無(wú)人機(jī)與GIS技術(shù)在校園中的應(yīng)用

蘇燕清，胡宇祥，馮志淵，王文豪

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林 吉林 132101)

校園建筑物布局不應(yīng)該只考慮安全、美觀等傳統(tǒng)因素，更應(yīng)考慮建筑物的選址問(wèn)題，通過(guò)測(cè)繪方式的直觀分析，使校園建筑物布局達(dá)到最優(yōu)。大數(shù)據(jù)時(shí)代，利用無(wú)人機(jī)、GIS技術(shù)的空間分析和數(shù)據(jù)可視化功能，提取影響校園建筑物布局的指標(biāo)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)處理，形成實(shí)地模擬圖，便于后期的設(shè)計(jì)規(guī)劃，既能滿足校園多空間的高效利用及與自然的和諧統(tǒng)一，又能滿足校園建筑物安全，使校園布局更美觀、靈動(dòng)。

1 影響校園建筑物布局的因素及布局原則

1.1 校園建筑物布局的影響因素

影響校園建筑物布局的因素是多方面的，可就校園景觀和道路布局進(jìn)行分析。

景觀是區(qū)域建筑物必要的環(huán)境設(shè)施。研究表明，環(huán)境景觀與人類的成長(zhǎng)發(fā)育及心理健康有著密不可分的聯(lián)系。學(xué)校作為培育青年的教育重地，校園景觀設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。無(wú)人機(jī)與GIS技術(shù)的發(fā)展為校園前期規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了便捷的勘測(cè)方式，可直觀分析三維數(shù)字模型，進(jìn)行校園地貌分析，解決了人工勘測(cè)效率低的問(wèn)題[1]。

GIS技術(shù)不僅適用于景觀布設(shè)，還可用于區(qū)域內(nèi)道路設(shè)計(jì)。學(xué)校選址以平地居多，雖符合學(xué)校莊嚴(yán)的特點(diǎn)，但缺乏景觀趣味性，整體靈動(dòng)性低。要改善此狀況，需要設(shè)計(jì)師處理好校園布局中的兩大關(guān)系。一是校園中動(dòng)、靜態(tài)空間之間的關(guān)系，二是要規(guī)劃好不同教育空間之間的功能組織關(guān)系。要想處理好動(dòng)、靜空間關(guān)系、削弱平地帶來(lái)的景觀統(tǒng)一性，需加強(qiáng)校園各設(shè)施之間的相互聯(lián)系，賦予校園新的生機(jī)。

1.2 校園建筑物布局原則

校園建筑物布局應(yīng)遵循整體性原則。校園建筑物的布局體現(xiàn)著學(xué)校的教學(xué)風(fēng)格、教學(xué)背景和學(xué)校的傳承與發(fā)展，這就要求校園建筑必須風(fēng)格布局相對(duì)統(tǒng)一，具有一定的連續(xù)性[2]?？梢园l(fā)揮GIS二維、三維建模技術(shù)優(yōu)勢(shì)，輔助大面積校園規(guī)劃布局，體現(xiàn)校園整體性。安全性原則。安全是規(guī)劃設(shè)計(jì)中首要考慮的因素，必須全面分析校園地質(zhì)地勢(shì)、校內(nèi)交通和校園監(jiān)控等，確保校園建筑物布局合理、規(guī)范、安全。利用GIS數(shù)據(jù)空間分析及數(shù)據(jù)可視化功能，可以在校園三維模擬空間上對(duì)校內(nèi)交通規(guī)劃、校園監(jiān)控的布設(shè)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，保障學(xué)生、教師的安全[3]。

2 利用GIS技術(shù)分析校園空間布局

GIS是基于空間地理數(shù)據(jù)，依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，服務(wù)于資源管理、發(fā)展規(guī)劃、路線規(guī)劃等領(lǐng)域的地理信息系統(tǒng)。GIS分析技術(shù)可分三個(gè)階段：一是數(shù)據(jù)采集。由無(wú)人機(jī)對(duì)待測(cè)區(qū)域?qū)嵉仫w行勘測(cè)。二是利用GIS技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、分析及構(gòu)建模型等。三是基于GIS系統(tǒng)構(gòu)建好的數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取影響校園空間布局的因素，對(duì)現(xiàn)有的校園布局進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

以吉林農(nóng)業(yè)學(xué)院為例，通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍所得數(shù)據(jù)，利用GIS處理得到的校園二維平面示意圖，如圖1所示。

圖1 校園區(qū)域劃分圖Fig.1 Campus zoning plan

農(nóng)校總體設(shè)施以生活區(qū)與教學(xué)區(qū)間道路為軸線呈現(xiàn)對(duì)稱分布，根據(jù)建筑物用途差異將校園區(qū)域劃分為以下幾部分：一是教學(xué)辦公區(qū)，主要教學(xué)區(qū)位于校園中、東側(cè)，部分教學(xué)實(shí)驗(yàn)室基地位于校園東北角。二是學(xué)生生活區(qū)，有學(xué)生宿舍、食堂、百貨超市等，設(shè)置在主教學(xué)區(qū)西側(cè)。三是室外活動(dòng)區(qū)，足球場(chǎng)在學(xué)生生活區(qū)西邊，籃球、排球在教學(xué)區(qū)中，其余小型運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所分散布設(shè)于生活區(qū)周圍。四是交通布局，校園出口設(shè)置南、北兩方向出口，內(nèi)部交通呈矩形分布。五是景觀布設(shè)，分布于主要校園外圍及各建筑設(shè)施之間。

3 GIS技術(shù)分析對(duì)農(nóng)校校園建筑物布局的適宜性評(píng)價(jià)

教學(xué)辦公區(qū)需避開(kāi)噪聲干擾，為學(xué)生、教師提供一個(gè)寧?kù)o的教學(xué)及科研場(chǎng)所。圖1所示農(nóng)校主要的教學(xué)區(qū)布設(shè)于校園中心，有效避開(kāi)了校外車流噪音對(duì)教學(xué)區(qū)的影響，小型教學(xué)實(shí)驗(yàn)室基地置于校園東北角，對(duì)校園主體建設(shè)布局的美觀影響較小。

學(xué)生生活區(qū)。研究表明，學(xué)生對(duì)于宿舍樓到教學(xué)區(qū)的步行最為滿意的距離是300～500 m，距離越遠(yuǎn)，步行到達(dá)設(shè)施的可能性會(huì)逐漸降低，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。若以自行車代步，一是增加了道路的不安全因素，二較多的騎車出行需要更大的停車空間，三是道路上的大量車流，使得環(huán)境難以形成舒適、安寧的步行空間，不利于學(xué)生放松、休憩[4]。通過(guò)GIS分別測(cè)量農(nóng)校生活區(qū)外圍部分公寓到各教學(xué)樓與活動(dòng)區(qū)最佳行徑距離，由表1可知，農(nóng)校生活區(qū)外圍3個(gè)公寓距部分校園設(shè)施的距離在學(xué)生步行滿意距離可控范圍之內(nèi)，此類教學(xué)布局有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，使得教學(xué)資源能供學(xué)生充分利用。

表1 農(nóng)校部分公寓到各個(gè)教學(xué)設(shè)施的距離Tab.1 Distance from parts of apartments to all teaching facilities in Jilin Agricultural Science and Technology College

學(xué)生活動(dòng)區(qū)。據(jù)研究顯示，我國(guó)當(dāng)代大學(xué)生身體健康指數(shù)逐年下降，考慮其原因：一是體育設(shè)施布局不合理，活動(dòng)區(qū)形同虛設(shè)。二是由于傳統(tǒng)教育的影響，學(xué)生對(duì)體育課不重視，只是為了學(xué)分應(yīng)付性地上課，體育觀念薄弱，要想樹(shù)立體育觀念，需通過(guò)距離便捷來(lái)建立體育環(huán)境誘導(dǎo)[5]。農(nóng)校的活動(dòng)區(qū)分散布局在生活區(qū)、教學(xué)區(qū)，活動(dòng)區(qū)分區(qū)可以緩解體育鍛煉高峰時(shí)段人員過(guò)于集中的問(wèn)題，且兩個(gè)主要活動(dòng)區(qū)都在適宜的出行范圍內(nèi)，這在一定程度上誘導(dǎo)了學(xué)生進(jìn)行體育鍛煉。

交通布局。農(nóng)校出口設(shè)置于南北方向，避開(kāi)西側(cè)市區(qū)主要交通干線，學(xué)生、教師的出行更安全，校園主干道圍繞中心教學(xué)區(qū)設(shè)置，貫穿全校。生活區(qū)右側(cè)空余土地設(shè)置交通輔路進(jìn)行人車分流，各教學(xué)樓、宿舍樓間及符合人流行為軌跡的景觀設(shè)置區(qū)域均布設(shè)了交通通道，在方便學(xué)生出行的同時(shí)也起到保護(hù)區(qū)域景觀的作用，校園交通的整體性、有機(jī)性、安全性得以體現(xiàn)。從圖1來(lái)看，農(nóng)校整體的道路規(guī)劃多以矩形布置，僅有少數(shù)曲線道路，視覺(jué)上的統(tǒng)一感過(guò)于強(qiáng)烈，學(xué)校的莊嚴(yán)特點(diǎn)雖得以體現(xiàn)，卻忽視了校園含蓄之美。

根據(jù)GIS呈現(xiàn)的校園景觀可看出，校園空間主體框架為建筑群，以校園中心向外擴(kuò)散，道路穿插其中，體現(xiàn)了校園整體的空間序列和脈胳，豐富了校園環(huán)境[6]。校園外側(cè)多屬于城市交通道路，在規(guī)劃布局時(shí)巧妙地設(shè)置了綠化帶、農(nóng)業(yè)教學(xué)用地，邊緣劃分出校園的領(lǐng)域和獨(dú)特的輪廓，還為未來(lái)發(fā)展預(yù)留了土地；校園的各個(gè)建筑物之間、道路兩側(cè)均設(shè)有綠化帶，提供了安靜利于學(xué)生休憩的環(huán)境，圖書(shū)館附近設(shè)置了假山、噴水池等景觀，象征圖書(shū)館為知識(shí)的源泉，沉浸式的環(huán)境緩解了學(xué)生的疲倦心理。

4 結(jié)語(yǔ)

以吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院為例，分析了無(wú)人機(jī)與GIS技術(shù)在校園布局方面的應(yīng)用，探討了農(nóng)校建筑設(shè)施的適宜性。從總體上看，農(nóng)校大部分建筑物布局充分體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)觀，此技術(shù)同樣適用于農(nóng)村、景區(qū)、城市的規(guī)劃布局，具有推廣價(jià)值。GIS技術(shù)還可以為校園的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)提供高程分析、坡度分析等數(shù)據(jù)。