景观设计中航空模型的应用研究

摘要 本文利用四旋翼航模搭载GPS，高度气压计，红外测距和高分辨率摄像头等仪器对该地形进行点对点测量，四旋翼经多次起飞，连续测量，扩大了测绘区域，分块完成了较为精细的地面测绘。利用四旋翼的飞行稳定性，能够多角度采集小尺度空间地形图。最终将航测数据处理得到该地形三维图，利用图片拼接技术把航拍影像资料做成该地形的顶视图。

关键词 航测；景观设计；四旋翼航空飞行器

中图分类号TU-856 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）83-0119-03

景观设计学(Landscape Architecture)是一个泊来名词，它所研究的内容是关于如何安排土地及土地上的物体和空问，是一门创造安全、高效、健康、舒适的环境的科学和艺术。今天的景观设计学虽然是在中国传统的园林设计理论和西方的花园设计和风景园设计理论的基础上发展而来的，但针对目前人类生存和发展对环境呈现的诸多现实问题，景观设计学研究的内容涵盖越来越广泛，形成全新的多学科交叉的知识体系。景观设计运用这些综合的知识体系完成对人类生存环境的科学的艺术的改造。设计人员为了全面了解工程用地的基本情况，需要使用地形图，从而为景观设计提供依据。以往人们常使用人工测量，如使用经纬仪、测距仪和钢尺等常规仪器进行测量，这种测量方法耗时耗力，效率较低[1]。所以亟需找到一种方便快捷的方法为景观设计提供工程用地的基本情况。

现在的航模拍摄已初具规模，其在考古、影视拍摄、古城复原等方面都有一定的应用，而且成本低廉。目前，小型数码航空摄影技术十分成熟，已广泛用于土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害勘察、海洋资源与环境监测、地形图更新、林业草场监测以及农业、水利、电力、交通、公安、军事等领域[1]。 surfer软件具有的强大插值功能和绘制图片能力，使它成为用来处理XYZ数据的首选软件，是地质工作者必备的专业成图软件。如今surfer软件在工程、地质、矿业等方面有成功应用。但在景观设计方面还没发现实例。

1 数据的采集与处理

1.1 数据的采集

在一块长约150m，宽约50m，并有5m左右高低起伏的场地（没有树木）进行数据采集。利用四旋翼航模搭载GPS和高度气压计，红外测距仪对该地形进行点对点测量。手动打开GPS时和接通气压计开始计时，四旋翼垂直起飞后到一定高度悬停，通过地面操控人员控制舵机，发出指令获得第一个红外测距得到的相对高度的数据，同时一边的记录人员记录下该时刻经过的时间，航模操控者通过图传设备依据肉眼的判定，约每隔5m测得一个数据，同时一边的记录人员记录下该时刻经过的时间，供获得约300个数据。

1.2 数据的处理

完成一次全部的采集后，把GPS中的数据导入电脑，把红外测距仪中储存的数据导出，由于GPS是每隔一秒记录数据，所以经过人工核对时间，过滤掉GPS中多余的时间所对应的绝对高度的数据。

H绝对-H相对=H地形

1.3 仪器的参数

（1）内置GPS天线；（2）内置SiRFStarIII低功率高效能芯片；（3）GPS接收式：20个频道完整检视追踪；（4）可预设记录间隔：1min~60min；（5）内置闪存，最多可记录65000个航点；（6）内置230mAh可充式锂电池（若记录间隔设为15s/点，最多可连续使用约30小时）

经试验结果由于GPS本身存在的误差，一般在十米左右，使测得的绝对高度不精确，从而导致利用公式得到的地形绝对高度不准确。针对此问题我们试图用气压计测绝对高度解决，但是由于旋翼机悬停时周围空气被旋翼扰动，致使空气密度与空气静止时密度有差异，从而导致测得的数据同样不精确，有时甚至在海平面以下。

针对此情况，经我和航模队员多次讨论后，决定把气压计藏于四旋翼的壳体内，由于旋翼离中间壳体距离较远并且处于一个相对封闭的空间，从而避开了气流对气压计的影响。

2.2 仪器的安装、场地的选折与数据采集方案的确定

1）仪器的安装

为使航模便于控制，红外测距仪和GPS尽量装在在四旋翼的重心（近似认为中心）附近。

2）地址的选取

因实验的需要，以略有高低起伏2m~5m的地形为宜，100×50m2，没有树木遮挡的开阔地带。由于航模飞行对过路行人存在一定的安全隐患，直升机、数据采集系统的仪器笨重、庞大，携带不是很方便的特点，所以以人口稀少并且离学校近的地点为实验区最好。

2.3 实验采取数据方案的确定

为了方便数据的筛选与处理，航线采取棋盘式网格路线，在网格的每一个节点处附近采取，横向16组，纵向10组，共160组数据。

1）由于红外测距仪和航模电池的限制，得分批飞行采集数据；

2）由于实时图传设备能很好的为航模操纵者提供地貌鸟瞰图，航模操纵者只需站在场地外即可很好的控制飞行；

3）为了便于下次起飞点的估测，以来回两条纵向航线为一次飞行轨迹，即每次飞行可测量20个点，即携带20组数据飞回并被记录。

3 实验的成果与运用价值的讨论

早在文艺复新时期，就开创了视觉景观表现，一般都是出自杰出设计师的可视化景观图[5]。从20世纪60年代开始直到70年代，景观分析的观念和运用的方法主要出现在美国与英国[4]。

美国农业部林务局的方法论叫做“视觉管理系统”，是目前应用地理信息系统（GIS）于视觉景观资源评估时广泛采用的方法。这种方法用于评估国家公园土地使用管理框架中的风景资源。这一方法根据景观的特征来确认景观的亚类型。哈佛大学景观设计系率先发展出基于计算机的方法来分析和评估景观，特别用于预测城市化模式的模型。该模型基于地理信息系统，将视觉偏好与视觉位向结合起来，从而决定该区域的整体视觉价值。

由于实验人员与设备的限制，只取了该地的十分之一作为实验对象。

在场地平面构图复杂的情况下，传统测绘技术慢，极大地影响前期概念设计的进行，该系统将现在的比较成熟的航模拍摄技术通过变更和深化用运到景观设计中去，具有成本低，速度快，精度高，设备简单等特点，能够为小型区域景观设计提供必要参数和有效的测控手段，让设计师俯瞰设计区域，充分了解场地的现状。还可以通过互联网让公众感知并发表自己对景观的需要，并把愿望传达给设计师们，让公众介入完成评估。这样既缩短了项目周期，节约了项目开发成本，又让公众介入表达自己的愿望，这对面向以公众为消费主体的景观项目，如居民小区景观、园林景观等等，具有一定的经济效益。

除此之外，航模还可以搭载低流量空气采样器，对生态园区、旅游景区、城市广场和居住区（特别是高层建筑）的空气进行分析达到质量监测的目的。搭载湿度计和测定风速的仪器，可以对城市高层建筑所处环境进行监测与评价。同样的航模与航模操纵者，只需更换航模搭载的仪器，就可以进行其它作业。由此可见，航模的应用，为景观设计在设计初期地形绘制开辟了一条新的道路。

如今景观设计授课下的教学模型有陈述模型、过程模型、评价模型、改变模型、影响模型和决策模型[3]。该项目也可为景观设计教学提供大量图片资料，从而建立教学数据库，带来学术上的收益。

参考文献

[1]李东升，秦川，王新康.景观设计场地航拍及矢量化系统的建立.林业调查规划，2010，35(6).

[2]罗治平，刘圣敏，许嘉悦，张策，黄佳骋.一种可操控微型航拍直升机的研制——浅谈大学生创新能力培养.创新教育，2010，4.

[3]李正军，凌玲.景观设计学教学模型化研究——环境艺术专业中景观设计课程体系模型及景观教学模型的探索[D].中国环境艺术设计·集论.

[4]墨涅拉奥斯·特里安塔费卢著.审美与景观评估在可持续发展规划中的结合.程相占，译.江苏大学学报(社会科学版)，2008，10(2).

[5]德1埃卡特·兰格(Germany)Eckart Lange，博茨瓦纳).伊泽瑞尔·勒格瓦伊拉，撰文／(8otswan种Israel Legwaila刘滨谊唐真译／Translated by LIU Bin—yi．TANG Zhen.视觉景观研究—一回顾与展望.

[6]凯瑞斯·司万维克（Carys Swanwick）.英国景观特征评估.世界建筑，2006，7.