1基于景观规划程序的航模航拍技术作用原理
我们知道，航模航拍技术应用的实质是改变人们获取景观资料的方式，具体说来：一是俯视角度观察，易于获得全局性的观测数据；二是随着图形图像无线传输技术的发展，可以对景观对象进行实时观测；三是凭借航空模型平台和实时传输技术，可以直接获得实时、四维的空间数据。如果，将这种数据资料应用于景观规划时，我们不难发现，航模航拍技术不但丰富和完善了景观场地资料的全面性和科学性，还产生了一种新的规划设计成果表达形式。虽然不同景观场地的景观规划程序千差万别，但是，概括起来可以分为：规划设计准备阶段、设计展开阶段、设计实施阶段以及竣工养护阶段。当航模航拍数据作用于这一规划程序时，凭借在不同阶段、不同程度的分析和应用，不但为景观规划提供技术支撑与参照，而且还会形成基于航拍数据的设计成果表现形式。在航拍原始数据转换为设计成果数据的过程中，融合了一系列景观数据应用的逻辑判断，最终构成一个有机的相互作用系统，其原理如图1所示。此外，我们知道，航拍数据的内容主要包括照片、影像和飞行数据，这样一来，上述作用原理就可以置换为航拍照片、影像和飞行数据在景观规划中的具体应用，具体论述如下。由上述原理可以得出一个结论，那就是航拍数据的效度直接影响着景观规划的程序，也直接决定了这一数据在景观规划中的应用程度。在实验过程中，航模航拍数据的效度受到两个条件的制约：一个是航模飞行姿态的稳定和拍摄设备的性能。实际应用当中，航模和拍摄器材的性能是相对固定的，为了获得有效的景观场地数据，通常采用的方法有两个：一个是将拍摄器材通过“云台”固定在航空模型上，用来减少气流、震动对测控结果的影响。另一个是设定景观场地的地面参照基点网。这样一来，当我们通过降低航空模型飞行高度来获得高精度图像资料以后，就可以凭借这些参考基点来进行图形图像的拼接与合成。地面参考基点网的基本作用原理是：首先在地面或者地下预先设定一些参照点，并对其进行顺序编码，然后通过操控模型在各参照点的正上方垂直对地进行拍摄，将同一时间、同一参照点上进行多次拍摄和测量，获取同一区域或点的N副图像和数据，然后分析图像的偏移和误差，采用数学平均的方法计算出相对精确的图形或数据。依据对航拍数据精度要求的不同，这种地面参照基点网又分为两种类型：地面网格基点参照和地面主要标志点参照。如图2所示。前者的参照点之间距离相等，航空模型依据顺序往返飞行，在飞行高度不变的情况下，能获取连续性的景观场地图片，易于图形图像的后期处理，其航拍数据的最后效度较高，适宜应用于景观规划的设计成果表现当中。而后者的参照点是依据景观场地的关键点进行设置的，参照点数量少，飞行次数少，飞行方向自由，节约成本，适宜对景观场地重要节点的细节描绘以及直观观测。
2航拍照片→景观分析与概念设计应用
上文提到，要想获得理性的景观场地的航模航拍图像，在拍摄器材不变的情况下，有效的方法就是降低飞行高度以保障图像的精度。这样一来就会产生两种结果，要么所拍摄的图像包含了景观规划的区域，要么所拍摄的图像只是景观场地一个局部。而实际情况，往往是后者。所以，航拍照片的景观规划应用首先要面对的就是照片的拼接和测量问题。接下来就是，处理后的照片如何在景观规划当中应用的问题，具体分析如下。
2.1照片拼接
照片拼接是一种传统的景观规划设计的表现手法，通常的做法是在一个站点上，尽量采用同样的拍摄高度拍摄场景的不同角度照片，然后将这些照片进行裁切与拼贴，依靠主要标志点或标志物的近似重叠原理将两张或几张照片对接起来，然后蒙上硫酸纸对其进行线稿拷贝，最后对其进行其他的处理和表现。而随着计算机辅助制图技术的普及应用，航模航拍照片的拼接应用更加轻松自如。用过Photoshop这款图形软件的人都知道，运用“编辑菜单”中的“变换”和“自由变换”命令，可以轻松地实现一幅图片和另一幅图片的拼接。基本步骤是：选择其中一张图片为基片，将另一张图片放在不同图层中进行变换操作，使其与基片的透视关系相匹配，然后再启用“仿制图章”等命令修饰图片重叠和接封处，最终获得可以乱真的全景式照片。虽然，这种方法用于少量图片的处理时显得相当便捷，但是，当面对大型景观场地的大量航拍图片时，就显得异常繁琐。而在PhotoshopCS2.0以后的版本加入了图片自动拼接的模块，在输入“文件（File）→自动（Automate）→Photomerge”的命令，就可以轻松实现图片的拼接功能了。类似的第三方软件也有很多，比如CanonPhotoStitch3.1、Autostitch2.185等都能方便快捷地处理照片的拼接。这种程序的实质是图像配准技术的可视化应用。其基本原理就是将同一场景在不同拍摄条件下的两幅有重叠区域的图像进行处理，从几何上校准参考图像和待配准图像，用数学描述就是将一个图像像素的坐标系X映射到一个新坐标系Y中，并对其像素重新采样配准[2]。图照片拼接的最终效果决定于照片间的重叠或关联部分，其最理想的比率为25%～65%。
2.2照片测量
在规划设计实践中，我们习惯运用照片为直观的分析素材和概念表现形式。应用中处理诸如景观元素识别、景观植物长势分析、景观元素空间布局分析等基本内容时，上述航模航拍照片的删减和拼接就已经满足人们需求了。但是，我们还会对其不同的形态空间进行量化分析，这就不得不计算出照片所示内容的大致数据，以便概念规划设计更加科学。这样一来就需要借助照片测量技术。在测量学研究领域，航空摄影的测量是一个相对成熟的研究内容，不但具有成熟的精确算法用以求得地形的点位数据，而且还依此开发出解析空三的专用软件，如VirtuoZoAAt-PAtb空中三角测量系统等。显然，在景观规划的景观分析和概念设计阶段借用这种方法能方便的获得符合《城市测量规范》的景观地形数据。然而，对于一些不具备条件的景观规划项目而言，不得不寻求一种有效的替代方法。其原理是：先将航拍所获得的优质顶面图进行剪切后保存为位图文件，然后将其导入AutoCAD软件当中，建立好单位和衬底图层。然后选择画面上典型参照点间的距离进行测量，并和实际场地上对应参照点间测量距离相对比，求出比例。然后运用参照缩放命令，对光栅图像进行1:1缩放，然后进行线条描绘，从而获得平面化的矢量图。[3]虽然这种方法所获得的矢量图缺少必要的竖向参数，但是为一般的景观平面分析和概念设计提供了便利。
2.3抽取与透叠
经过上述处理后的航拍照片用于景观分析的过程，实际上是地形、植被、路网、水系、山体等景观要素抽取的过程。较为传统的方法是在拼接好的航拍照片上蒙硫酸纸，然后将景观要素单独拷贝出来，并且可以将分析的结果直接以草图的形式进行注解，是景观分析和概念设计的便捷方式。现在人们习惯将照片导入Photoshop之中，运用其强大的“图层”和“绘图”功能完成照片数据的景观元素抽取。景观分析的过程也是设计的过程。对景观规划内容同样会分解为不同景观要素的设计。将设计内容在上述抽取的图纸上叠加和楔入，然后再将各要素的设计结果层层叠加在一起，将设计结果和航拍的照片叠加在一起。为了更好地判断和分析设计效果，最好将每一层看作一个半透明的层，将叠加看作透叠。
3航空摄影→景观监控与景观场景动画应用
凭借航模获得高精度的航拍影像要比获得高精度的航拍照片要相对简单，至少在我所进行的航模航拍实验上是如此。起码，不用依据上文所提及的地面参展点进行大量升空操作了，只要事先确定好航向规划，以此从景观场地的主要节点飞行即可。并且，为了获得更为丰富而生动的影像，往往还要人为调控飞行高度、方向、以及摄像机的拍摄模式等参数。所获得的影像也更接近人观测的习惯和规律，自然会成为景观监控的最有效手段。其形式有二：一是将其看成“监控摄像头”，实时观测景观场地并做出评价与分析，二是将影像保存后对比查看或者是截屏分析，来获得更为理性的判断。就景观规划过程来说，这一应用主要表现在规划初期和规划实施后的景观养护期。而在景观规划成果形式当中，景观场景动画能给人给我整体、连续和真时的感受，自然也是设计成果的主要表现形式。将航模航拍的影像数据应用到景观场景动画表现时，主要有两种基本形式，一种是将影像数据经过影像处理，使其在风格和形式上与景观空间、景观设施的虚拟场景相统一，最终和声音、文字一起构成形式新颖的表现现代园艺杂志简介详见
4航空测量→竖向设计与场地三维建模应用
景观规划中的竖向设计就是对景观场地中各个景点、设施和地貌等在高程上做出的符合目的的高低变化而又协同统一的组织和规划。而将这种变化通过计算机辅助设计的手段表达出来，便是景观场地的三维建模。通过航空模型对景观场地的三向数据阵测量绘制出它的三维模型，便于规划师对景观场地做出更加合理的空间布局。这样一来，如何获得景观场地不同参照点的三向数据是景观规划竖向设计和三维建模的前提和关键。上文说过，依据测量学领域的航空摄影测量技术能获取景观地形的三向数据。但是，这种方法需要专业的测绘技能和知识。对景观规划设计师来，要想弄明白这一原理并熟练运用，并不是一件轻松的事情。而笔者认为通过航空模型搭载高度气压计、激光测距仪和GPS定位设备，在上文所提出的地面固定参照点基础上进行测量，然后进行适当处理，同样可以获得比较理想的三向数据和三维模型。其基本原理是：设定景观场地上空一定的航高处具有一个假象的平面，运用航空模型的悬停特性，在上文提到的地面参照点上垂直航行到假象平面的高度，再用激光测距仪垂直测量航空模型与地面参考点间的相对高度，然后将高度气压计所获得的航空模型飞行的绝对高度减去相对高度，然后求出地面参照点的高程数据；然后借用航模搭载的GPS或地面参照点编码信息，求出经度线和纬度线方向上的坐标数据，接着将这些数据进行比对、分析和筛选，将选择出的数据阵看作X、Y、Z数据文件导入Surfer软件之中；运用该软件“网格”菜单下的“数据”命令，将数据文件转换为“网格文件”；随后打开这个“网格文件”，使用“地图”菜单下的“等值线”命令就可以获得景观场地的等高线图。接下来就是基于等高线图生成三维空间模型，作为景观场地规划的依据或表现成果。5结语综上所述，将航模搭载照相机、摄像机和其它测量设备对景观场地进行拍摄和测量，所获得的数据经过适当处理以后，不但能作为景观场地的景观规划分析，而且可以在这些数据的基础上完成规划设计的成果表达。当景观规划学习、研究和实践过程中，不能直接获取精确的景观场地资料时，这种技术是一种较为实际的替代方案，特别是对景观设计师来说，尤其如此。
作者：赵中建 单位：南京航空航天大学艺术学院
