无人机航拍在建筑与环境摄影中的应用

摘  要：当代无人机的出现，标志着一个新的航拍时代到来。随着大数据、人工智能技术和GPS卫星定位系统的发展，无人机航拍与移动网络图像传输技术日臻成熟。在摄影的诸多领域中，无人机航拍都得到广泛应用。在表现体量巨大的建筑工程、广阔的地貌环境、建筑的平面布局方面，无人机航拍具有其灵活的高度、广阔的视野，有着地面拍摄不可比拟的优势。当然，无人机航拍也有其自身的不足和问题：大场景画面，细节缺失;上帝之眼，过度抽象，缺乏人类观看体验与情感;自身技术发展的局限以及政策、法规的不完善也给社会和国家的安全带来挑战。无人机航拍增加了拍摄角度，归根结底，还要回归摄影的本身。

关键词：无人机;航拍;建筑与环境;水利工程

中图分类号：TB869 文献标识码：A

用天空之眼俯瞰地球，一直是人类的梦想。由于设备的昂贵、技术的难度，大多数人在航拍面前望而却步。近年来，随着民用无人机技术的日臻成熟和移动互联网大数据、人工智能技术以及卫星定位系统的迅速发展，无人机+数字摄影拓展了摄影的疆域，更多的人可以從上帝的视角观看事物。2016年，被称为中国无人机“元年”。无人机航拍在新闻报道、商业广告、风景地貌、艺术创作等诸多摄影领域得到广泛应用。当代无人机的出现，无疑标志着一个新的航拍时代到来。“一个职业的地理或风景摄影师没有无人机会被人认为缺憾，一个广告摄影师或项目摄影组因为没有无人机航拍而自卑。”[1]

运用无人机航拍水利工程项目，无疑是建筑工程用摄影表现的一个最优选择。水利工程项目大都具有较大的空间体量和结构，改变并塑造着环境，形成了新的人工和自然的关系以及地貌地形特征。通常地面的常规拍摄，往往不能够较好地表现建筑工程的全貌及与自然环境的关系。而今，无人机航拍居高俯瞰能够带给我们审视这些“庞然大物”的视觉可能。本文结合浙江“五水共治”水利工程项目航拍实例，围绕当代无人机航拍的优势与应用模式，展开以下三个问题的分析：第一，无人机航拍在建筑与环境摄影中的优势和必要性;第二，无人机航拍在建筑与环境摄影中的应用模式分析;第三，当前无人机航拍在建筑与环境摄影中存在的问题与未来期待。

1 无人机航拍在建筑与环境摄影中的优势和必要性

根据我国工业和信息化部官方定义，民间所称的“无人机”学名为“无人驾驶航空器”（Unmanned Aerial Vehicle，缩写为UAV），是利用遥控和智能控制装置控制不载人的飞机，其实质是空中机器人，能够代替人类完成空中作业。而无人机与摄影成像设备的结合，加上移动互网络大数据、人工智能、GPS卫星定位、遥控指挥和图传系统，实现了当代无人机摄影。

1.1 无人机航拍的优势

无人机航拍实现了人机分离，打破高度和空间的限制，能够在不同高度看世界，是人类认识世界手段的一个显著进步。

1.1.1 自由的高度，广阔的视野（见图1）

人类在地面上拍摄景物，对于较大体量的建筑、山川和广阔的风景，往往受高度限制，其取景视野和内容，往往不能宏观、概括地反映大面积、大体量景物的整体与全貌。无人机航拍最大的优势在于自如地升降、悬停空中，“鸟瞰”地面景物，可以选取不同高度、视角和景别拍摄，更加宏阔、全景地观看景物，形成雄深伟丽的风格。（见图2）

1.1.2 较小空间限制，丰富的视角

相对载人直升机、热气球等航拍载体，无人机体积较小，轻量化。无人机的起飞降落、空中悬停，所需空间要求小，受拍摄场地限制少，存在着适用空间范围广等特点。另外，一些受自然条件限制的现场，人员不能或不容易到达的位置，例如峡谷、河流、水面、山顶等地方，无人机以其灵活的高度调整和较小的空间限制能够进入，可多角度俯视、平视对地面上的景物进行前后纵深、左右视野上的影像表现。

1.1.3 操作相对简单，成本相对较低

在无人机出现前，进行航拍是一件不容易的事，通常要借助直升机实现。在拍摄之前，需要有关部门审批，成本高、费时长。有时受气象、航线影响，效率低。与驾驶直升机航拍相比，无人机操控性相对简单容易，费用低。当今借助互联网、谷歌地图能够帮助摄影师了解拍摄景物的地形和环境，随着无人机智能化设计和技术的完善，其操作会更加便捷和灵活。

1.2 建筑与环境摄影对无人机航拍的需求

自人类诞生以来，建筑和人类关系尤为密切。建筑和环境是人类生活的舞台，也表征着人类的科技、物质和精神。建筑工程需要影像的表现与传播，摄影以生动、形象、逼真的特性，具有天然的优势，并且为其他媒介不可比拟。建筑形式多样，结构各异，既有高度又有广度，以常规的摄影视角很难表现建筑的形式布局与结构特征。而当代无人机航拍的出现，对表现建筑与环境增添了新的视角、新的维度。

1.2.1 能够便捷地表现建筑全貌及建筑和环境的关系

拍摄建筑与环境，不仅要表现建筑的整体轮廓、造型、质地及空间结构，也要注重它和自然环境的关系。通常拍摄需要一个较高的机位视点，由于地形和建筑工程体量的巨大，寻找一个恰当的高位，且没有遮挡物，常常较为困难。如果借助无人机航拍，高度和视野很方便的得以解决，特别是崇山峻岭中的水利工程如大坝、水库，开阔的田野和水域。

1.2.2 能够较好地表现建筑整体的平面格局与顶部特征

在建筑工程设计中，平面布局是建筑在地面上横行分布延展的体现，是建筑表现的重要部分。常规地面拍摄，由于拍摄机位没有达到一定的高度，且能够垂直、视野较大，建筑平面布局表现无法实现。而无人机能够在一定高度进行垂直地面拍摄，建筑工程的平面布局得以表现。

建筑工程顶部的设计、建造和装饰因环境气候、建筑材料、地域的不同而具有鲜明的特征。常规地面拍摄，对顶部的表现，往往不能很好的实现。借助无人机的俯拍，建筑顶部这一重要建筑元素也得以较好的表现。

1.2.3 能够以灵活的高度解决建筑的“透视失真”

“建筑和环境摄影中对水平和垂直有着重要的要求。垂直线是建筑形体中的基本线条，垂直成为建筑形体中的基本特征。通常，除非有意倾斜造成特殊的视觉效果，拍摄建筑的垂直线应保持垂直。”[2]当镜头平面不能与建筑立面平行时，建筑上的垂直线就会倾斜。因此，地面上拍摄往往需要移轴相机（镜头），且移轴范围有限。而升高机位是一种有效的办法，可保持镜头平面与建筑立面平行。无人机具有不同高度的灵活升降、悬停拍摄，能够方便的“升高机位”，便捷地解决建筑拍摄“透视失真”的问题。（见图3）

1.2.4 能够突破人不能到达的机位和角度进行拍摄

为了完成一些低空特殊角度的拍摄，常遇到较为困难到达的机位，如水面上、峡谷间、悬崖边。无人机能够灵活方便地突破常规人员不能到达位置，通过遥控完成所需画面的拍摄，既保证了人员的安全，也减少了人力和财力付出。

2 无人机航拍在建筑与环境摄影中的应用分析

基于当代无人机航拍的各种优势，针对水利工程的巨大体量，以及它们大多处于高山峡谷间、江海湖泊中等复杂的自然环境中，浙江“五水共治”水利工程项目，较多借无人机航拍的高度，带来画面强大的概括力，从而得以完成许多大型工程项目的影像记录，也刻画出人与环境共同生衍的关系。（见图3）

2.1 鸟瞰式俯视（见图4）

无人机飞行至一定高度，相机镜头俯视地面，与地面景物形成一定夹角，这种鸟瞰式俯拍是无人机航拍常用的一种表现方法。高度决定视野，这种拍摄方式具有开阔的视野，能够拍摄到由近及远不同层次的景物、信息量较大，具有辽阔、深远之感。从空中俯拍，更多地展示前后景物间的关联。想象力是一种与生俱来的感觉，相对于地面来说，俯瞰更需要想象力的提升。

无人机从高处拍摄建筑工程和地貌地形，信息量大，较好地展现建筑工程的主体全貌和广阔的自然环境，表现建筑工程的壮阔和雄伟的气势，超越人类常规地面观看事物的经验和感受，画面具有较强的视觉张力和艺术感染力。

根据建筑工程的高度、面积、规模，掌控好飞行高度与镜头视角。通常拍摄前要对拍摄景物做一定的实地调研与方案设计，根据需求完成作业，飞行高度一般控制在2000米以内视线范围，景别范围可由全景到局部，也可以由局部飞至全景。

在拍摄水利工程（大坝、泄洪口等）方面，为更好地表现大坝工程的整体面貌以及与周围山体、河谷之间的关系。无人机飞行至高空，鸟瞰俯视拍摄水利工程。一方面展示了水利工程在地面空间上的与周围环境的位置关系（在两山之间，大坝把河道截断，形成库区和排泄闸门），另一方面也展示出大坝的整体形象。还有一些鸟瞰，宏阔地展示地貌地形。如浙江余姚四明湖灌区的治理效果。

2.2 垂直地面正视

无人机升至一定高度，镜头俯视与地面形成90度夹角，从空中垂直向下拍摄。这种拍摄视角，使原来地面上有立体深度的前后景物表现为二维“俯视图”，弱化景物的层次感和比例感，常常抽象出简洁的几何化图案，产生平面的陌生感，超越人类的视角，也超越了现实。（见图5）

表现建筑平面布局与分布是航拍特有的角度和表现方式，同时这种拍摄方式也可表现建筑与其周围环境的地貌、地形关系。在“五水共治”水利工程中，以垂直角度俯拍工程项目、河堤海塘，能够展现水利工程的平面全景和布局，也能够展示工程在整个环境中的位置，与周围山川、江河、湖海的平面关系。如浙江丽水潜明水库的垂直平面影像，既交待了大坝的平面结构（坝顶的道路和房子），又把大坝和山岭、河流的关系表现出来。另外，那些简洁抽象化的影像，以纯净的方式展示了人工与自然的美。

2.3 低空平视（见图6、图7）

无人机低空飞行，在飞行高度和视角允许的范围内，对建筑景物进行直视平拍。低空平视拍摄，能够避免建筑物垂直线倾斜，较好地表现建筑的立面形态和细节质感。由于无人机灵活的高度升降和悬停拍摄，方便的解决在地面拍摄不容易达到的机位和视角，如水面上、峡谷半空中。

水利工程项目大多都建设在崇山峻岭、江河湖海间。在表现水利工程的立面形态和细节上，许多合适的机位都处于水面和半空中。利用无人机灵活高度的调整及空间位置，低空平视取景，较好地解决了这一难题。如拍摄潜明水库大坝主体正立面，前方是水面无法在正前方拍摄。无人机降至大坝正前方平视拍摄，既解决了建筑物的垂直问题，又能够把大坝主体结构和雄伟的气势表现出来。

2.4 光线选择与模式控制

拍摄文化遗产上的一些经验，在拍摄水利工程同样适用。“在光线选择上，通常早晚时段45度入射光线为佳，尽量避免顺光或逆光（特殊效果除外），一方面避免顺光飞行器的影子进入画面，另一方面可以避免逆光拍摄时产生镜头眩光而影响画质。通过白平衡，控制影像的色彩色调，通常设定为自动模式和日光模式。如果想准确地表现建筑与环境本身的色彩、质感与氛围，可设定为日光模式。（见图8、图9）为防止拍摄时的频率抖动，确保影像的清晰度，通常选择快门速度为1/100-1/500，光圈为自动和手动相结合，焦点为自动模式。”[3]

任何一种拍摄视角都有自己独特的规律、个性以及辨识度。摄影师要根据建筑与环境的属性特征，充分运用摄影语言和艺术想象，灵活掌控各种技术手段，表现建筑与环境的社会文化和自然信息，以及摄影师对建筑与环境的理解。

3 无人机航拍在建筑与环境摄影中的问题与期待

事物和技术在发展过程中可能会遇到不同的问题。总体来讲，当今无人机航拍主要面临着情感缺失、安全飞行与空域资源三个方面。

3.1 過度的“上帝视角”，缺乏人类的情感

“一个选题，以情感类为主题或者主线，基本用不上无人机航拍。”[4] 新浪摄影师李颀拯如是说，这句话从另一个角度说明，无人机航拍广阔的视野、上帝的视角缺乏人类视觉的情感体验。无人机航拍的长处能够宏观地传达景物的整体和全貌，与常规地面熟悉的观看经验相比较，景物更加抽象、陌生。上帝视角看的多了，会显得单调，缺乏地面的细节。因此，航拍画面常常需要与地面常规拍摄的图像细节结合起来，更加立体、全面、有情感地反映现实世界中的建筑和环境景物。

3.2 续航能力低，恶劣环境气候有安全隐患

目前，民用无人机的续航时间一般为15-30分钟，飞行时间较短。而电池供电不足、导航偏位、系统瘫痪等原因，有可能引起摔机事件。香港科技大学的机器人研究所与大疆联合团队曾将机器带到海拔4550米高度的贡嘎子，在高原低温下对产品试飞测试[5]。从技术讲，无人机需要更长的续航时间，更先进的飞行稳定系统，防水，防风适应恶劣天气。

无人机多为小型多旋翼飞行器，对飞行条件要求较为苛刻，抵御自然天气变化能力非常弱，在使用中存在安全隐患。所以，拍摄要避免大风、雨雪、雾霾等恶劣天气。另外，山体、电线及建筑遮挡，无人机信号会被频繁干扰。作为全球首位“大疆视觉艺术家”王建军说，“无人机航拍，在接收信号以及遥控距离上还有提升的空间。”[6]

3.3 法律法规的限制与道德约束

近年来，无人机被滥用的负面事件不断发生。抢占空中航道、制造恐怖袭击、闯入军事禁区等问题时有出现，如杭州萧山机场事件、500米高空拍摄战斗机;也有侵犯隐私，偷拍私人领域如房间和院落事件。许多负面的事件导致严厉的空中管制，许多地区实行了限飞。2018年6月实施《民用无人驾驶航空器系统经营性飞行活动管理办法（暂行）》主要有三点：1.实名登记，250克以上的无人机都需要进行实名登记;2.飞行执照，从事无人机飞行作业的飞手需要考取无人机电子执照或其他相关行业证照后才能上岗作业;7千克以上的无人机需要考取驾照;3.禁飞区禁止飞行。当前，我国无人机相关法规还存在着制定过程中利益相关参与性不足、无人机适航性的要求不明确、治理无人机扰航的法律适用混乱等问题。不过，任何新兴事物的发展，一开始可能是无序的，随之而来的必然是规范。

4 结语

无人机航拍以灵活的高度以及较小的空间限制给当代摄影创作增添了新视角和新维度。在表现建筑和较为辽阔的环境，尤其是那些横亘于山川峡谷、江河湖海上的水利建筑工程，无疑无人机航拍有着较大的优势和便利。当前，无人机航拍成为一种现象，也涌现出大量的平庸的作品。然而，航拍只是一种手段，不是唯一目的。摄影编辑郑浓说，“过度地依赖于角度所带来的摄影变化是危险的，没有理念与内容的支撑，只是依靠新奇角度的改变，是不现实的。”[7] 因此，我们仍然要结合地面常规摄影，利用好光线、地理地标，灵活、机智地使用无人机航拍。归根结底，还要回归到摄影本身。（見图10）

参考文献：

[1]李树峰，南无哀，阳丽君.2017中国摄影艺术发展研究报[J].中国摄影，2018（4）：122.

[2]石战杰.建筑与环境摄影[M].杭州：浙江摄影出版社，2018：93.

[3]吴健.鸟瞰丝路[J].中国摄影，2017（08）37.

[4]李颀拯.航拍多了一个视角[J].中国摄影，2017（08）：64.

[5]王建军，郑浓.俯瞰更需要想象力[J].中国摄影，2017（08）：47.

[6]王建军，郑浓.俯瞰更需要想象力[J].中国摄影，2017（08）：49.

[7]郑浓.无人机摄影：高飞境自远[J].中国摄影，2017（08）：25.