基于无人机倾斜摄影的漓江沿岸景观质量评价与优化策略

申报人：何尉铭申报日期：2025-01-03

基本情况

所属批次:

2025年批次

项目名称:

基于无人机倾斜摄影的漓江沿岸景观质量评价与优化策略学生申报

项目类型:

创新训练项目

所属学科门类:

工学

所属专业类:

建筑类

项目来源名称:

学生来源于教师科研项目选题

项目归属学院:

项目期限:

一年期

项目简介:

兼顾实现生态保护和可持续发展是全球面临的重要挑战，也是生态文明建设的必然要求。漓江是具有突出自然景观游赏和生态保护价值的世界遗产地和国家级风景名胜区。但是，在城镇化和旅游业迅速扩张下，漓江流域面临生态破坏、景观游憩秩序混乱、传统文化流失等多方面问题。研究立足于美丽中国建设和可持续发展要求，试图：①利用无人机倾斜摄影技术，获取高分辨率的三维模型和影像数据，建立漓江流域沿岸空间三维模型；②基于三维模型和地理空间数据，开展空间特征分析，形成漓江流域沿岸景观形态特征评估结果；③结合漓江景观资源和空间特征，构建景观质量评价指标体系，绘制漓江沿岸景观质量等级分布图，识别过度开发利用和景观破坏等问题区域，继而提出差异化的景观保护与可持续利用建议。该研究将充分利用无人机倾斜摄影技术的优势，为漓江沿岸景观形态的量化研究提供新的方法和视角，为相关领域的科学研究和管理决策提供数据支持。

负责人曾经参与科研的情况:

无

指导教师承担科研课题情况:

1.作为技术骨干参与国家社会科学基金项目“建立以国家公园为主体的中国自然保护地体系研究” （编号18BGL178），国家自然科学基金项目“国家公园社区可持续发展路径研究”（编号72241413）等近20项国家级和省部级项目课题；

2. 主持桂林理工大学科研启动项目《基于多源大数据的漓江流域游憩强度评价与景观治理策略》（在研）。

指导教师对本项目的支持情况:

为本项目课题提供总体指导和调研方面的支持，提出有关课题的研究指导途径以及方法，指导学生进行学术论文撰写。

项目级别:

国家级

项目成员

序号	学生	所属学院	专业	年级	项目中的分工	成员类型
1	何尉铭	旅游与风景园林学院	风景园林	2022	项目负责人	第一主持人
2	刘欣彤	旅游与风景园林学院	风景园林	2024	资料分析与收集	成员
3	林欣悦	旅游与风景园林学院	风景园林	2024	研究内容设计	成员
4	黄媛	旅游与风景园林学院	风景园林	2024	数据处理与分析	成员
5	江盈盈	旅游与风景园林学院	风景园林	2024	数据处理与分析	成员

指导教师

序号	教师姓名	所属学院	是否企业导师	教师类型
1	何茜	旅游与风景园林学院	否	第一指导教师

立项依据

研究目的:

漓江流域是珠江水系的重要水源涵养地，为我国南方生态屏障的核心组成部分，担负着维系区域生态安全的重要功能，同时它也是大自然赐予中华民族的瑰宝和人民追求美好幸福生活的重要载体。对城市河流沿岸景观进行保护与管理，是实现自然资源可持续发展的重要举措之一，既维护生态平衡与生物多样性，又提升绿色空间改善周围环境品质，为居民创建宜居健康的生活空间。现今，实现漓江沿岸自然资源可持续发展的潜力仍亟待挖掘。随着南北方文化交流与融合的发展，桂林旅游业对自然资源过度开采以及保护措施不当，导致的环境问题积重难返。

对此，本项目拟通过构建无人机倾斜摄影技术的漓江沿岸滨江景观形态三维模型，记录不同层面的滨江空间沿岸景观形态特征的变迁，突破原有空间形态景观量化方式的局限性，构建景观质量评价指标体系，绘制漓江沿岸景观质量等级分布图，识别过度开发利用和景观破坏等问题区域，以期在漓江沿岸的精准规划，漓江文旅的虚拟设计与方案评估提供有效参考，为构建完善的漓江生态系统检测与评估体系，资源管理提供参照，继而提出差异化的景观保护与可持续利用建议，保护漓江生态系统。

研究内容:

2.1基于倾斜摄影模型的漓江沿岸滨江空间三维模型构建

首先界定漓江沿岸滨江空间形态研究范围，本研究承传既有研究观点，考虑漓江流域现状及尺度，沿水际线向陆域延伸600m范围且受滨水空间辐射的区域作为研究范围，范围界限与周边街区边界相一致，由水际线和陆域两部分组成。将漓江沿岸空间形态分为三维形态、界面形态、轮廓形态3个层面。根据研究区域的选取和人眼可视范围的大小，将空间数据的采集范围划定为研究场地内部及其外部600m范围，结合相应空间指标的筛选，对于场地原始数据的收集分为二维矢量数据及三维高程数据两部分，并结合采集数据中的建筑轮廓及层高对部分建筑物加以修补，以此完善倾斜摄影采集过程中部分较为破碎的建筑物的形态边界。

其次，依照上文中对于场地数据的采集结合相关指标的选取区域，构建三维空间数据模型，根据空间指标的计算需求对空间模型加以细化，进而将空间模型形成完整的数字高程模型，并在模型中布置对应测试视点。空间数据采集与转化主要依托于CAD绘制研究区域的矢量平面空间数据，高程数据模型则是依托于前文中所采集的倾斜摄影数据，通过软件将倾斜影像数据生产为3MX实景数据，再经组建生产出分析所需的初步模型数据。

2.2漓江沿岸滨江空间形态特征评价

基于过往研究中对于相应指标的划分，立足于对漓江沿岸滨江空间景观形态的系统现状调研，综合选取出滨江空间中三个维度的相关空间指标。天空率、郁闭度、复杂度3项指标为三维形态的核心指标；建筑占空度、植被面积比及可见层次3项指标为界面形态的核心指标；起伏频率及起伏幅度为轮廓形态的核心指标。以上各项空间指标的选取，以过往景观空间形态量化研究和滨江空间指标的量化方式为基础，采用GIS平台进行对应的量化计算。以漓江流域为研究案例构建滨江空间景观形态的多维形态量化路径并展开综合形态分析。根据景观价值属性，景观界面整体风貌、文化服务价值、美学价值等层面评估漓江流域景观质量。生态价值评估层面，选取物种丰富、景观规模、自然生态三项指标，通过InVEST模型产水、泥沙输送和碳储量模块核算。文化服务价值层面，通过游憩活动、科普宣传、地域特色等方面来衡量，通过旅行费用法（TCM）和条件价值法（CVM）确立漓江流域使用价值和非使用价值。美学价值评估层面，将无人机、计算机视觉和虚拟现实（VR）技术相结合，采用无人机与全景相机组合拍摄，构建景观特征区VR全景图数据库。选取色彩构成、形态质感作为评价指标，通过语义分析法（SD）、美景度评价法（SBE）获取美学价值评分。同时，选用PSPNet语义分割模型解构流域景观环境，通过多元线性回归模型探究景观特征区美学价值与景观环境关系。生态调节层面，最后，以景观界面整体风貌、文化服务价值、美学价值、生态调节价值评价结果为基础，采用层次分析法获取各价值权重，利用GIS因子叠加法，获得整个漓江沿岸滨江空间形态特征评价综合结果。

2.3漓江沿岸景观质量评价与问题区域识别

本研究将倾斜摄影模型作用在滨江空间景观形态的量化研究中，绘制漓江沿岸景观质量等级分布图，以漓江流域为研究案例，构建滨江空间景观形态的多维形态量化路径并展开综合形态分析。通过分析结果，初步构建漓江流域三维模型，提出漓江沿岸滨江空间景观形态特征多维度保护发展策略，重点提升界面指标和轮廓指标，统筹辐射全局，精准规划景观适宜性区域，构建多层次滨江空间景观区域网络，识别过度开发利用和景观破坏等问题区域，继而提出差异化的景观保护与利用建议，促进漓江生态系统检测与评估体系和资源管理科学优化。

国、内外研究现状和发展动态:

3.1 无人机倾斜摄影研究进展

过往，学者们对滨水区景观形态的研究多为定性分析，依托现场人工调研数据，采用图示语言辅以公式量化景观空间形态特征，仍停留于描述性、归纳性的分析阶段[1]。漓江沿岸的景观形态涵盖着公共空间与建筑空间等多个空间组成部分，需全方面地呈现出滨水空间三维形态变化特征。

近年来，随着倾斜摄影技术的发展，该技术被越来越多的学者运用于风景园林空间的相关研究中，不断探索无人机倾斜摄影测量技术在我国风景园林领域中的应用可能[2]。

目前国内的无人机倾斜摄影技术已经相较成熟，在使用无人机对漓江流域的景观形态进行倾斜摄影获取数据时，可通过精准调控飞行高度、相机参数以及飞行速度等因素以此获得高质量的倾斜摄影数据。

3.2景观形态量化研究进展

现有的研究资料和相关数据显示，基于倾斜摄影技术的景观空间研究目前大多局限于小尺度的古典园林[1]。这些古典园林以其精致的布局、独特的植物配置和丰富的文化内涵而闻名，学者们常常利用倾斜摄影技术进行场地调研和测量绘制，为其美学和功能提供深入的分析。然而，尽管该技术在古典园林研究中的应用相对成熟，但是多聚焦于地形图制作、植被分布记录以及信息系统的构建，依然存在一定的局限性。

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，尽管其发展速度令人瞩目，然而当前的应用重心大多停留在空间尺寸的测量上。虽然该技术在获取高精度数据方面展现了巨大潜力，但却未能深入探讨空间复杂的三维形态特征。这意味着，许多景观元素的空间关系、层次深度及其动态变化尚待更为细致的定量分析，以更全面地理解这些复杂结构的实际表现和意义。因此，当前的研究不仅需要对倾斜摄影技术加以创新，如通过引入更为先进的分析工具和算法，还应努力扩展研究视角，深入挖掘景观空间所蕴含的多层次、多维度的信息。这将为景观形态的可量化研究提供更为扎实的理论支持和实践依据。

[1 ]成实，王一婧，程子倩.基于倾斜摄影模型的滨江空间多维形态特征量化方法研究——以南京滨江为例.中国园林，2023，39(6)：20-25.

[ 2]李加忠，程兴勇，郭湧，等.三维实景模型在景观设计中的应用探索：以金塔公园为例[J].中国园林，2017，33(10)：24-28

创新点与项目特色:

4.1 创新点

（1）创新建立基于无人机摄影技术的景观特征分析评估框架。本项目通过交叉整合地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、风景园林学以及生态学等多学科的方法，提供了一种综合性的研究框架。

（2）创新构建高质量的漓江流域沿岸景观三维空间模型。无人机技术在生态保护宣传中的应用无人机技术通过生态实景的三维可视化，有效地监测和展示漓江流域的生态环境现状。这种技术不仅能够真实地再现漓江周边山体、码头以及旅游设施使用的实际情况，还为生态环境的全面监测提供了详细的数据支持。通过数据提炼、简化，运用于公益传播，文旅宣传，从而帮助居民和访客更直观地了解生态保护的重要性提高人们的保护意识。

4.2 项目特色

（1）丰富的数据类型。项目通过无人机摄影多方面、多层次采集漓江沿岸的山体水体以及周边房屋景观影像，生成高精度的三维模型。山体外部的坡度起伏、海拔、植物覆盖度、岩石状况，山体内部的岩层走势、溶洞分布以及水体的深度、流速变化、上下游水质差异等精确的数值，为漓江旅游规划与资源保护提供了基础支持。同时可以有效提高团队考察的工作效率，提高研究成果准确性。运用无人机摄影技术不仅可以获得更精确的数据，也顺应了对漓江生态功能区的保护。

（2）漓江流域景观模型构建与宣传展示，有利于提升漓江喀斯特世界遗产地的知名度，提升居民和访客的生态保护意识。无人机拍摄的影像材料为生态保护及旅游宣传提供了丰富的数据基础，这些材料可以通过多种新媒体渠道进行展示，以提高公众的生态保护意识。这种宣传方式能够让访客在一定程度上激发他们对环境的保护心理，同时通过互联网传播技术吸引更多游客来到漓江旅游观光，打响桂林旅游城市的知名度和吸引力。

（3）差异化的提升策略。针对不同区域和景观特征，无人机技术可以提供定制化的监测和宣传展示方案。通过高分辨率影像和三维模型，识别流域内的生态敏感区域，帮助当地制定更具针对性的保护方案。利用无人机进行定期监测和评估，动态发现和解决生态环境问题，确保可持续发展。这种实时监测能力不仅为漓江沿岸保护和管理提供了科学依据，提升整体保护水平，还可以通过不同的观察视角，发现漓江之美，进一步开发漓江旅游资源。

综上，无人机技术在漓江流域景观模型构建与宣传展示中的应用，不仅提升了遗产地的知名度，还通过多样化的宣传手段和差异化的保护策略，增强了居民和访客的生态保护意识。这为漓江流域以旅游为中心的可持续发展提供了有力支持。

技术路线、拟解决的问题及预期成果:

5.1技术路线

对于基于无人机倾斜摄影的漓江沿岸景观质量评价与优化策略，研究分为前期准备、模型构建、分析数据、质量评价、策略提出五个步骤（图1）。

图1. 技术路线图

5.2拟解决的问题

（1）模型建立：如何在漓江沿岸形成更加精细化、科学化的空间形态调研、评估方法，从而实现高质量的漓江流域空间营造？

（2）景观特征：如何将漓江沿岸分散、孤立的景观进行评估分析、加以整合，从而实现漓江沿岸景观的科学保护和可持续利用？

（3）提升策略：漓江沿岸景观质量如何？有哪些问题区域？分布情况如何？有哪些差异化的提升策略？

5.3预期成果

项目旨在通过漓江沿岸滨江空间三维模型构建，推动漓江流域生态保护和景观质量的提升。课题完成后，预期将获得以下成果：

（1）撰写研究报告1份，初步构建漓江沿岸景观空间模型，提出漓江景观保护和利用建议；

（2）发表学术论文1篇；

（3）拍摄短视频，并在县级以上媒体平台宣传。

项目研究进度安排:

6.根据创新创业大赛要求，以“基于无人机倾斜摄影的漓江沿岸景观形态量化研究”为课题，制定以下计划。

时间计划· 阶段目标

1.2025年1月~3月进行课题前期准备小组成员课题任务划分

经费预算

开支科目	预算经费（元）	主要用途	阶段下达经费计划（元）
开支科目	预算经费（元）	主要用途	前半阶段	后半阶段
预算经费总额	5200.00	无	2700.00	2500.00
1. 业务费	4700.00	无	2400.00	2300.00
（1）计算、分析、测试费	200.00	用软件等工具进行分析	100.00	100.00
（2）能源动力费	0.00	无	0.00	0.00
（3）会议、差旅费	3000.00	调研的交通费、住宿费、餐饮费	2000.00	1000.00
（4）文献检索费	500.00	文献查询及获取的相关费用	300.00	200.00
（5）论文出版费	1000.00	用于发表论文	0.00	1000.00
2. 仪器设备购置费	0.00	无	0.00	0.00
3. 实验装置试制费	0.00	无	0.00	0.00
4. 材料费	500.00	打印文件和资料	300.00	200.00

结束