基于無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程教學(xué)探索

摘要

隨著數(shù)字中國(guó)建設(shè)的推進(jìn)，數(shù)字技術(shù)融入園林專業(yè)教學(xué)成為趨勢(shì)。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)憑借其高效、低成本等優(yōu)勢(shì)，在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。以廣州市白云區(qū)馬洞村航測(cè)實(shí)驗(yàn)為例，論述無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、相關(guān)概念、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、硬件設(shè)備和完整技術(shù)流程，并分析無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的積極作用：開闊學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)場(chǎng)地空間尺度的感知能力，提升設(shè)計(jì)效率及方案的科學(xué)性等。最后提出其在14門專業(yè)課程、5項(xiàng)實(shí)習(xí)項(xiàng)目具有潛在應(yīng)用場(chǎng)景，并探討未來可能的研究方向。

Abstract

With the advancement of Digital China， the integration of digital technologies into landscape architecture education has emerged as a significant trend. UAV photogrammetry， with its advantages of efficiency， low cost and so forth， shows great potential in landscape planning and design. This paper examines the UAV photogrammetry experiment conducted in Madong Village， Baiyun District， Guangzhou， as a case study， exploring the current state of development， relevant concepts， application benefits， hardware requirements， and the complete technical workflow of UAV photogrammetry." It further analyzes the positive impacts of this technology on landscape architecture teaching， including broadening students' perspectives， enhancing their spatial perception skills， improving design efficiency， and increasing the scientificity of design. The paper also proposes potential applications in 14 specialized courses and 5 internship projects ， and concludes by outlining possible directions for future research.

文章亮點(diǎn)

1）利用無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)地空間數(shù)據(jù)采集；2）詳述無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的操作流程；3）探索并構(gòu)思各類空間數(shù)據(jù)在園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程中的應(yīng)用場(chǎng)景及其未來可能的運(yùn)用方向。

關(guān)鍵詞

風(fēng)景園林；無人機(jī)航測(cè)；教學(xué)探索；數(shù)字技術(shù)；遙感

Keywords

Landscape architecture; UAV photogrammetry;" Teaching exploration; Digital technologies; Remote sensing

2023年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院頒布的《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》明確指出，建設(shè)數(shù)字中國(guó)是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的重要引擎，是構(gòu)筑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的有力支撐[1]。為適應(yīng)時(shí)代需求，將數(shù)字技術(shù)融入風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)實(shí)踐已成為必然的趨勢(shì)，不僅推動(dòng)教學(xué)模式更新，還輔助風(fēng)景園林研究從感覺到知覺、從定性到定量的轉(zhuǎn)變[2]。這一變革既能夠耦合教學(xué)內(nèi)容和行業(yè)發(fā)展，也是推動(dòng)園林向智慧園林轉(zhuǎn)型，成為智慧城市和智慧中國(guó)重要組成部分的關(guān)鍵一步[3]。

自1917年世界第一架無人機(jī)在英國(guó)誕生以來，無人機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)已在農(nóng)林牧業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景[4]。如Sanda Marioara Na?等[5]以克盧日納波卡市前磚廠（Former Brick Factory，Cluj Napoca，Romania）為例，闡釋了無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地利用規(guī)劃項(xiàng)目中的運(yùn)用；潘冬榮等[6]闡述該技術(shù)在草原生態(tài)學(xué)研究中的作用；孫長(zhǎng)奎等[7]則針對(duì)智慧城市建設(shè)，論述了無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用方向；馮增文等[8]探討了低空無人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中的實(shí)踐；湯明文等[9]對(duì)無人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。而無人機(jī)技術(shù)在風(fēng)景園林領(lǐng)域的應(yīng)用，有楊陽(yáng)等[10]以南京市老門東為例說明無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)在傳統(tǒng)聚落調(diào)查中的優(yōu)勢(shì)；張志明等[11]研究了無人機(jī)遙感技術(shù)在景觀生態(tài)學(xué)中的作用；Azizi Zahra等[12]以法提花園（Fateh Garden，Iran）為例討論利用航測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)城市單株喬木進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)的可能性；程文宇等[13]和韓煒杰等[3]對(duì)無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行詳述；陳荻等[14]以南京林業(yè)大學(xué)校園為例，利用無人機(jī)航攝影像計(jì)算三維綠量。

盡管無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)在風(fēng)景園林領(lǐng)域的實(shí)踐日益增多，但其在規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用仍然有限，無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代化技術(shù)的需求。本文以廣州市白云區(qū)馬洞村為例，利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)獲取場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)，闡述技術(shù)路線及優(yōu)勢(shì)，分析該技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)教學(xué)中的積極作用和使用場(chǎng)景，為場(chǎng)地調(diào)研提供一種低成本、高效率且更精準(zhǔn)的方式；并探討該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的限制與挑戰(zhàn)，為未來的研究方向提出建議，以期為風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的智慧化和創(chuàng)新提供有益的參考。

1 無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)

1.1 相關(guān)概念

無人機(jī)全稱無人駕駛飛機(jī)（Unmanned Air Vehicle，UAV），是一種帶動(dòng)力的、通過無線電遙控設(shè)備操控，或者自主飛行的、能夠執(zhí)行多種任務(wù)并能多次使用的無人駕駛飛行器[15]。而無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)屬于航空遙感技術(shù)中的一種，在測(cè)繪專業(yè)中是獲取地理信息數(shù)據(jù)的重要方法[16]。其原理是通過無人機(jī)進(jìn)行垂直攝影和傾斜攝影獲取高分辨率的可見光影像和地形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)劃場(chǎng)地全面、立體的測(cè)量和分析，再借助專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件如Pix4Dmapper和DJI Terra等，快速生成數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM）等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可作為風(fēng)景園林專業(yè)前期分析場(chǎng)地和后期設(shè)計(jì)效果呈現(xiàn)的數(shù)字基礎(chǔ)資料。

數(shù)字高程模型DEM是數(shù)字化的地表形態(tài)，是一種以有序數(shù)值陣列的形式展示場(chǎng)地高程的模型，也是生成數(shù)字正射影像和表面模型的基礎(chǔ)[3， 17]。

數(shù)字正射影像DOM是航天航空影像數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。這種圖像有坐標(biāo)、方位及尺寸等信息，具備地圖幾何精度和影像特征，可直接用于測(cè)量場(chǎng)地距離和面積[3，17]。生成數(shù)字正射影像圖的技術(shù)方法主要有3種：一是利用已有控制資料DEM，對(duì)高分辨率衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正生成[17]；二是基于搭載激光雷達(dá)的無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)，通過激光點(diǎn)云技術(shù)處理相關(guān)探測(cè)數(shù)據(jù)，獲得高精度DOM[18]；三是基于航測(cè)影像，使用DSM進(jìn)行微分糾正、鑲嵌和裁剪生成[3]。

數(shù)字表面模型DSM是在DEM的基礎(chǔ)上包含了地表建筑物、橋梁和植被等元素高清實(shí)景貼圖的三維模型[2]。

1.2 優(yōu)勢(shì)分析

無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)具有眾多優(yōu)勢(shì)：1）時(shí)效性強(qiáng)，通過實(shí)時(shí)拍攝獲取的可見光影像數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)字資料具有強(qiáng)時(shí)效性[13，19～21]；2）還原度高，基于航測(cè)生成的數(shù)字正射影像和三維實(shí)景模型，可清晰直觀地反映場(chǎng)地的地形、建筑、水體及植被等現(xiàn)狀情況，模型細(xì)節(jié)豐富且效果逼真；3）可讀性佳且展示便捷，該技術(shù)支持三維模型的自由縮放、多角度旋轉(zhuǎn)觀察，并可通過網(wǎng)頁(yè)鏈接便捷地分享和展示；4）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，采用可見光空中三角測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型具有較高精度；5）無人機(jī)飛行靈活，可適應(yīng)各種地形，抵達(dá)人工難以到達(dá)的位置進(jìn)行航測(cè)；6）成本較低且數(shù)據(jù)豐富，該技術(shù)數(shù)據(jù)采集速度快、人力投入少，綜合成本較低，并且“一次飛行”即可獲取DEM、DOM、DSM等多種測(cè)繪成果[22]。

2 設(shè)備與技術(shù)流程

2.1 相關(guān)硬件設(shè)備的使用

本次實(shí)驗(yàn)過程中使用的航拍無人機(jī)是DJI Mavic3，屬于多旋翼消費(fèi)級(jí)民用無人機(jī)，相較于行業(yè)級(jí)別的無人機(jī)，具有價(jià)格更低、易于普及的優(yōu)勢(shì)，但也存在操作更加復(fù)雜、精準(zhǔn)性相對(duì)較差等劣勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)中使用DJI Cellular模塊輔助無人機(jī)設(shè)備接入4G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)RTK、增強(qiáng)圖傳等多項(xiàng)功能。當(dāng)原有圖傳信號(hào)受到干擾或遮擋時(shí)，操控者仍然能夠借助4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的控制，防止因圖傳斷聯(lián)而產(chǎn)生的飛行安全事故。

實(shí)驗(yàn)還使用了中海達(dá)V30 RTK儀器。實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)RTK（Real-Time Kinematic）是一種基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）的高精度定位技術(shù)，通過在測(cè)量設(shè)備和參考站之間建立無線通信鏈路，實(shí)時(shí)傳輸參考站的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)來計(jì)算測(cè)量設(shè)備位置的差分改正數(shù)。此測(cè)量設(shè)備可以在厘米級(jí)的精度范圍內(nèi)獲取準(zhǔn)確的坐標(biāo)，利用RTK技術(shù)可以獲取用于控制航測(cè)精度的像控點(diǎn)坐標(biāo)。

在航測(cè)任務(wù)的實(shí)施過程中，各設(shè)備之間的協(xié)同作用是完成任務(wù)的關(guān)鍵要素（圖1）。

2.2 技術(shù)流程

無人機(jī)采集的可見光影像數(shù)據(jù)需要借助專業(yè)軟件進(jìn)行處理。以馬洞村村委附近區(qū)域的航測(cè)建模實(shí)驗(yàn)為例，從航測(cè)前準(zhǔn)備到數(shù)字成果生成的技術(shù)流程如圖2。實(shí)驗(yàn)使用無人機(jī)進(jìn)行垂直和傾斜攝影獲取高分辨率地物多視角影像數(shù)據(jù)，再運(yùn)用以攝影測(cè)量技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)處理軟件DJI Terra進(jìn)行空中三角測(cè)量解算、微分糾正和鑲嵌等，生成DSM、DOM、DEM等多種數(shù)字資料。最后，將生成的模型導(dǎo)入DJI Modify軟件，進(jìn)行懸浮物刪除、水面修復(fù)、表面壓平等編輯和優(yōu)化。具體步驟如下：

1）首先查詢航測(cè)區(qū)域是否屬于禁飛區(qū)或限飛區(qū)，依照規(guī)程向有關(guān)部門遞交航飛申請(qǐng)，獲批后遵守相關(guān)飛行條例安全飛行。本次實(shí)驗(yàn)的航測(cè)區(qū)域?yàn)橐粔K530 m×260 m的矩形地塊，包含建筑、植被、水體、農(nóng)田、停車場(chǎng)和高架路等要素。

2）接著開展航測(cè)前的準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)需對(duì)航測(cè)區(qū)域的飛行航線進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)置航攝點(diǎn)位；布設(shè)像控點(diǎn)并使用RTK獲得其坐標(biāo)，包含緯度、經(jīng)度和高程信息；設(shè)置飛行參數(shù)，本次航測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的相對(duì)飛行高度為60 m～80 m，云臺(tái)俯仰角度為-90°和-45°，拍攝每張照片的懸停時(shí)間約為3s，實(shí)際飛行速度約為15 m/s。

3）依照設(shè)計(jì)的航線獲取航測(cè)場(chǎng)地的可見光影像數(shù)據(jù)。本次航測(cè)實(shí)驗(yàn)共采集可用影像718張，其中垂直攝影照片373張和傾斜攝影照片345張。

4）對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。DJI Mavic3無人機(jī)本身質(zhì)量較輕，在采集數(shù)據(jù)過程中易受到氣流干擾，導(dǎo)致拍攝的影像模糊，這可能影響數(shù)據(jù)的處理。因此，首先需要對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除質(zhì)量較差的影像。接著將可見光影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入DJI Terra，檢查相機(jī)位置姿態(tài)等信息，進(jìn)入空中三角測(cè)量環(huán)節(jié)。

5）空中三角測(cè)量（以下簡(jiǎn)稱“空三”）指攝影測(cè)量中利用影像與所攝目標(biāo)之間的空間幾何關(guān)系，通過影像點(diǎn)與所攝物體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出相機(jī)成像時(shí)刻相機(jī)位置姿態(tài)及所攝目標(biāo)的稀疏點(diǎn)云的過程。二維正射影像和三維模型重建都必須先進(jìn)行空三處理。

6）完成空三處理后，導(dǎo)入像控點(diǎn)坐標(biāo)文件，通過軟件刺點(diǎn)的方式將拍攝到的照片與相應(yīng)的像控點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而優(yōu)化模型精度。其中像控點(diǎn)分為控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)，控制點(diǎn)用于優(yōu)化空三的精度和“魯棒性”（robustness），并且能夠?qū)崿F(xiàn)地方坐標(biāo)系或85高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。檢查點(diǎn)則用于對(duì)空三處理的精度進(jìn)行評(píng)估。

7）完成二維圖像和三維模型重建的各參數(shù)設(shè)置后，輸出數(shù)字正射影像（圖3）、三維模型（圖4）、點(diǎn)云模型（圖5）以及高程模型（圖6）。

8）對(duì)生成的二維、三維數(shù)字成果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，若出現(xiàn)缺失點(diǎn)或模糊點(diǎn)，可補(bǔ)采數(shù)據(jù)，并重復(fù)上述流程進(jìn)行修復(fù)和重建，直至獲得符合精度要求的正射影像和三維模型。

9）將生成的模型導(dǎo)入DJI Modify，對(duì)模型中的懸浮物、破洞、水體和車輛等數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別與優(yōu)化處理。最后將最終的數(shù)字成果導(dǎo)出為指定文件格式，并通過鏈接的形式分享和展示模型。

此次航測(cè)建模實(shí)驗(yàn)對(duì)馬洞村村委附近區(qū)域進(jìn)行影像采集和建模，輸出成果質(zhì)量較高，全流程高效低耗且操作便捷，為學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)區(qū)域提供大量數(shù)據(jù)資料，能滿足教學(xué)需求。

3 無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)于課程中的應(yīng)用構(gòu)思

3.1 傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀認(rèn)知方式的局限

在傳統(tǒng)的風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中，初期主要通過2種途徑幫助學(xué)生掌握?qǐng)龅噩F(xiàn)狀：一是組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，二是利用衛(wèi)星圖像、現(xiàn)狀照片及網(wǎng)絡(luò)資料進(jìn)行講解分析。然而，這些方法存在局限性：1）調(diào)研成本高。組織大量學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研不僅耗時(shí)，尤其是對(duì)于偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的規(guī)劃設(shè)計(jì)場(chǎng)地，還將產(chǎn)生額外的交通和住宿費(fèi)用。2）現(xiàn)狀數(shù)據(jù)獲取不全面且碎片化。實(shí)地調(diào)研可能無法全面覆蓋場(chǎng)地，且收集的數(shù)據(jù)可能分散在不同的媒介中，格式也不統(tǒng)一，這造成了數(shù)據(jù)碎片化，增加了學(xué)生后期整合與理解的難度。3）數(shù)據(jù)獲取困難。某些區(qū)域可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，使得勘查人員難以接近，從而無法收集必要的場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)。4）主觀性影響大。調(diào)研成果易受個(gè)人視角和經(jīng)驗(yàn)的主觀影響，這導(dǎo)致調(diào)研人員與其他團(tuán)隊(duì)成員在交流過程中出現(xiàn)認(rèn)知偏差，最終可能使得團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)成果與實(shí)際需求發(fā)生偏離。5）時(shí)效性不足。網(wǎng)絡(luò)搜集的衛(wèi)星圖像、現(xiàn)狀照片等信息可能已過時(shí)，無法反映場(chǎng)地的最新情況。

3.2 無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)教學(xué)優(yōu)勢(shì)

從馬洞村村委附近區(qū)域的航測(cè)建模實(shí)驗(yàn)成果來看，相較于傳統(tǒng)園林教學(xué)的現(xiàn)狀認(rèn)知方式，無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的引入具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）增強(qiáng)學(xué)生對(duì)場(chǎng)地空間尺度的感知能力。在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的初期學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往難以準(zhǔn)確把握?qǐng)龅氐目臻g尺度、形狀及各要素的比例關(guān)系。借助數(shù)字化的測(cè)控技術(shù)，學(xué)生可以輕松獲取場(chǎng)地的現(xiàn)狀信息，有助于其更深入地理解和感受場(chǎng)地的空間特征。

2）提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展改變了數(shù)據(jù)收集的方式，極大地提升了調(diào)查研究的精準(zhǔn)度。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)不僅能提供更為全面、客觀的數(shù)據(jù)資料，還能獲取傳統(tǒng)方法難以收集的環(huán)境信息，為設(shè)計(jì)評(píng)估和檢驗(yàn)提供了更加客觀有效的途徑。

3）提升學(xué)生的設(shè)計(jì)效率和效果。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用縮短了學(xué)生前期調(diào)研時(shí)間，使他們能將更多精力集中于思考設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，學(xué)生可將設(shè)計(jì)內(nèi)容的模型疊加在現(xiàn)狀模型上，以便其對(duì)設(shè)計(jì)尺度、效果以及方案和周邊環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行反復(fù)推敲，直至確定最終的設(shè)計(jì)方案。

4）開闊學(xué)生的視野。無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)作為測(cè)繪專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用于風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，體現(xiàn)了學(xué)科之間的交叉和融合。這不僅能拓寬學(xué)生的視野，還能幫助他們了解風(fēng)景園林學(xué)科的發(fā)展與創(chuàng)新趨勢(shì)，激發(fā)其主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

3.3 無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)與風(fēng)景園林專業(yè)課程結(jié)合

結(jié)合仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園林專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程大綱，分析無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)適用的課程和實(shí)習(xí)項(xiàng)目，并探索可能的應(yīng)用場(chǎng)景（表1～2）。其中，可與無人機(jī)航測(cè)技術(shù)深度融合的課程有14門，實(shí)習(xí)項(xiàng)目5項(xiàng)，共計(jì)49.5學(xué)分，約占總學(xué)分的30%。

4 結(jié)論與展望

本研究利用DJI Mavic3消費(fèi)級(jí)民用無人機(jī)對(duì)馬洞村村委附近區(qū)域進(jìn)行航測(cè)并生成多種數(shù)字資料，詳細(xì)展示了完整的技術(shù)流程。從結(jié)果來看，該方法具有高效低耗和操作便捷等優(yōu)勢(shì)，最終產(chǎn)出的數(shù)字成果達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足園林規(guī)劃設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)需求。無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用為學(xué)生提供了全新的場(chǎng)地認(rèn)知方式，增強(qiáng)了他們對(duì)空間的感知能力，拓寬了其視野。該技術(shù)有效增強(qiáng)了學(xué)生的場(chǎng)地現(xiàn)狀分析和問題解決能力，使學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中能更深入地將設(shè)計(jì)內(nèi)容與現(xiàn)狀情況相結(jié)合。這不僅增強(qiáng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，還優(yōu)化了課程教學(xué)效果。同時(shí)，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)為遠(yuǎn)距離項(xiàng)目提供了新的調(diào)研方式。通過航測(cè)技術(shù)，僅需少量學(xué)生即可采集足夠的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，替代了以往組織大量學(xué)生前往現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的模式，從而降低了調(diào)研成本。最后研究結(jié)合仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園林專業(yè)2024年人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，構(gòu)思了無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)在風(fēng)景園林專業(yè)課程中的潛在應(yīng)用場(chǎng)景。結(jié)果表明，約占總學(xué)分30%的課程能夠與該技術(shù)結(jié)合，揭示了這項(xiàng)技術(shù)在風(fēng)景園林專業(yè)教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

雖然無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)和限制。相較于行業(yè)級(jí)無人機(jī)，本研究使用的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)雖價(jià)格更低，更易于普及，但在航線規(guī)劃和像控點(diǎn)采集等方面存在局限。消費(fèi)級(jí)無人機(jī)依賴第三方軟件或手動(dòng)操控航線規(guī)劃，航測(cè)過程更加繁瑣且穩(wěn)定性不足，而使用外部RTK采集像控點(diǎn)坐標(biāo)也會(huì)降低效率；受飛行高度限制，影像畫幅小，增加了外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)影像處理的工作量；續(xù)航能力有限且易受信號(hào)干擾；輕質(zhì)無人機(jī)易受風(fēng)力影響，可能降低影像質(zhì)量，進(jìn)而影響建模精度。此外，無人機(jī)數(shù)字航測(cè)技術(shù)雖能高效優(yōu)質(zhì)地提煉場(chǎng)地空間特征，但要深刻理解場(chǎng)地文化內(nèi)涵，仍需結(jié)合傳統(tǒng)調(diào)研手段，如文獻(xiàn)分析、實(shí)地訪談和文化體驗(yàn)等，以全面認(rèn)識(shí)空間的物質(zhì)構(gòu)成及其文化價(jià)值。同時(shí)，由于當(dāng)前課程體系尚未加入無人機(jī)航測(cè)技術(shù)教學(xué)，受到設(shè)備數(shù)量的制約，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐中往往囿于教師所提供的數(shù)字資料，難以針對(duì)實(shí)際場(chǎng)地進(jìn)行航測(cè)與設(shè)計(jì)實(shí)踐。綜上，本研究仍存在不足，對(duì)無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)在課程中的應(yīng)用也仍處于構(gòu)思階段，收到的學(xué)生反饋意見有限，需在更多課程中進(jìn)一步實(shí)踐以評(píng)估實(shí)效，優(yōu)化無人機(jī)數(shù)字航測(cè)技術(shù)。

在數(shù)字化時(shí)代背景下，無人機(jī)航測(cè)數(shù)字技術(shù)以其直觀、高效、準(zhǔn)確的場(chǎng)地現(xiàn)狀信息獲取能力，為園林空間的數(shù)字化復(fù)構(gòu)提供了技術(shù)保障。該技術(shù)輸出的數(shù)字資料不僅是對(duì)空間實(shí)體真實(shí)狀態(tài)的虛擬映射，其作為一種數(shù)字資產(chǎn)，還為后續(xù)研究提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。展望該技術(shù)未來的研究方向，包括：1）通過復(fù)構(gòu)的孿生數(shù)字空間實(shí)現(xiàn)對(duì)公園、景區(qū)等公共空間的智慧化管理，構(gòu)建虛擬環(huán)境實(shí)現(xiàn)與物理世界的實(shí)時(shí)互動(dòng)和反饋循環(huán)，并結(jié)合數(shù)字空間的智能技術(shù)來指導(dǎo)空間的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。譬如利用游客行為監(jiān)測(cè)與智能預(yù)測(cè)分析，推導(dǎo)游線設(shè)計(jì)方案，從而優(yōu)化實(shí)體道路布局；或通過模擬緊急情況，科學(xué)制定疏散點(diǎn)和疏散路徑等[23]。2）結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用Rhino、Enscape等三維建模和渲染軟件以及VR設(shè)備，構(gòu)建具有交互性、沉浸性和體驗(yàn)性的“建成世界”虛擬環(huán)境，支持學(xué)生漫游在設(shè)計(jì)空間中對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估和修正。3）借助CloudCompare、eCognition等軟件進(jìn)行三維點(diǎn)云處理和DSM智能識(shí)別，突破二維數(shù)據(jù)分析局限，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地風(fēng)貌要素的量化統(tǒng)計(jì)、復(fù)雜空間的量化剖析、景觀風(fēng)貌的時(shí)空演變趨勢(shì)的推演，以及景觀要素的分類和疊圖比對(duì)，這不僅能排除干擾對(duì)單個(gè)要素進(jìn)行解析，還能更加深入地理解各要素間的關(guān)聯(lián)性[24]，提升學(xué)生對(duì)基地的認(rèn)知水平，為設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性提供有力支撐。

注：圖片均由作者自繪自攝。

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