無人機(jī)技術(shù)在園林建設(shè)中的應(yīng)用研究

陳思思

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)后勤基建處，江蘇 南京 210023）

科學(xué)技術(shù)的快速迭代帶動(dòng)各個(gè)行業(yè)朝著高、精、尖方向發(fā)展。無人機(jī)技術(shù)作為當(dāng)前時(shí)代背景下的一種新型技術(shù)，給諸多行業(yè)帶來了便利，其中包含土地測(cè)繪、農(nóng)業(yè)播灑等領(lǐng)域，不但提高了工作效率，而且能夠確保作業(yè)的安全。無人機(jī)技術(shù)集信息化、數(shù)字化、智能化于一體，對(duì)提高園林綠化建設(shè)水平有一定的促進(jìn)作用，將其應(yīng)用到園林建設(shè)之中能大大提升園林管理效果，促進(jìn)園林業(yè)發(fā)展，進(jìn)而助力“智慧園林”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。

1 無人機(jī)技術(shù)在園林建設(shè)前期的應(yīng)用

1.1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的原理是以無人飛行器為載體，配備高分辨率電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）數(shù)碼攝像機(jī)、激光掃描儀等特定的機(jī)載遙感設(shè)備獲取信息，并使用計(jì)算機(jī)處理形成高精度的圖像信息。該項(xiàng)技術(shù)尤其應(yīng)用在園林建設(shè)前期的設(shè)計(jì)與規(guī)劃過程中具有明顯優(yōu)勢(shì)，其借助無人機(jī)對(duì)園林進(jìn)行全面勘測(cè)，獲取工程施工場(chǎng)地的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，再根據(jù)所獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)構(gòu)建完善的工程施工圖，以此為后續(xù)園林建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的工程測(cè)繪所采用的測(cè)繪方式過于單一且繁瑣，對(duì)員工技術(shù)方面的要求較高，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，無法做到實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，而且各類測(cè)繪技術(shù)或多或少都存在一些短板，這無疑增加了工程測(cè)繪成本，且無法確保各項(xiàng)測(cè)繪數(shù)據(jù)的完整性、真實(shí)性、準(zhǔn)確性等。此外，傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)所需時(shí)間較長(zhǎng)，需要員工佩戴的設(shè)備種類眾多，而且十分繁重，這對(duì)于員工而言需要耗費(fèi)大量精力與時(shí)間，再加上測(cè)量工作周期較長(zhǎng)，測(cè)量精準(zhǔn)度會(huì)受到氣流、濕度等自然因素的影響，因此很難確保測(cè)量精準(zhǔn)度。借助無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠很好地解決這些難題，因?yàn)樵摷夹g(shù)操作簡(jiǎn)單。

無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠精準(zhǔn)地測(cè)量各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，使用范圍較廣，在測(cè)量過程中影響測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的因素較少，尤其是能針對(duì)一些復(fù)雜地區(qū)開展測(cè)量工作，還能在確保人員安全的情況下獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)諸多高難度操作，并且能夠跟隨員工進(jìn)行各類測(cè)量工作，將通過此方式獲取的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)運(yùn)用到園林設(shè)計(jì)之中能夠大大提升園林設(shè)計(jì)效果。例如，某紅樹林自然保護(hù)區(qū)采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)采集檢測(cè)樣本，以P4M 采集端為測(cè)量區(qū)域篩查數(shù)據(jù)，使用eCognition 面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行分類，總體精度達(dá)到92.4%[2]。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

無人機(jī)傾斜攝影是在當(dāng)前新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)的背景下研發(fā)出的一種新型航測(cè)技術(shù)，這類技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較為頻繁，主要是因?yàn)槠淠軌蛏扇S實(shí)景模型，幫助工作人員更好地觀察園林，降低園林設(shè)計(jì)期間出現(xiàn)失誤的概率。這項(xiàng)技術(shù)改變了傳統(tǒng)航測(cè)中只能進(jìn)行垂直方向拍攝所帶來的局限性，其在同一個(gè)飛行平臺(tái)上搭載了多個(gè)傳感器，以便拍攝出更多角度的影像，其中包含從垂直、傾斜等多個(gè)角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，以保證拍攝效果。完成拍攝工作后，工作人員能夠根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型[3]。

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以方便地輸出園林建設(shè)區(qū)域的高精度三維模型，技術(shù)人員借助相應(yīng)的輔助軟件可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行園林生態(tài)恢復(fù)勘察中的原地貌地形和植被勘察、巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)勘察和大比例尺地形圖繪制。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在園林建設(shè)中的具體應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)結(jié)果的應(yīng)用等步驟[4]。

如果說垂直、正射影像所獲取數(shù)據(jù)為平面圖、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)、尺寸等數(shù)據(jù)，那么三維立體實(shí)景圖則是將正射影像數(shù)據(jù)都包含在內(nèi)。將無人機(jī)傾斜攝影運(yùn)用到園林建設(shè)中能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)算，并為更好地進(jìn)行園林綠化工程的設(shè)計(jì)與規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。生成三維實(shí)景模型之后，技術(shù)人員能夠通過遙感影像數(shù)據(jù)處理的方式，也就是借助現(xiàn)代化技術(shù)手段，對(duì)所獲取的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)根據(jù)控制點(diǎn)、POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行空三運(yùn)算，從而形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建自身所需要的模型，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。例如，在針對(duì)某園林開展規(guī)劃設(shè)計(jì)工作期間，使用Smart3D 軟件對(duì)無人機(jī)傾斜攝影所獲取的各項(xiàng)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、整理、總結(jié)等工作之后，再以此為基礎(chǔ)構(gòu)建三維實(shí)景模型，幫助工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；之后再使用測(cè)量工具對(duì)三維實(shí)景模型進(jìn)行各類測(cè)量與分析，其中包含水平距離、空間距離等，以確定三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)是否精準(zhǔn)，為后續(xù)園林規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。開展日照分析主要是借助日照分析工具模擬不同階段的園林整體形態(tài)，同時(shí)使用分析工具進(jìn)行分析，以便工作人員在園林設(shè)計(jì)期間選擇最佳眺望點(diǎn)及具體的觀景位置。在三維實(shí)景模型分析結(jié)果的基礎(chǔ)之上對(duì)園林開展具體的設(shè)計(jì)與規(guī)劃工作，能夠確保園林最終呈現(xiàn)效果的優(yōu)質(zhì)性。

2 無人機(jī)技術(shù)在園林綠化養(yǎng)護(hù)中的主要應(yīng)用

2.1 高空噴灑農(nóng)藥

病蟲害防治是園林綠化建設(shè)后期養(yǎng)護(hù)作業(yè)的重中之重，以預(yù)防為主、治理為輔。在地形復(fù)雜的高大喬木區(qū)域噴灑農(nóng)藥時(shí)，例如對(duì)榕樹、雪松、柏樹等進(jìn)行蟲害防治時(shí)，如果在現(xiàn)場(chǎng)使用現(xiàn)有的噴灑車，難以達(dá)到操作所需的高度，且易消耗大量農(nóng)藥，而選用無人機(jī)進(jìn)行噴灑，一個(gè)冠寬為10～12 m 的榕樹約需2 min 即可完成噴灑，一天可噴灑200～300株，作業(yè)效率遠(yuǎn)高于采用人工噴灑方式和使用常規(guī)大型噴灑設(shè)備時(shí)的作業(yè)效率。此外，選用無人機(jī)進(jìn)行噴灑能防止殺蟲液體飄移、蒸騰等問題，其能下壓風(fēng)場(chǎng)，保證液體分布均勻，同時(shí)使藥劑成本大大降低，能夠減少藥品用量30%以上，從而減少對(duì)環(huán)境的污染[5]。植保無人機(jī)的作業(yè)形式為低空作業(yè)，通過專業(yè)技術(shù)人員對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整作業(yè)機(jī)器與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，預(yù)設(shè)路線路徑并提高噴霧液滴通過霧化器的霧化均勻性，使噴霧液滴均勻附著在植物葉片表面，大大提高了施藥作業(yè)的效率，可以從根本上解決園林中高、大、密樹種的施藥難問題及覆蓋范圍有限的問題，并且可以從上到下均勻地對(duì)受蟲害影響的植物對(duì)癥下藥，有效地處理蚜蟲集中危害等問題。

2.2 植物生長(zhǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

由于大型園林由大量不同類型的植物組合而成，每種植物生長(zhǎng)特性不同，因此為確保植物能夠健康生長(zhǎng)，需要做好植物監(jiān)測(cè)工作。科學(xué)地應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)對(duì)園林中各類植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠有效獲取各類植物的生長(zhǎng)速度、物候變化情況、生長(zhǎng)形態(tài)變化情況等，具體監(jiān)測(cè)指標(biāo)見表1。

表1 園林植物監(jiān)測(cè)指標(biāo)

應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)能夠幫助工作人員快速獲取各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，還能反映出植物生長(zhǎng)的具體狀態(tài)，例如利用遙感技術(shù)能夠獲得植物生產(chǎn)狀態(tài)的一切指標(biāo)，包含植被變化情況、差值植被指數(shù)、比值植被指數(shù)等。當(dāng)下應(yīng)用較為廣泛的是歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI），其能夠幫助工作人員觀察與分析園林評(píng)估目標(biāo)，確定其中是否含有活的綠色植被。借助無人機(jī)技術(shù)能夠借助的是多光譜或是高光譜攝像機(jī)收集定位信息數(shù)據(jù)，同時(shí)能獲取高品質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)，之后通過相關(guān)專業(yè)平臺(tái)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與分析，以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建完善且高品質(zhì)的NDVI 模型。工作人員可以根據(jù)模型中的不同顏色劃分各類植物的生長(zhǎng)情況及健康情況，一旦在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)植物存在問題，可以通過相關(guān)軟件準(zhǔn)確知曉存在問題的植物的具體位置，以便快速進(jìn)行相應(yīng)處理，在促進(jìn)植物實(shí)現(xiàn)健康生長(zhǎng)的同時(shí)促進(jìn)園林實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 園林災(zāi)害檢測(cè)

園林主要是由大量不同種類的植物構(gòu)成，在后期植物養(yǎng)護(hù)過程中會(huì)受到一些植物天敵的侵?jǐn)_，甚至一些災(zāi)害也會(huì)給植物帶來十分巨大的影響。為保證植物能夠健康生長(zhǎng)，工作人員需要根據(jù)不同植物的特性科學(xué)選擇災(zāi)害預(yù)防措施，并制定相應(yīng)的應(yīng)急處理方案。如果完全依靠人工排查植物是否存在問題，對(duì)于一些小型園林來說還能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于大片的園林綠地而言，除了工作量較大之外，還需要員工具備一定的專業(yè)排查能力，掌握一定的養(yǎng)護(hù)技術(shù)與知識(shí)等，工作效率不高。利用無人機(jī)進(jìn)行園林災(zāi)害檢測(cè)能夠確保員工準(zhǔn)確地作出判斷與處理，例如通過無人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控，同時(shí)能做到災(zāi)害后續(xù)情況詳細(xì)調(diào)查，再以監(jiān)控情況為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)植物是否存在問題。采用無人機(jī)技術(shù)除了能夠降低成本及提高員工工作效率之外，還能確保所獲取的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，減少反復(fù)檢測(cè)的情況發(fā)生。此外，通過無人機(jī)監(jiān)控能實(shí)現(xiàn)對(duì)林火的監(jiān)測(cè)，識(shí)別園林中是否存在火情，園林中的植物一旦受災(zāi)，工作人員可以通過無人機(jī)獲取受災(zāi)植物的具體位置，以及受災(zāi)范圍、植物類型等，可以通過現(xiàn)代化信息技術(shù)分析植物受災(zāi)情況，并進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的處理。養(yǎng)護(hù)人員還可以利用無人機(jī)技術(shù)對(duì)園林進(jìn)行監(jiān)管，其中包含給植物澆水，了解植物的健康情況及樹冠結(jié)構(gòu)變化情況等，還可以利用單旋翼電動(dòng)無人機(jī)對(duì)植物開展輔助授粉等工作，對(duì)園林植被覆蓋率、修復(fù)率等進(jìn)行調(diào)查，也可以結(jié)合相關(guān)軟件評(píng)估園林植物空間及色彩營(yíng)造的效果。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用給人們帶來了諸多便利，將無人機(jī)技術(shù)科學(xué)地應(yīng)用到園林建設(shè)之中，有助于提升園林規(guī)劃、設(shè)計(jì)效果和養(yǎng)護(hù)效率。與傳統(tǒng)的作業(yè)方式相比，該作業(yè)方式具有成本低、效率高、作業(yè)周期短、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，相關(guān)部門應(yīng)不斷深入研究如何將無人機(jī)技術(shù)全面應(yīng)用到大型園林建設(shè)之中，實(shí)現(xiàn)“智慧園林”的目標(biāo)，促進(jìn)園林實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。