基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)研究與教學(xué)探索

劉通 黎展榮

數(shù)字和信息的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，在建筑學(xué)與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用已深入到學(xué)科行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)應(yīng)用層面不斷拓展[1]。隨著無(wú)人機(jī)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在風(fēng)景園林學(xué)相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用也不斷深入。在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中，無(wú)人機(jī)逐漸成為必不可少的硬件設(shè)備。在規(guī)劃設(shè)計(jì)的前期分析工作中，可以用無(wú)人機(jī)對(duì)場(chǎng)地現(xiàn)狀進(jìn)行航拍，幫助設(shè)計(jì)師綜合分析場(chǎng)地現(xiàn)狀。在工程建設(shè)過(guò)程中，可以用無(wú)人機(jī)進(jìn)行定期、定點(diǎn)航拍，記錄施工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題，為設(shè)計(jì)修改提供基礎(chǔ)資料。在工程建設(shè)完成后，可以用無(wú)人機(jī)進(jìn)行園區(qū)監(jiān)控，為園區(qū)的管理維護(hù)工作提供便利。在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)工作中，將傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與前沿科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)提高學(xué)生能力、訓(xùn)練學(xué)生思維和開(kāi)闊學(xué)生視野有重要的作用和積極的意義。本文以第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)礦坑花園為規(guī)劃設(shè)計(jì)案例，以北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院2013、2014級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)為教學(xué)案例，以無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型為結(jié)合點(diǎn)，研究并展示無(wú)人機(jī)技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用價(jià)值，探究風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與前沿科學(xué)技術(shù)的融合[2]。

1 無(wú)人機(jī)三維重建模型

1.1 相關(guān)概念

無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，簡(jiǎn)稱UAV），是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。無(wú)人機(jī)可分為：固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)和無(wú)人飛艇等。它具有體積小、造價(jià)低、使用方便及對(duì)場(chǎng)地要求較低等優(yōu)點(diǎn)[3]。

無(wú)人機(jī)航空攝影，是以無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，以機(jī)載遙感設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀等獲取信息。無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)往往是低空飛行的，具有數(shù)碼彩色航攝相機(jī)及GPS定位數(shù)據(jù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率影像的采集。

無(wú)人機(jī)三維重建模型，是利用無(wú)人機(jī)航拍采集建模目標(biāo)數(shù)字影像，應(yīng)用多種數(shù)據(jù)處理手段和計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，在計(jì)算機(jī)中建立三維模型，數(shù)據(jù)處理可按實(shí)際需要，處理出數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱DEM）、數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，簡(jiǎn)稱DSM）、數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，簡(jiǎn)稱DOM）這幾種結(jié)果。

DEM即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。DSM是包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程模型。DEM只包含了地形的高程信息。DSM是在DEM的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步涵蓋了除地表以外的其他地表信息的高程，真實(shí)地表達(dá)地面起伏情況。圖1-1包括了植被和建筑等信息，圖1-2去掉了植被和建筑等信息[4]。

DOM是對(duì)航空（或航天）像片進(jìn)行數(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，它同時(shí)具備地圖幾何精度和影像特征（圖2）。

1 DSM與DEM比較Comparison of DSM and DEM1-1 DSM包括植被和建筑等信息DSM includes the information of plant and architecture, etc1-2 DEM不包括植被和建筑等信息DEM does not include the information of plant and architecture, etc

2 DOM范例Example of DOM

3 技術(shù)流程Technical process

4 Smart3D Capture工作流程示意圖Workflow of Smart3D Capture

1.2 技術(shù)流程

無(wú)人機(jī)航拍影像數(shù)據(jù)需要專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，涉及技術(shù)較為廣泛且復(fù)雜，主要有空中三角測(cè)量軟件和傾斜攝影測(cè)量軟件兩種類型。下面以Smart3D Capture為例，說(shuō)明技術(shù)流程（圖3）。流程利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取的高分辨率的地物多視角多方位影像數(shù)據(jù)，運(yùn)用Smart3D Capture基于數(shù)字影像密集匹配技術(shù)的快速三維場(chǎng)景運(yùn)算功能，進(jìn)行傾斜攝影空中三角測(cè)量解算、地面景物的逼真實(shí)景三維重構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)全要素的三維數(shù)字模型及場(chǎng)景生產(chǎn)。

1）首先收集整理測(cè)區(qū)的范圍和已有控制點(diǎn)資料，向相關(guān)部門申請(qǐng)航飛批文，按規(guī)程要求與相關(guān)部門協(xié)調(diào)。

2）地面控制測(cè)量組開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)踏勘，查找控制起算點(diǎn)并進(jìn)行控制網(wǎng)埋石和觀測(cè)。航飛得到許可后，安排飛機(jī)和航攝儀設(shè)備進(jìn)場(chǎng)并安裝調(diào)試。起飛進(jìn)行航飛數(shù)據(jù)采集和傾斜攝影。各項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)格按照航飛設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行，如果出現(xiàn)漏飛、數(shù)據(jù)質(zhì)量差等問(wèn)題，立即進(jìn)行補(bǔ)飛或重飛，如果原航線滿足補(bǔ)飛要求，可按原航線補(bǔ)飛，也可以按新航線補(bǔ)飛[5]。

3）利用后處理POS數(shù)據(jù)、地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)（包括垂直影像和傾斜影像）進(jìn)行空中三角測(cè)量，得到每張航片的精確外方位元素。

4）利用垂直影像、傾斜影像數(shù)據(jù)結(jié)合空中三角測(cè)量加密成果，運(yùn)用影像密集匹配技術(shù)，生產(chǎn)出基于真實(shí)影像超高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)。對(duì)于這種海量數(shù)據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行切塊分割，按照設(shè)置的優(yōu)先等級(jí)對(duì)分割的區(qū)塊內(nèi)的密集點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN，并生成帶白膜的三維模型。對(duì)三維模型自動(dòng)賦予紋理，由于所有影像均具有精確定位信息，該過(guò)程可自動(dòng)快速將影像貼在對(duì)應(yīng)位置的三維模型表面，最后輸出模型紋理清晰逼真的三維瓦片。

5）利用模型編輯軟件對(duì)模型進(jìn)行補(bǔ)漏、修改等精細(xì)化處理后，再導(dǎo)回到模型結(jié)構(gòu)中，生產(chǎn)出全要素的三維數(shù)字模型及場(chǎng)景[6]。

1.2.1 三維模型自動(dòng)生成

在航拍及像控點(diǎn)測(cè)量完成后，利用Smart3D Capture進(jìn)行三維模型的自動(dòng)生成，其工作流程示意圖如圖4所示：

1）影像導(dǎo)入，導(dǎo)入相機(jī)檢校文件與每張像片的外方位元素，創(chuàng)建攝區(qū)空三工程文件。根據(jù)外方位元素得到攝區(qū)像主點(diǎn)位置。將攝區(qū)外業(yè)像控點(diǎn)量測(cè)到空三工程中，根據(jù)刺點(diǎn)點(diǎn)位信息將控制點(diǎn)量入軟件模塊。

2）空中三角測(cè)量計(jì)算，將所有傾斜攝區(qū)影像、像控點(diǎn)全部參與空三計(jì)算。每張像片（包含傾斜影像）的外方位元素使用POS數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

3）Smart3D Capture軟件AT模塊經(jīng)過(guò)提取特征點(diǎn)（Extracting Keypoints）、提取同名像對(duì)（Selecting Pairs）等步驟的運(yùn)算處理，得到攝區(qū)空中三角測(cè)量成果。為提高空中三角測(cè)量成果的精度，可以使用軟件對(duì)攝區(qū)進(jìn)行二次空三運(yùn)算，最終得到更精確的攝區(qū)空三結(jié)果報(bào)告。

4）空三加密成果輸出，空三成果以加密分區(qū)進(jìn)行整理，成果內(nèi)容包括：相機(jī)文件，像片控制點(diǎn)坐標(biāo)，連接點(diǎn)或測(cè)圖定向點(diǎn)像片坐標(biāo)和大地坐標(biāo)，每張像片的內(nèi)、外方位元素，連接點(diǎn)分布圖，保密檢查點(diǎn)大地坐標(biāo)等。

5）輸出三維模型，可以得到貼圖信息的三維模型，可以導(dǎo)出為通用的三維模型數(shù)據(jù)。

1.2.2 三維模型修復(fù)

根據(jù)航攝獲取的影像數(shù)據(jù)制作三維模型成果，可以真實(shí)還原地物的空間位置、形態(tài)、顏色和紋理。但自動(dòng)三維模型生成，難以避免地會(huì)出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：

1）一些錯(cuò)誤的模型，會(huì)飄在正常三維模型上方。

2）模型空洞，主要出現(xiàn)在水域，這些區(qū)域，軟件一般無(wú)法進(jìn)行特征點(diǎn)生成和匹配。

3）嚴(yán)重的房屋變形和扭曲。

對(duì)于這些錯(cuò)誤，需要將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型編輯軟件中進(jìn)行修改，包括調(diào)整三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行局部貼圖等。

2 無(wú)人機(jī)三維重建模型的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的地形圖，以平面的方式，用高程點(diǎn)和等高線表示豎向高差變化情況，用各種圖例符號(hào)表示地表情況。在精度要求不高的總體規(guī)劃環(huán)節(jié)，平面地形圖基本能滿足設(shè)計(jì)師的要求。但在精度要求較高的工程方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和精度要求更高的施工圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，平面地形圖精確度、直觀性和完整性不足的缺點(diǎn)便越發(fā)明顯。尤其在現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜的項(xiàng)目中，這些缺點(diǎn)更加突出。要求測(cè)繪單位進(jìn)行更高精度的測(cè)繪，不僅意味著時(shí)間的損耗和項(xiàng)目成本的增加，最關(guān)鍵的是，得到的更高精度地形圖也不一定能解決問(wèn)題。例如在第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)礦坑花園項(xiàng)目中，礦坑的現(xiàn)狀情況非常復(fù)雜：山丘、崖壁和凹坑的高差變化劇烈，崖壁結(jié)構(gòu)含泥量高、土石結(jié)構(gòu)松散不穩(wěn)定，時(shí)有坍塌，現(xiàn)狀處于不斷變化的過(guò)程中。圖5為礦坑花園平面地形圖局部，圖中東側(cè)山丘最高點(diǎn)標(biāo)高105.42m，坑底最低點(diǎn)標(biāo)高52.41m，高差53.01m（設(shè)計(jì)為峻崖潭）。西側(cè)山丘最高點(diǎn)標(biāo)高96.96m，坑底最低點(diǎn)標(biāo)高71.29m，高差25.67m（設(shè)計(jì)為飛瀑湖）。南側(cè)無(wú)山體，地面標(biāo)高71m左右，坑底最低點(diǎn)標(biāo)高48.36m，高差22.64m（設(shè)計(jì)為臺(tái)地園）。平面地形圖在表達(dá)該地塊現(xiàn)狀時(shí)的劣勢(shì)顯露無(wú)疑，精確度、直觀性和完整性都達(dá)不到要求，大量現(xiàn)狀場(chǎng)地的細(xì)節(jié)內(nèi)容無(wú)法表達(dá)充分。這主要是由于平面圖例符號(hào)表達(dá)能力較弱，以及很多區(qū)域人工測(cè)量難以達(dá)到。若只以此圖為基礎(chǔ)進(jìn)行深入設(shè)計(jì)將存在較大誤差，設(shè)計(jì)反復(fù)調(diào)整和修改將額外增加相當(dāng)大的工作量，分散了設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)核心問(wèn)題上的時(shí)間和精力。

相較于傳統(tǒng)的地形圖，無(wú)人機(jī)三維重建模型具有顯著優(yōu)勢(shì)：準(zhǔn)確、直觀和詳實(shí)。以點(diǎn)云數(shù)據(jù)的方式生成模型，模型上每個(gè)點(diǎn)的位置和高程都具有良好的精度。三維模型的表面附有基于航拍照片生成的貼圖，還原度較高，效果逼真直觀；現(xiàn)狀場(chǎng)地的豐富細(xì)節(jié)被最大程度地保留并呈現(xiàn)，細(xì)節(jié)損耗較少，內(nèi)容完整度較高；瀏覽模型時(shí)可以旋轉(zhuǎn)和縮放，方便各個(gè)角度觀察和研究模型細(xì)節(jié)。無(wú)人機(jī)能適應(yīng)各種復(fù)雜的地形，對(duì)人工難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量工作，將豐富的場(chǎng)地細(xì)節(jié)呈現(xiàn)出來(lái)，圖6是圖5相同區(qū)域的無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型，可以看到該模型不僅準(zhǔn)確地反映了現(xiàn)狀山丘、崖壁和凹坑的地形高差情況，更以模型貼圖的形式清晰直觀、逼真詳實(shí)地反映了場(chǎng)地內(nèi)泥土、石塊、地被、樹叢、水體、建筑等細(xì)節(jié)情況。這為設(shè)計(jì)師進(jìn)行低誤差、高精度的精細(xì)設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。

3 基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型的風(fēng)景園林設(shè)計(jì)研究

3.1 現(xiàn)狀分析階段

在礦坑花園項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師基于該現(xiàn)狀三維模型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘的直觀判斷和拍攝的照片，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行細(xì)致入微的現(xiàn)狀分析，包括：現(xiàn)狀崖壁安全性、現(xiàn)狀崖壁觀賞性、現(xiàn)狀水體、現(xiàn)狀植被、現(xiàn)狀路徑和現(xiàn)狀平地等（表1、圖7）。

3.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思階段

5 礦坑花園的平面地形圖（局部）Topographic map of mine garden (part)

6 礦坑花園的無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型（局部）UAV 3D reconstruction of current model of mine garden(part)

基于礦坑花園現(xiàn)狀高差變化劇烈、土石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的總體情況，設(shè)計(jì)師以保證安全、最大程度結(jié)合現(xiàn)狀、最小干預(yù)和擾動(dòng)為原則，提出土石清理、崖壁修整、植被修復(fù)、安全避讓、路徑介入、特色創(chuàng)造的設(shè)計(jì)策略。對(duì)采石作業(yè)遺留的雜亂現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整理，清理表土和碎石，突顯巖體結(jié)構(gòu)的完整形態(tài)，增強(qiáng)景觀視覺(jué)效果，廢棄石材可用作景觀構(gòu)筑材料。對(duì)重要節(jié)點(diǎn)周邊風(fēng)貌欠佳的崖壁進(jìn)行適度調(diào)整，通過(guò)局部加固、放緩坡度、植被覆蓋等方式，增加崖壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免過(guò)度使用工程措施，突出崖壁的自然風(fēng)貌，部分改造為瀑布疊水。釆用人工干預(yù)結(jié)合自然演替的植被恢復(fù)策略，以南寧地區(qū)本土植物及適宜在南寧種植的園林植物為基礎(chǔ)，營(yíng)造多樣的礦坑植被特色。通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀崖壁土石結(jié)構(gòu)和坡度等條件進(jìn)行分析判斷，選取適宜的游覽路線和活動(dòng)場(chǎng)地，避開(kāi)存在滑坡、落石等隱患的危險(xiǎn)區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)狀條件適當(dāng)增設(shè)人工構(gòu)筑設(shè)施，不破壞礦坑的原始風(fēng)貌。平臺(tái)、棧道、廊架等通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕槿?，與場(chǎng)地環(huán)境相融合，提供豐富、安全、驚險(xiǎn)、刺激的游覽體驗(yàn)，創(chuàng)造強(qiáng)烈的吸引力。延續(xù)場(chǎng)地的采石記憶，強(qiáng)調(diào)礦坑生態(tài)文明，設(shè)置契合園博會(huì)主題的科普教育內(nèi)容，提取本土文化要素融入景觀環(huán)境設(shè)計(jì)，創(chuàng)造獨(dú)具特色的礦坑生態(tài)文化（圖8）。

3.3 設(shè)計(jì)推敲階段

結(jié)合現(xiàn)狀分析和設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)師在具體推敲設(shè)計(jì)時(shí)，將設(shè)計(jì)內(nèi)容模型疊加在現(xiàn)狀三維模型上，設(shè)計(jì)的平臺(tái)、棧道、廊架、建筑、水體、植物與現(xiàn)狀崖壁、水體、植被、路徑、平地情況仔細(xì)對(duì)應(yīng)，具體包括：平臺(tái)、棧道、廊架和建筑的位置、形狀、大小、高度、視線方向、觀賞界面、觀賞點(diǎn)位、觀賞角度、圍合方式、材料和結(jié)構(gòu)；水體的水位控制、補(bǔ)水點(diǎn)位置、抽水點(diǎn)位置、水泵位置、瀑布位置、面積、體積及觀賞界面；植物的種類、種植區(qū)域、植物群落組合、林冠線、視線豁口、色彩和季向變化等（圖9、10）。

表1 礦坑花園現(xiàn)狀分析表Tab. 1 Present situation analysis of mine garden

7 峻崖潭現(xiàn)狀分析Present situation analysis of Cliff Lake

受交通距離和交通條件的制約，設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)踏勘的次數(shù)有限；受時(shí)間和體力的限制，設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)很難做到無(wú)死角和全覆蓋。在礦坑花園項(xiàng)目中，復(fù)雜的現(xiàn)狀更是充滿了危險(xiǎn)，大多數(shù)區(qū)域都只能遠(yuǎn)看和拍照，無(wú)法接近。通過(guò)引入準(zhǔn)確、直觀、詳實(shí)的無(wú)人機(jī)三維重建模型技術(shù)，為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)可以隨時(shí)仔細(xì)研究的現(xiàn)狀全信息模型，彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)踏勘和現(xiàn)狀照片的不足，使設(shè)計(jì)精度和工作效率得到顯著提升。通過(guò)該項(xiàng)目也具體地展示出無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)與風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的結(jié)合方式和效果。

需要特別說(shuō)明的是，在礦坑花園項(xiàng)目中，現(xiàn)狀地面的喬木數(shù)量不多，對(duì)地面遮擋較少，無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型應(yīng)用較好。當(dāng)現(xiàn)狀地面有大量喬木、樹林以及樹冠之下的地面被較多遮擋時(shí)，就需要DEM的輔助，并進(jìn)行一定程度的人工踏勘，探明被樹冠遮擋的地面情況。

4 基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型的風(fēng)景園林教學(xué)探索

美國(guó)著名風(fēng)景園林設(shè)計(jì)師、教育家約翰·奧姆斯比·西蒙茲（John Ormsbee Simonds）在其著作《景觀設(shè)計(jì)學(xué)—場(chǎng)地規(guī)劃與設(shè)計(jì)手冊(cè)》中提到：“人們?cè)诰坝^規(guī)劃中最核心的就是體驗(yàn)，通過(guò)體驗(yàn)認(rèn)識(shí)場(chǎng)地、確定用途，其次才是有意識(shí)地進(jìn)行空間劃分和形式設(shè)計(jì)，并且空間和形式都是由最終目的所決定的，而最終目的就是要獲得絕佳的空間體驗(yàn)?！?/p>

可以說(shuō)，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)中首要任務(wù)就是讓學(xué)生掌握體驗(yàn)的方法，學(xué)會(huì)通過(guò)體驗(yàn)認(rèn)識(shí)現(xiàn)狀場(chǎng)地。由于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)有限，對(duì)場(chǎng)地空間缺乏把控能力，難以很好地體驗(yàn)和感知場(chǎng)地空間的尺度、結(jié)構(gòu)、布局和關(guān)系。雖然學(xué)生進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘和調(diào)研，并拍攝了照片，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍然無(wú)法將設(shè)計(jì)構(gòu)思與現(xiàn)狀場(chǎng)地空間很好地結(jié)合。與二維的現(xiàn)狀地形圖相比，現(xiàn)狀三維模型更加形象；與目前常用的等高線生成的現(xiàn)狀三維模型相比，無(wú)人機(jī)航拍生成現(xiàn)狀三維模型，更加準(zhǔn)確、直觀和詳實(shí)。通過(guò)無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型的構(gòu)建，幫助學(xué)生更有效地進(jìn)行現(xiàn)狀場(chǎng)地空間的體驗(yàn)，把握其空間特征，彌補(bǔ)二維現(xiàn)狀地形圖和等高線生成的現(xiàn)狀三維模型在表達(dá)場(chǎng)地空間時(shí)的不足。

設(shè)計(jì)師的工作流程是高校風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)的參考范式。結(jié)合無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型的技術(shù)特點(diǎn)，以北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院2013級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)《第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)廣西園設(shè)計(jì)》和2014級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)《第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)礦坑花園設(shè)計(jì)》為教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文提出可以將設(shè)計(jì)教學(xué)范式調(diào)整為：1）研究CAD現(xiàn)狀地形圖和其他現(xiàn)狀基礎(chǔ)資料；2）攜帶地形圖紙質(zhì)版進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，復(fù)核資料，拍攝人視角度現(xiàn)狀照片，用無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)狀照片；3）用無(wú)人機(jī)航拍現(xiàn)狀照片生成三維模型，整理CAD現(xiàn)狀地形圖，繪制現(xiàn)狀分析圖，開(kāi)展前期分析工作；4）基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型和地形圖紙質(zhì)版進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)；5）基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型進(jìn)行設(shè)計(jì)模型推敲，完成精細(xì)設(shè)計(jì)。其中，4、5兩個(gè)環(huán)節(jié)包括了概念規(guī)劃方案、工程設(shè)計(jì)方案和施工圖設(shè)計(jì)的全部工作內(nèi)容。通過(guò)讓學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和掌握該工作流程，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)輔助和促進(jìn)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)。

8 峻崖潭設(shè)計(jì)策略Design strategy of Cliff Lake

9 峻崖潭設(shè)計(jì)模型推敲Polishing the design model of Cliff Lake

10 峻崖潭建設(shè)過(guò)程Construction process of Cliff Lake

具體到教學(xué)內(nèi)容上，需要給學(xué)生增加的講授和實(shí)操內(nèi)容有：1）無(wú)人機(jī)技術(shù)概述、無(wú)人機(jī)技術(shù)原理介紹和主流無(wú)人機(jī)產(chǎn)品介紹（1課時(shí)）；2）主流無(wú)人機(jī)產(chǎn)品操作實(shí)習(xí)（外業(yè)1課時(shí)）；3）無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)流程介紹（1課時(shí)）；4）無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)流程操作實(shí)習(xí)（4課時(shí)）；5）基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型和地形圖紙質(zhì)版進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)（與評(píng)圖課時(shí)一致）；6）基于無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型進(jìn)行設(shè)計(jì)模型推敲（與評(píng)圖課時(shí)一致）。

5 總結(jié)

綜上所述，在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)與教學(xué)中引入無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)，將設(shè)計(jì)工作流程、設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與前沿科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)于風(fēng)景園林設(shè)計(jì)與教學(xué)的提升有積極作用。

風(fēng)景園林設(shè)計(jì)方面包括：

1）提高設(shè)計(jì)工作精度。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)注重因地制宜，無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型準(zhǔn)確、直觀和詳實(shí)，模型點(diǎn)云的空間位置和高程精度高，模型貼圖逼真直觀，彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)踏勘和現(xiàn)狀照片的不足，做到現(xiàn)狀情況全信息、無(wú)死角和全覆蓋。以此模型為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)深化和模型推敲，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性好、精度高。

2）提升設(shè)計(jì)工作效率?，F(xiàn)狀信息和高程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，一方面減少了設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)踏勘的次數(shù)，提高了現(xiàn)場(chǎng)踏勘的效率，設(shè)計(jì)師把重點(diǎn)區(qū)域踏勘后，剩下區(qū)域交給無(wú)人機(jī)完成；另一方面極大地降低了設(shè)計(jì)工作中的誤差，減少設(shè)計(jì)反復(fù)調(diào)整和修改所產(chǎn)生的額外工作量，提高工作效率，使設(shè)計(jì)師可以投入更多的時(shí)間和精力聚焦在設(shè)計(jì)核心問(wèn)題上。

風(fēng)景園林教學(xué)方面包括：

1）提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力。風(fēng)景園林設(shè)計(jì)教學(xué)的首要目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)現(xiàn)狀場(chǎng)地，無(wú)人機(jī)技術(shù)的引入為學(xué)生認(rèn)知場(chǎng)地提供了全新方式，對(duì)于學(xué)生把握?qǐng)龅乜臻g結(jié)構(gòu)，分析場(chǎng)地現(xiàn)狀問(wèn)題，思考設(shè)計(jì)解決方案有著積極的促進(jìn)作用，幫助學(xué)生在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中將設(shè)計(jì)內(nèi)容與現(xiàn)狀情況充分結(jié)合，達(dá)到提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的教學(xué)效果。

2）開(kāi)闊學(xué)生綜合視野。風(fēng)景園林是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，與多門學(xué)科都有交叉和聯(lián)系。無(wú)人機(jī)技術(shù)作為測(cè)繪學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)，是測(cè)繪學(xué)科和風(fēng)景園林學(xué)科的重要交叉點(diǎn)。通過(guò)無(wú)人機(jī)三維重建現(xiàn)狀模型技術(shù)的學(xué)習(xí)，開(kāi)闊學(xué)生視野，看到風(fēng)景園林學(xué)科的發(fā)展與創(chuàng)新，激發(fā)不斷探索研究和拓展學(xué)習(xí)的興趣。

注釋：

① 圖1～4由作者自繪或改繪；圖5～10為作者根據(jù)第十二屆中國(guó)（南寧）國(guó)際園林博覽會(huì)籌辦工作指揮部、北京多義景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)事務(wù)所提供的資料繪制。

② 表1為作者自繪。