نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ابوالفضل شهسواری بابوکانی ¹
• سعید صادقیان ¹
• علیرضا وفائی نژاد ¹
• داود صدیق پور ²

¹ گروه مهندسی نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

² دانشکده حفاظت و مرمت، دانشگاه هنر اصفهان، ایران

چکیده

پیشینه و اهداف: مدلسازی سه‌بعدی و مستندسازی میراث فرهنگی غیرمنقول، به‌ویژه در زمینه حفاظت، مرمت و مدیریت پایدار این آثار، نقش بسزایی در حفظ هویت تاریخی و فرهنگی جوامع ایفا می‌کند. این رویکرد نه‌تنها امکان ثبت دقیق و جامع ویژگی‌های کالبدی و فضایی بناها و محوطه‌های تاریخی را فراهم می‌سازد، بلکه بستری علمی برای تحلیل‌های تطبیقی، تعیین حریم آثار، ارزیابی آسیب‌ها و طراحی برنامه‌های مرمتی فراهم می‌آورد. بهره‌گیری از فناوری‌هایی نظیر فتوگرامتری پهپادمبنا، به‌عنوان روشی غیرمخرب، دقیق و سریع، امکان ثبت اطلاعات جامع از ساختارهای تاریخی و طبیعی را با حداقل دخالت انسانی فراهم کرده و موجب تسهیل در فرآیندهای مستندسازی، تحلیل و برنامه‌ریزی‌های حفاظتی و مرمتی می‌شود. یکی از مزایای برجسته این روش، کاهش چشمگیر هزینه‌ها و زمان اجرایی نسبت به روش‌های دیگر برداشت و مستندسازی است که آن را به گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه و کارآمد بدل می‌سازد. اهمیت این روش در مناطقی با شرایط جغرافیایی دشوار، از جمله نواحی کوهستانی، صعب‌العبور یا دارای محدودیت دسترسی، دوچندان می‌شود؛ چراکه امکان برداشت داده‌های دقیق بدون نیاز به حضور طولانی‌مدت در محل را فراهم می‌کند. بدین ترتیب، فتوگرامتری پهپادمبنا می‌تواند به عنوان راهکاری نوین و عملیاتی برای ثبت، حفاظت و برنامه‌ریزی بهینه در پروژه‌های مرتبط با میراث فرهنگی مورد استفاده قرار گیرد.
روش‌ها‌: این پژوهش در سه مرحله‌ی کتابخانه‌ای، میدانی و دفتری انجام پذیرفت. در مرحله کتابخانه‌ای، اطلاعات پایه‌ای درباره پیشینه تاریخی، موقعیت جغرافیایی و وضعیت سایت مورد مطالعه گردآوری شدند. در مرحله میدانی، ابتدا نقاط کنترل زمینی  با استفاده از گیرنده تعیین موقعیت ماهواره‌ای سه‌فرکانسه برداشت و مختصات دقیق آن‌ها ثبت گردید تا امکان هم‌مرجع‌سازی داده‌ها فراهم شود. سپس، به منظور برداشت داده‌های دقیق از محدوده مورد نظر، از پهپاد DJI Mavic Mini 2 برای تصویربرداری هوایی استفاده شد. پهپاد طی چند پرواز برنامه‌ریزی‌شده، مجموعه‌ای از تصاویر هوایی با وضوح بالا از زوایای مختلف قلعه و محیط پیرامون آن ثبت کرد. تصاویر با همپوشانی مناسب (۸۰ درصد طولی و 50 درصد عرضی) برداشت گردیده شد تا امکان مدل‌سازی سه‌بعدی دقیق فراهم گردد.
یافته‌ها: پس از انجام مراحل برداشت میدانی و پردازش‌های دفتری، مجموعه‌ای از محصولات رقومی با دقت و کیفیت بالا تولید شد که در راستای اهداف تحقیق در زمینه مستندسازی، مرمت و حفاظت میراث فرهنگی کاربرد دارند. این محصولات شامل مدل سه‌بعدی دقیق از ساختار قلعه، مدل رقومی ارتفاعی نمایش‌دهندۀ ارتفاعات سطح زمین، نقشه ارتوموزائیک با وضوح بالا و اصلاح‌شده از نظر هندسی، و همچنین پلان دوبعدی بازنمایی‌کنندۀ ابعاد و موقعیت عناصر معماری بود. ارزیابی دقت مدل سه‌بعدی با استفاده از نقاط کنترل زمینی برداشت‌شده در اطراف سایت نشان داد که خطای مسطحاتی و ارتفاعی مدل به‌ترتیب برابر با 2.4 و 1.9 سانتی‌متر بوده که بیانگر دقت بالای نتایج حاصل است. افزون بر این، نقشه توپوگرافی همراه با نمایش منحنی‌های میزان و نیز نقشه نهایی سایت شامل کلیه عوارض طبیعی و مصنوعی موجود در محدوده مطالعه تهیه شد. این اطلاعات، بستر مناسبی برای انجام تحلیل‌های محیطی، تعیین حدود حریم سایت و ارزیابی مخاطرات فراهم آورده و نقش مؤثری در فرآیندهای حفاظت، مرمت و مدیریت پایدار میراث فرهنگی ایفا می‌کند.
نتیجه‌گیری: استفاده از فتوگرامتری پهپادمبنا در مستندسازی و مدلسازی سه‌بعدی میراث فرهنگی، به‌عنوان یک روش غیرمخرب، دقیق و مقرون‌به‌صرفه، تحولی چشم‌گیر در شیوه‌های ثبت و حفاظت آثار تاریخی ایجاد کرده است. این فناوری با بهره‌گیری از تصاویر هوایی با وضوح بالا و تکنیک‌های پردازش تصویر، امکان تولید مدل‌های سه‌بعدی دقیق از بناها، محوطه‌ها و ساختارهای فرهنگی را فراهم می‌آورد. داده‌های حاصل نه‌تنها بازنمایی رقومی واقع‌گرایانه‌ای از وضعیت موجود آثار ارائه می‌دهند، بلکه پایه‌ای قابل اعتماد برای تحلیل‌های تخصصی، برنامه‌ریزی حفاظتی و مرمتی و تهیه مستندات حقوقی محسوب می‌شوند. یکی از کاربردهای کلیدی این داده‌ها، تهیه کاداستر سه‌بعدی میراث فرهنگی است؛ فرآیندی که در آن اطلاعات مکانی، توصیفی و مالکیتی آثار تاریخی در قالبی یکپارچه و رقومی سازمان‌دهی می‌گردد. کاداستر سه‌بعدی با تکیه بر مدل‌های دقیق تولیدشده از فتوگرامتری، امکان مدیریت فضایی پیشرفته، تعیین دقیق حریم آثار، پایش تغییرات و پیشگیری از تجاوزات یا آسیب‌های محیطی را فراهم می‌سازد. به‌ویژه در مناطق با بافت تاریخی متراکم یا شرایط توپوگرافی پیچیده، این اطلاعات می‌توانند نقش محوری در تصمیم‌سازی‌های مدیریتی و حقوقی ایفا کنند.

کلیدواژه‌ها

• مدلسازی سه‌بعدی
• فتوگرامتری
• پهپاد
• میراث فرهنگی
• مستندسازی

موضوعات

• فتوگرامتری

عنوان مقاله [English]

‎3D Modeling of Shir-Qaleh Castle in Shahmirzad Using UAV-Based ‎Photogrammetry; With an Approach to Documentation, Conservation, ‎Restoration, and Cultural Heritage Zoning

نویسندگان [English]

• A. Shahsavari Babukani ¹
• S. Sadeghian ¹
• A. Vafaeinejad ¹
• D. Sedighpour ²

¹ Department of Geoinformation and Geomatics Engineering, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

² Faculty of Conservation and Restoration, University of Art, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Background and Objectives: Three-dimensional modeling and documentation of immovable cultural heritage, especially in the fields of conservation, restoration, and sustainable management of these assets, play a significant role in preserving the historical and cultural identity of communities. This approach not only enables precise and comprehensive recording of the physical and spatial characteristics of historical buildings and sites but also provides a scientific basis for comparative analyses, defining heritage boundaries, damage assessment, and designing restoration programs. Utilizing technologies such as drone-based photogrammetry, as a non-destructive, accurate, and rapid method, allows for comprehensive data acquisition of historical and natural structures with minimal human intervention, facilitating documentation, analysis, and conservation/restoration planning processes. One of the notable advantages of this method is the significant reduction in costs and execution time compared to other surveying and documentation techniques, making it a cost-effective and efficient option.
The importance of this method increases in areas with challenging geographical conditions, including mountainous, inaccessible, or restricted-access regions, as it enables precise data collection without the need for prolonged onsite presence. Therefore, drone-based photogrammetry can be considered an innovative and practical solution for recording, conserving, and optimizing planning in projects related to cultural heritage.
Methods: This research was conducted in three stages: library, field, and office. In the library stage, basic information regarding the historical background, geographical location, and condition of the studied site was collected. In the field stage, ground control points were first surveyed using a dual-frequency satellite positioning receiver, and their precise coordinates were recorded to enable data georeferencing. Then, to capture accurate data of the target area, a DJI Mavic Mini 2 drone was used for aerial photography. During several planned flights, the drone captured a series of high-resolution aerial images from different angles of the castle and its surrounding environment. The images were acquired with appropriate overlap (80% longitudinal and 50% lateral) to enable accurate three-dimensional modeling.
Findings: Following the completion of field data collection and office-based processing, a set of high-accuracy and high-quality digital products was generated, serving the objectives of the research in documentation, restoration, and conservation of cultural heritage. These products included a precise 3D model of the castle structure, a digital elevation model (DEM) representing surface topography, a high-resolution Ortho mosaic map with geometric corrections, and a 2D plan illustrating the dimensions and spatial layout of architectural elements. The accuracy assessment of the 3D model, conducted using ground control points (GCPs) measured around the study site, revealed planimetric and vertical errors of 2.4 cm and 1.9 cm, respectively, indicating a high level of precision in the final results. Additionally, a topographic map featuring contour lines and a comprehensive site map encompassing all natural and man-made features within the study area were produced. These data provide a solid foundation for environmental analyses, boundary delineation, and risk assessments, effectively supporting processes related to the conservation, restoration, and sustainable management of cultural heritage.
Conclusion: The use of drone-based photogrammetry in the documentation and three-dimensional modeling of cultural heritage, as a non-destructive, accurate, and cost-effective method, has brought a remarkable transformation in the approaches to recording and conserving historical sites. This technology, utilizing high-resolution aerial images and image processing techniques, enables the production of precise three-dimensional models of buildings, sites, and cultural structures. The resulting data not only provides a realistic digital representation of the current condition of the heritage assets but also serves as a reliable basis for specialized analyses, conservation and restoration planning, and legal documentation. One of the key applications of these data is the preparation of a three-dimensional cadastral system for cultural heritage; a process in which spatial, descriptive, and ownership information of historical assets is organized in an integrated and digital format. The 3D cadaster, relying on accurate models generated by photogrammetry, facilitates advanced spatial management, precise delineation of heritage boundaries, monitoring of changes, and prevention of encroachments or environmental damages. Particularly in areas with dense historical fabric or complex topographic conditions, this information can play a central role in managerial and legal decision-making.

کلیدواژه‌ها [English]

• ‎3D Modeling
• Photogrammetry
• Drone
• Cultural Heritage
• Documentation

COPYRIGHTS

© 2025 The Author(s).  This is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/)