江苏易轩建设有限公司 江苏淮安市 223001
摘要：在注重环保、生态的当代，越来越多的城市开始利用园林景观工程营造宜居生活环境，再生城市绿肺。园林景观工程的构成要素众多，尤以水系、土丘为核心骨架，整体风貌也是由其格局和品味奠定，对园林景观工程过程的基本信息记录，也多由兹展开。由于土丘的造型、水系的走势皆需顺应自然，故其线形无规律可循；而土丘的复杂多变，又为图面表达带来更多困难。通过数字化航拍技术对园林景观工程现场进行三维数字测绘和可视化表达的数据处理、技术方法的研究，实现园林景观工程的数字化测量和可视化表达。该应用取得了较为满意的结果，将对园林景观工程过程控制起到重要的作用，为园林景观工程的施工提供实时参考。本文作者参与并主导过多项大型园林景观工程，并利用数字化航拍技术对施工现场进行定时航拍成图，以便参建各方及时了解现场情况，及时与施工图纸进行对比，并作出合理化调整。基于此，本文主要对园林景观工程数字化航拍测绘的应用进行分析探讨。
关键词：园林；景观；数字化；测绘；航测；航拍；应用；工程控制
1、前言
应用数字化航拍测量技术，获取地形表面的三维信息，为园林、景观等测绘提供了一种全新的技术手段，使园林景观工程平、立面图的传统测绘方法，转变为连续自动的获取三维空间数据，形成空间“点云”数据图，进行计算机三维立体建模，实现园林景观这一复杂空间形态的数字化测绘，从而大大提高了园林景观工程测绘效率和精度，为园林景观工程的管理提供了一个崭新的途径。
2、数字化三维航拍测量技术方法
数字化三维航拍技术是通过无人机航拍，获得无人机航拍照片，照片使用无人机内部坐标系统，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。
无人机航拍测量，是对复杂实体或实景目标重建三维数据模型，通过测控网布设，实地航拍，获取航拍照片，转换为“点云”数据，对数据后期处理，获取目标的线、面、体等三维数据，实现园林景观的三维测量和可视化表达。
3、园林三维航拍测量
3．1三维航拍及点云数据采集
园林景观工程的构建特点是亭台、楼阁、土丘、水系等景观营造，面积大小不论，但地形、构筑大多相对复杂，因此，可利用无人机进行三维航拍测量；首先，选用配备SDK功能的无人机，利用无人机自带的GPS功能定义地面控制网，在地面测控范围内合理布设控制控制点；再利用配套软件规划测量范围（附图1）、航拍高度、航向重叠率（附图2）、旁向重叠率、飞行速度、拍照间隔等；航拍过程中必须监视航拍照片的重叠率，保证其拍摄要满足在每相邻两张照片的重叠率达到50%以上，这样才能够将分块多次拍摄获取的地形利用“点云”特征数据配准到统一的坐标系下。
附图1：选定航拍范围 附图2：定义航拍参数-重叠率
3．2点云配准
在园林测量中所获得的原始“点云”数据是在多个不同坐标点航拍测量得到的分块点云集合。航拍得到的任一“点云”数据集合中，扫描点间的相对位置关系是正确的，为使不同测站“点云”数据集合间的相对位置关系一致，利用航拍照片的重叠设置，提取相似特征点（附图3），将分块获取的“点云”数据统一配准到同一测量坐标系下，通过坐标转换，各测站扫描的“点云”数据配准到同一坐标系下，拼接成为完整的三维空间点云模型。（附图4）
附图3：航拍定位图片生成“点云” 附图4：完整的三维空间点云模型
4、点云资源在测绘成果呈现中的应用方法
4.1点云切片操作与地形起伏的精确表达
景观地形本质上是由各标高上各个单个土丘叠、连而成，而又以平接、斜接、重叠、离隙等方式布置，使之相互穿插交织而成。因此，测量和绘制土丘地形平、立面时，分清层次最为重要。点云拼合完成后，可以人为选择切片位置和厚度，使其仅呈现该位置的物象轮廓，这适宜于用在地形中转折较少、面状展开的部分，分层描图、叠加后即可获得精确的立面边缘。这样一来，相当于在信息采集阶段以机器自动读数代替人工测点，在计算机辅助制图阶段以描摹光栅图像代替算点绘图，从而将复杂劳动转化为简单劳动，大幅提升工作效率。
4.2航拍测量与水系轮廓的直观呈现
航拍测量的作用范围一般在100m-200m之内，借助多方向、多角度交向拍摄的方式，从不同角度和方向多次提取同一对象的照片后对该物体表面进行立体覆盖，通过大量重叠影像相对定向，利用公式自动解算建模，从而达到很高的内部精度。在实际水系航拍测量操作中，利用先进的“云台”设备，保持拍摄设备的方向、角度等要素在可控范围内，控制其内方位元素；利用专业级的拍摄设备，加强拍摄稳定性，使其边角变形微小；再通过后期测算联合技术加以辅助，最终达到相对还原度较高的、可直观呈现的水系轮廓。
在淮安市白马湖四季花海工程的测量工作中，我们综合利用了多种摄影测量的手段，首先在水系、土丘控制点上设置标靶（正常用石灰打十字线），利用测绘型GPS打点形成控制性的空间网格；其次沿山体边缘环绕拍摄（并环绕山体沿不同标高分别采样，相当于沿等高线多次摄影）；最后利用大疆精灵三PRO型四旋翼无人机进行了航拍，录制了整个水系、山体等地形的4K视频，从中截取照片作为解算素材。最后，利用PhotoScan、Pix4Dmapper等软件处理摄得照片。在此基础上，我们以正射俯瞰视角调整模型并截图，导入CAD文件后勾勒水系、山体整体轮廓与较大景观节点的边缘及分体线，得到了较手工测量更为准确、便捷的平面图形。
4.3数码相片提取与色彩渲染的真实表现
由于航拍测量所需照片量巨大，且其最终模型直接来自大量总和后的相片，其体现出的色彩与材质十分接近于勘测对象的真实情况，因此可作为图纸后期着色的重要信息来源，可直接将模型图片导入Photoshop等软件，吸取相应位置颜色后对白线图进行渲染。
4.4点云密度估测与树形树冠的初步记录
在针对一般性园林工程的航拍测量或摄影测量作业中，树木因遮挡建筑且自身形态不稳定，多被视为干扰物，是需要排除的。使用软件中的“点云”修改技术可以记录、修改上述植被信息，虽然无法像针对建筑、山体、道路等硬质部分一样精确计量，但较之目测还是更加可靠。除了枝干形态、纹理等直观信息外，尚可利用点云密度的围合统计对树冠体积等较为虚化的空间关系进行推算，例如以“点云模型法”测算树冠体积。如此一来，航拍测量工作中的副产品—树木点云，便可以作为植被生长情况的定量依据被记录，从而不断充实园林景观工程整体信息库。
5、结语
通过采用无人机航拍测量技术，对园林景观工程进行测绘控制网的布设、自定义坐标系和工程坐标系之间的配准，园林“点云”数据的采集、拼接、处理等过程和方法的研究应用，可以看到与传统园林测量方法相比，无人机航拍测量技术具有高精度、高密度、高效率的优点，通过所构建的三维数字模型映射变换生成三维可视化纹理模型，能够逼真表达景观园林的形态，改变了传统园林测绘表达的方法，为园林景观工程形象进度估算、计量估算、协调管理等开辟了新的技术途径，为园林景观工程的过程实时控制提供了新的控制方法。
附：淮安白马湖四季花海工程航拍正射影像图、航拍地形图：
淮安白马湖四季花海工程航拍正射影像图
淮安白马湖四季花海工程航拍正射地形图
参考文献
[1]田佳，黄先锋，郭波，等.大型景观测绘中激光扫描的精度控制[J].测绘标准化，2012，28（2）：35-37
[2]王研，张晓林，李晓飞，等.影像密集匹配技术辅助三维激光扫描仪对点云的提取[J].测绘技术装备，2014，（4）：81-83.
论文作者:石宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/18
标签：航拍论文; 测量论文; 工程论文; 园林景观论文; 无人机论文; 水系论文; 土丘论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;