無人機技術(shù)在園林建設中的應用研究

陳思思

（南京財經(jīng)大學后勤基建處，江蘇 南京 210023）

科學技術(shù)的快速迭代帶動各個行業(yè)朝著高、精、尖方向發(fā)展。無人機技術(shù)作為當前時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。無人機技術(shù)集信息化、數(shù)字化、智能化于一體，對提高園林綠化建設水平有一定的促進作用，將其應用到園林建設之中能大大提升園林管理效果，促進園林業(yè)發(fā)展，進而助力“智慧園林”目標的實現(xiàn)[1]。

1 無人機技術(shù)在園林建設前期的應用

1.1 無人機航測技術(shù)

無人機航測技術(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、激光掃描儀等特定的機載遙感設備獲取信息，并使用計算機處理形成高精度的圖像信息。該項技術(shù)尤其應用在園林建設前期的設計與規(guī)劃過程中具有明顯優(yōu)勢，其借助無人機對園林進行全面勘測，獲取工程施工場地的各項信息數(shù)據(jù)，再根據(jù)所獲取的各項數(shù)據(jù)構(gòu)建完善的工程施工圖，以此為后續(xù)園林建設奠定良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的工程測繪所采用的測繪方式過于單一且繁瑣，對員工技術(shù)方面的要求較高，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，無法做到實時獲取數(shù)據(jù)，而且各類測繪技術(shù)或多或少都存在一些短板，這無疑增加了工程測繪成本，且無法確保各項測繪數(shù)據(jù)的完整性、真實性、準確性等。此外，傳統(tǒng)測繪作業(yè)所需時間較長，需要員工佩戴的設備種類眾多，而且十分繁重，這對于員工而言需要耗費大量精力與時間，再加上測量工作周期較長，測量精準度會受到氣流、濕度等自然因素的影響，因此很難確保測量精準度。借助無人機航測技術(shù)能夠很好地解決這些難題，因為該技術(shù)操作簡單。

無人機航測技術(shù)能夠精準地測量各項信息數(shù)據(jù)，使用范圍較廣，在測量過程中影響測量數(shù)據(jù)精準性的因素較少，尤其是能針對一些復雜地區(qū)開展測量工作，還能在確保人員安全的情況下獲取精準數(shù)據(jù)。無人機能夠?qū)崿F(xiàn)諸多高難度操作，并且能夠跟隨員工進行各類測量工作，將通過此方式獲取的各項信息數(shù)據(jù)運用到園林設計之中能夠大大提升園林設計效果。例如，某紅樹林自然保護區(qū)采用無人機航測技術(shù)采集檢測樣本，以P4M 采集端為測量區(qū)域篩查數(shù)據(jù)，使用eCognition 面向?qū)ο蠓椒ㄟM行分類，總體精度達到92.4%[2]。

1.2 無人機傾斜攝影技術(shù)

無人機傾斜攝影是在當前新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)的背景下研發(fā)出的一種新型航測技術(shù)，這類技術(shù)在規(guī)劃設計領(lǐng)域應用較為頻繁，主要是因為其能夠生成三維實景模型，幫助工作人員更好地觀察園林，降低園林設計期間出現(xiàn)失誤的概率。這項技術(shù)改變了傳統(tǒng)航測中只能進行垂直方向拍攝所帶來的局限性，其在同一個飛行平臺上搭載了多個傳感器，以便拍攝出更多角度的影像，其中包含從垂直、傾斜等多個角度對目標進行拍攝，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]。

無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以方便地輸出園林建設區(qū)域的高精度三維模型，技術(shù)人員借助相應的輔助軟件可以在計算機上進行園林生態(tài)恢復勘察中的原地貌地形和植被勘察、巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)災害點勘察和大比例尺地形圖繪制。無人機傾斜攝影技術(shù)在園林建設中的具體應用主要包括數(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、精準數(shù)據(jù)坐標、尺寸等數(shù)據(jù)，那么三維立體實景圖則是將正射影像數(shù)據(jù)都包含在內(nèi)。將無人機傾斜攝影運用到園林建設中能夠?qū)崿F(xiàn)精準測算，并為更好地進行園林綠化工程的設計與規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。生成三維實景模型之后，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，對所獲取的各項信息數(shù)據(jù)根據(jù)控制點、POS 數(shù)據(jù)進行空三運算，從而形成點云數(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，在針對某園林開展規(guī)劃設計工作期間，使用Smart3D 軟件對無人機傾斜攝影所獲取的各項影像數(shù)據(jù)進行歸納、整理、總結(jié)等工作之后，再以此為基礎(chǔ)構(gòu)建三維實景模型，幫助工作人員對數(shù)據(jù)進行分析；之后再使用測量工具對三維實景模型進行各類測量與分析，其中包含水平距離、空間距離等，以確定三維實景模型數(shù)據(jù)是否精準，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)，同時使用分析工具進行分析，以便工作人員在園林設計期間選擇最佳眺望點及具體的觀景位置。在三維實景模型分析結(jié)果的基礎(chǔ)之上對園林開展具體的設計與規(guī)劃工作，能夠確保園林最終呈現(xiàn)效果的優(yōu)質(zhì)性。

2 無人機技術(shù)在園林綠化養(yǎng)護中的主要應用

2.1 高空噴灑農(nóng)藥

病蟲害防治是園林綠化建設后期養(yǎng)護作業(yè)的重中之重，以預防為主、治理為輔。在地形復雜的高大喬木區(qū)域噴灑農(nóng)藥時，例如對榕樹、雪松、柏樹等進行蟲害防治時，如果在現(xiàn)場使用現(xiàn)有的噴灑車，難以達到操作所需的高度，且易消耗大量農(nóng)藥，而選用無人機進行噴灑，一個冠寬為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)效率遠高于采用人工噴灑方式和使用常規(guī)大型噴灑設備時的作業(yè)效率。此外，選用無人機進行噴灑能防止殺蟲液體飄移、蒸騰等問題，其能下壓風場，保證液體分布均勻，同時使藥劑成本大大降低，能夠減少藥品用量30%以上，從而減少對環(huán)境的污染[5]。植保無人機的作業(yè)形式為低空作業(yè)，通過專業(yè)技術(shù)人員對導航系統(tǒng)進行控制，調(diào)整作業(yè)機器與目標點之間的距離，預設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受蟲害影響的植物對癥下藥，有效地處理蚜蟲集中危害等問題。

2.2 植物生長狀態(tài)實時監(jiān)測

由于大型園林由大量不同類型的植物組合而成，每種植物生長特性不同，因此為確保植物能夠健康生長，需要做好植物監(jiān)測工作?？茖W地應用無人機技術(shù)對園林中各類植物進行監(jiān)測，能夠有效獲取各類植物的生長速度、物候變化情況、生長形態(tài)變化情況等，具體監(jiān)測指標見表1。

表1 園林植物監(jiān)測指標

應用無人機技術(shù)能夠幫助工作人員快速獲取各項信息數(shù)據(jù)，還能反映出植物生長的具體狀態(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，包含植被變化情況、差值植被指數(shù)、比值植被指數(shù)等。當下應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估目標，確定其中是否含有活的綠色植被。借助無人機技術(shù)能夠借助的是多光譜或是高光譜攝像機收集定位信息數(shù)據(jù)，同時能獲取高品質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)，之后通過相關(guān)專業(yè)平臺對信息數(shù)據(jù)進行匯總與分析，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情況及健康情況，一旦在檢測過程中發(fā)現(xiàn)植物存在問題，可以通過相關(guān)軟件準確知曉存在問題的植物的具體位置，以便快速進行相應處理，在促進植物實現(xiàn)健康生長的同時促進園林實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 園林災害檢測

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)護過程中會受到一些植物天敵的侵擾，甚至一些災害也會給植物帶來十分巨大的影響。為保證植物能夠健康生長，工作人員需要根據(jù)不同植物的特性科學選擇災害預防措施，并制定相應的應急處理方案。如果完全依靠人工排查植物是否存在問題，對于一些小型園林來說還能實現(xiàn)，但對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)護技術(shù)與知識等，工作效率不高。利用無人機進行園林災害檢測能夠確保員工準確地作出判斷與處理，例如通過無人機遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程操控，同時能做到災害后續(xù)情況詳細調(diào)查，再以監(jiān)控情況為基礎(chǔ)，評價植物是否存在問題。采用無人機技術(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信息數(shù)據(jù)的精準性，減少反復檢測的情況發(fā)生。此外，通過無人機監(jiān)控能實現(xiàn)對林火的監(jiān)測，識別園林中是否存在火情，園林中的植物一旦受災，工作人員可以通過無人機獲取受災植物的具體位置，以及受災范圍、植物類型等，可以通過現(xiàn)代化信息技術(shù)分析植物受災情況，并進行精準、高效的處理。養(yǎng)護人員還可以利用無人機技術(shù)對園林進行監(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無人機對植物開展輔助授粉等工作，對園林植被覆蓋率、修復率等進行調(diào)查，也可以結(jié)合相關(guān)軟件評估園林植物空間及色彩營造的效果。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代化科學技術(shù)的應用給人們帶來了諸多便利，將無人機技術(shù)科學地應用到園林建設之中，有助于提升園林規(guī)劃、設計效果和養(yǎng)護效率。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、機動性強、靈活度高等優(yōu)點，因此，相關(guān)部門應不斷深入研究如何將無人機技術(shù)全面應用到大型園林建設之中，實現(xiàn)“智慧園林”的目標，促進園林實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。