識別處理。設定無人機以200米的恒定高度飛行，過高難以保證拍攝照片的精度，過低則會造成建筑透視角過大，不利于照片的后期拼接。隨后按照預定軌道進行航片拍攝，共采集獲取無人機航拍21張，相鄰圖片重疊率為70%。拍攝完成后，需要對航片做預處理，統一每張航片的亮度、色調，預處理后的照片效果將直接影響圖片拼接的紋理效果[2]。

1.3AP軟件操作與應用⑴添加照片打開AP軟件，在界面左側“工作區”菜單，選擇“添加堆塊”，即新建一個項目。再點擊界面上方菜單欄“工作流程”菜單，選擇“添加照片”，添加需要拼接的照片。期間可以標記照片中的地面控制點，標記也可用作圖片連接點，提高“對齊照片”的精準度[3]。⑵對齊照片點擊界面上方“工作流程”菜單，選擇“對齊照片”，選擇圖片“對齊精度”，對齊精度與照片對齊效果成正比，照片對齊越精準，所需時間也越長，點擊確認，即可自動對齊照片。無人機在拍攝航片時會記錄拍攝點角度、經緯度、海拔等信息，AP軟件以記錄的數據信息為基礎，檢測匹配各照片的共同點，最終形成稀疏點云。⑶生成密集點云點擊界面上方“工作流程”菜單，選擇“建立密集點云”，密集點云的精度高低與航片拼接處理的準確度成正比。密集點云的生成，它是基于圖片本身的圖像信息和航拍拍攝點的坐標來確定的，AP軟件根據航片中的數據信息，自動檢測照片之間的共同點并完成匹配，匹配結果可被編輯和分類，進一步生成三維網格模型。⑷生成網格AP軟件在密集點云的基礎上，生成三維多邊形網格來表示物體表面。點擊界面上方“工作流程”菜單，選擇“生成網格”，軟件彈窗內“表面模型”選擇“任意”、“源數據”選擇“密集點云”，“面數”根據需求選擇相應精度。⑸生成紋理點擊界面上方“工作流程”菜單，選擇“生成紋理”，軟件彈窗“混合模式”選擇“鑲嵌”，“映射模式”選擇“正射影像”，紋理大小選擇“4096”。AP軟件生成的紋理是將單張平面照片根據航片中的地理信息將航片合成為三維模型的表面貼圖。在此基礎上，不僅能建立三維實景模型傳輸至3Dmax等建模軟件中，還可以將照片中的紋理信息轉換成平面正射影像。AP軟件所生成的三維模型，是一個承載大量信息的建造模型，為歷史建筑、歷史文化村落進行數字化保護提供了可能。AP軟件導出格式多且支持數據的分類輸出，能滿足不同類型的數據處理需求。將密集點云導出為XYZPointCloud，文件格式為txt，可作為測繪軟件的數據來源。將3D模型導出為DXF文件格式可作為3Dmax等三維軟件的數據載體，進行高精度建模。將Orthomosaic（正射影像）導出為jpg圖片或kmz格式，可導入地圖軟件進行空間變化分析。將等高線信息導出為shp等格式，生成文件可導入地圖軟件來進行數據分析[4]，如圖1所示。

2村落平面形態量化應用

2.1現狀分析近年來，城鎮化高速發展和鄉村盲目建設一定程度上破壞了村落空間形態的地域性、文化性和多樣性，導致村落文脈斷裂、村落傳統格局破壞和村落空間無序發展等問題。在未來鄉村規劃過程中，村落空間格局的延續與優化是一個亟待解決的問題。村落平面形態的研究，多以定性分析和歸納為主，最常見的是以點、線、面為基本元素進行村落形態分析，將其分為塊狀聚落、線狀聚落、點狀聚落，在此基礎上進行意象分析。本文以村落中的主要空間構筑物——建筑、院墻為最小測量單位，其平面輪廓為基本要素，用不規則的幾何圖形簡化無序的村落空間。AP軟件可提取村落平面圖形的面積、周長等數據，將各數據進行組合計算，以此獲取可使用的平面圖形量化指標。如村落平面形態的延伸率、形狀率、圓形率、聚集度等數值，通過這幾項量化指標界定村落的平面形態特征。

2.2提取方法本文參考愛德華·T·霍爾在《隱匿的尺度》一書中的相關論述，結合鄉村聚落邊界尺度的提取方法，并充分考慮村落規模、建筑尺度、社會視域以及研究樣本中村落邊界數據，最終以50m作為村落邊界的尺度。在不超過村落邊界尺度的基礎上，將村落邊緣的建筑單體的轉角頂點相連，繪制出村落邊界，如圖2所示。

2.3計算分析形狀指數在景觀生態學等領域已得到廣泛應用，采用與村落等面積、等長寬比的橢圓周長與村落邊界周長的比值，來反映該村落與該橢圓在形狀上的偏離指數，可以較準確地反映村落的形狀特征，記為形狀

3村落土地分析應用

3.1現狀分析土地作為人類活動的空間載體，與人類的生存和發展息息相關，為人類提供各類產品和服務，并不斷作用于人類社會的經濟、政治等各個領域。城鎮化快速發展與經濟轉型背景下，包含異地搬遷、土地指標問題在內的農村土地矛盾較為突出，增加了歷史文化村落的保護的難度。因此在對歷史文化村落土地利用類型進行量化研究的基礎上，解析其時間與空間的變化特征與存在問題，進一步推動村落土地空間進行合理的布局，有利于歷史文化村落的可持續發展。

3.2提取方法將AP軟件拼接合成的航片導入ArcGIS軟件，矢量化先前繪制的村落底圖，處理后的圖片導入ENVI軟件，進行圖片裁剪以及訓練樣區的選取，分類處理采用最大似然法，提取村落道路、建筑、水體、綠地四大土地利用類型，最終得到巖下村的土地利用類型監督分類結果，如圖3所示。

3.3計算分析在軟件中導出村落物像元個數，計算各土地利用類型占比，在村落總面積已知的前提下，計算出村落土地利用類型的面積及相關量化數據，如表1所示。從圖3可以直觀地判斷出巖下村建筑、道路、水體的分布情況，結合表1村落各土地利用類型的面積大小和所占比例的數據，可得出巖下村村落土地利用類型占比最高的為建筑和綠地，其次是道路，占比最低的為水體。通過AP軟件和ENVI軟件量化村落的地理信息，能有效指導村落的規劃設計。

4村落數字博物館建設應用

4.1現狀分析近些年，許多歷史文化村落正在遭受破壞，村落數字博物館的建設為歷史文化村落的保護和活態傳承提供了新路徑，可實現村落遺產“永久保存”。當下村落數字博物館的建設多用VR全景虛擬現實技術來呈現，但村落建筑物眾多，具有眾多復雜的建筑形制，單個模型的構建通常使用常規的建模軟件3DMax、AutodeskMaya等即可完成。但通常村落都具有復雜建筑形制和村落場景，傳統建模軟件無法準確還原村落所處的自然山水格局與地形變化，并且具有精度無法把握、建模工作量大、成本高等缺點。

4.2實際應用AP軟件的多視圖3D建模功能可以高效地采集村落信息，生成高精度三維數字模型，并減少場景構建和復雜模型創建的工作量、成本，使歷史文化村落的場景展現會更加真實，滿足村落VR虛擬場景的構建需求，將村落通過數字化的方式保留下來。其生成的三維可視化模型是村落VR技術實現的基礎，用戶在客戶端游覽村落，以線性、并行的方式更直觀地了解村落區位、生態環境、傳統建筑、特色文化等，給人以身臨其境之感[7]，如圖4所示。

5結束語

AgisoftPhotoScan基于其簡易的用戶操作界面、高精度的自動化系統、先進的計算算法等特點，可拼接生成正射投影圖形和三維模型。在此基礎上利用ArcGIS和ENVI軟件，采用量化的方式分析村落建筑空間、土地利用類型占比、變化趨勢等，有利于村落規劃的合理布局。并且能生成三維可視化真彩色模型，場景還原度高，為村落數字博物館的建設提供了新的方法，為歷史文化村落的前期數據測量、中期的研究分析和后期的保護利用提供了新的路徑。研究中發現，無人機采集的航片普遍存在建筑透視問題，如AP軟件在拼接過程中會出現小范圍的圖像變形和缺失。因此，在今后的數據采集中建議以無人機拍攝的航片為基礎，結合實地測繪、激光雷達測量等方式，來彌補航拍攝影測量時存在的誤差，以獲取村落更為準確的地理信息。

參考文獻(References):

[1]楊小軍,顧宏圓,丁繼軍.浙江省歷史文化村落保護利用建設績效評價及運用[J].創意與設計,2022(1):43-55

[2]王勝春.無人機航空攝影數據處理方法探究[J].機械管理開發,2018(10):259-260

[3]劉紅英,楊春龍,馬利亞.AgisoftPhotoscan在歷史建筑保護中的創新應用和研究——以四川崇州市街子古鎮字庫塔為例[J].創新與實踐,2020(27):44-46

[4]趙明.AgisoftPhotoScanProfessional軟件在無人機航空攝影數據處理中的應用[J].水電站設計,2017(33):44-46

作者:湯曹輝 楊小軍 單位:浙江理工大學藝術與設計學院