方卫芳陆波
安吉山明水秀市政园林建设有限公司
摘要：在改革开放的新时期，我国的科学技术发展十分迅速，近年来随着民用无人机的普及，无人机开始越来越多地应用于风景园林领域中。但目前大多数应用还停留在基础的航拍层面，对于应用潜力更大的航测层面，在风景园林行业中的应用相对较少，也更鲜为人知，现有研究更多聚焦于具体案例的应用方面，未能对其进行系统的认知和介绍。简要介绍无人机航测与遥感系统的构成及常见传感器类型，通过文献综合、项目实践等方法，系统地整理了国内外无人机航测相关的研究与应用进展，进而总结出无人机航测在风景园林中的应用可分为传统航测、倾斜摄影、多种传感器遥感3个方面。最后指出传统航测发展最为成熟，短时间内推广应用的可能性最大；倾斜摄影效率最高；多种传感器遥感未来开发潜力最大。以期对今后无人机在风景园林中的应用与研究有所启发。
关键词：风景园林；无人机；航测；遥感；倾斜摄影
引言
设计现场地理信息的缺失，严重影响了风景园林后续的规划设计。随着无人机的出现，以其高精度、操作简单、时效性强等优势，迅速成了传统载人航空摄影测量的低成本替代品。论述了无人机数据采集、图像处理、三维建模等相关技术，并以山西省大同市保平堡为研究对象，利用Pix4Dmapper软件对大疆御MavicPro无人机所获取的数据资料进行处理，实现了该区域正射影像图的拼接和三维模型的构建。作者认为，在风景园林规划设计中，利用低空多旋翼无人机进行航测是未来场地信息观测领域的发展趋势。
1前期准备
在确定飞行的时间、地点和任务之前，首先清楚当天的天气状况，禁止在下雨、大雾、雷电、大风等天气进行飞行任务。这些极端恶劣的天气状况，极有可能导致飞行器丢失甚至是坠毁。其次，飞行时，操作员要观察周边的场地环境状况，远离树木、电线、高大建筑物、机场和信号发射塔等，这些地方在影响本身数据传输的同时，亦可能会影响公共安全，损害公众财产。若生成的平面图供风景园林师使用，可以选择在阳光充足的正午进行作业，其优点是照片更清晰，且可以减少画面内的物体投影。
2无人机航测在风景园林中的应用
2.1传统航测在风景园林中的应用
传统的无人机航测以获得正射影像为目的，采用像片倾角小于2～3°的摄影方式，称为竖直航空摄影。传统无人机正射影像图是利用DEM对航片或遥感影像进行微分纠正、镶嵌、裁剪生成的影像数据（真正射影像包含地表地物，使用DSM进行微分纠正），影像上有坐标、方位及尺寸等信息，可直接测量距离及面积，是一种同时具有地图的几何精度和影像特征的图像。因此，涉及定量的研究或者数据采集都必须要基于正射影像。由于专业的量测相机质量较大且价格昂贵，一般用于载人飞机航测，大多数无人机航测使用的是非量测数码相机，镜头存在较大的畸变差，其拍摄影像需要在进行空三运算前进行畸变差校正。普通的航测只需要普通的数码相机就足够了，测量高程等空间数据是通过空中三角测量的方法，不需要使用激光雷达等更高级的传感器亦可完成。无人机DOM最大的特点就是不再受传统卫星图或航片空间分辨率的限制，以厘米级的超高分辨率和准确的尺寸信息满足风景园林师对场地分析和研究需求。
2.2无人机航测在风景园林专业中的应用
无人机摄影测量与上述众多获取场地基础资料的方式相比，不仅具有时效性强、效率高、成本低等优势，而且飞行器体积较小，所搭载的航拍设备质量较轻，遥控器操作的飞行方式相对简单。其飞行高度仅在1000m以下，低空飞行所获取的影像像幅较小，所以无人机航测更加适用于中小尺度范围内的测量任务，由此获得的影像资料足以达到风景园林专业对于设计现场信息观测的精度标准。利用无人机航测的数据处理软件（Pix4Dmapper、MicMac和Agisoftphotoscan等）不仅可以生成数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，DOM），数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM），还可以构建数字地表模型（DigitalSurfaceModel，DSM）、全景图等，为后续规划设计提供完善的场地基础资料。由此可见，在风景园林专业中，低空无人机飞行摄影与数据处理体系是获取场地原始信息最行之有效的手段之一。
2.3片林郁闭度的改造
片林的营造是公园不可或缺的景观，其林下的散步道更是市民进行散步晨跑等的重要场所。片林不仅在空间上能让人们感受到走进森林般的自然，其生态、疗养等功能亦不可忽视。乔木林下散步道的设计，并非道路两侧的植物种植数量越多、越密集越好，同样需要根据林下散步道的平面线型，设计位于道路竖直上方的透光点，维持乔木林内合适的郁闭度。如笔者截取的某公园内一处乔木林，此类乔木林内的透光点，既能满足林内生物生长的需要，又可提供游客在乔木林下活动所需的日照和通风等条件。通过多旋翼无人机和遥感等技术，拍摄城市绿地、风景区和森林植被等的正射影像图，生成整体的植物资源平面图。
2.4倾斜摄影在风景园林中的应用
无人机倾斜摄影技术是当前新兴发展的一项航测技术，这种技术在规划设计领域中主要用于生成三维实景模型。中国第一次引进该技术是在2010年，现已成为当前航测的研究热点，它改变了传统航测只能从垂直方向拍摄的局限性，其实质是在同一飞行平台上搭载多个传感器，同时从垂直、倾斜多个角度对地物进行拍摄，获取多个方位上地物的影像及位置信息以便三维建模。如果说正射影像是带有平面坐标和尺寸的平面测量图，那三维实景模型就是带有空间坐标和尺寸的立体测量模型。数字化的三维建模是数字城市技术研究的重点之一，已有许多人将这一技术用于风景园林建模的具体实践中进行过研究，目前这个技术已经商业化，现在多数无人机三维建模任务都由专门的无人机公司来完成。建立精确度较高的实景三维模型需要多镜头的数码相机，单镜头相机虽也能通过环绕拍摄完成倾斜摄影，但工作量较大、精确度较低。一般来说，镜头数量越多，模型精确度越高。市场上常见的是五镜头数码相机，中间的镜头垂直向下拍摄可以获取DOM正射影像，四周的镜头则分别从4个方向进行拍摄获取多角度的地面影像，这种多镜头的数码相机通过一次航飞任务便可获取正射影像和倾斜影像等多种数据，效率较高；搭载这种质量较大的多镜头相机也对飞行平台的稳定性和荷载提出了更高的要求。因此倾斜摄影一般都是使用专业级的多旋翼或固定翼无人机。
结语
无人机因其独有的优势，该产业在未来将得到快速发展。2017年12月，工信部发布《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》“点名”支持高校设立无人机相关专业，足见国家对民用无人机发展的重视，未来无人机的应用范围必将不断扩大。“智慧城市”的建设需要大量数字城市技术的支撑，作为各种数字化信息收集的工具之一，无人机航测使用成本低、成果更新快，非常适合风景园林等相关专业的需求，使风景园林师在获取数字化基础资料上有了更大的自主权。随着近几年无人机技术的飞速发展，较前两年有了许多变化，如新的地面站软件、新的飞控装置、新的影像处理软件等，无人机航测的操作流程不断简化，技术门槛不断降低。现在使用价格更低廉的消费级无人机（如大疆精灵系列）都可以完成精度要求不是特别高的航测任务，通过影像处理软件，也能产出DEM、DSM、DOM、三维实景模型等数据成果，为风景园林师提供了极大的便利。
参考文献：
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[2]张东明.测绘基础[M].武汉：武汉大学出版社，2013.
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