无人机与GIS技术在校园中的应用

苏燕清，胡宇祥，冯志渊，王文豪

(吉林农业科技学院，吉林 吉林 132101)

校园建筑物布局不应该只考虑安全、美观等传统因素，更应考虑建筑物的选址问题，通过测绘方式的直观分析，使校园建筑物布局达到最优。大数据时代，利用无人机、GIS技术的空间分析和数据可视化功能，提取影响校园建筑物布局的指标数据，系统处理，形成实地模拟图，便于后期的设计规划，既能满足校园多空间的高效利用及与自然的和谐统一，又能满足校园建筑物安全，使校园布局更美观、灵动。

1 影响校园建筑物布局的因素及布局原则

1.1 校园建筑物布局的影响因素

影响校园建筑物布局的因素是多方面的，可就校园景观和道路布局进行分析。

景观是区域建筑物必要的环境设施。研究表明，环境景观与人类的成长发育及心理健康有着密不可分的联系。学校作为培育青年的教育重地，校园景观设计是重点。无人机与GIS技术的发展为校园前期规划设计提供了便捷的勘测方式，可直观分析三维数字模型，进行校园地貌分析，解决了人工勘测效率低的问题[1]。

GIS技术不仅适用于景观布设，还可用于区域内道路设计。学校选址以平地居多，虽符合学校庄严的特点，但缺乏景观趣味性，整体灵动性低。要改善此状况，需要设计师处理好校园布局中的两大关系。一是校园中动、静态空间之间的关系，二是要规划好不同教育空间之间的功能组织关系。要想处理好动、静空间关系、削弱平地带来的景观统一性，需加强校园各设施之间的相互联系，赋予校园新的生机。

1.2 校园建筑物布局原则

校园建筑物布局应遵循整体性原则。校园建筑物的布局体现着学校的教学风格、教学背景和学校的传承与发展，这就要求校园建筑必须风格布局相对统一，具有一定的连续性[2]。可以发挥GIS二维、三维建模技术优势，辅助大面积校园规划布局，体现校园整体性。安全性原则。安全是规划设计中首要考虑的因素，必须全面分析校园地质地势、校内交通和校园监控等，确保校园建筑物布局合理、规范、安全。利用GIS数据空间分析及数据可视化功能，可以在校园三维模拟空间上对校内交通规划、校园监控的布设进行规划设计，保障学生、教师的安全[3]。

2 利用GIS技术分析校园空间布局

GIS是基于空间地理数据，依靠计算机系统辅助，对空间数据进行综合分析，服务于资源管理、发展规划、路线规划等领域的地理信息系统。GIS分析技术可分三个阶段：一是数据采集。由无人机对待测区域实地飞行勘测。二是利用GIS技术对无人机采集数据进行读取、分析及构建模型等。三是基于GIS系统构建好的数据库，读取影响校园空间布局的因素，对现有的校园布局进行适宜性评价。

以吉林农业学院为例，通过无人机航拍所得数据，利用GIS处理得到的校园二维平面示意图，如图1所示。

图1 校园区域划分图Fig.1 Campus zoning plan

农校总体设施以生活区与教学区间道路为轴线呈现对称分布，根据建筑物用途差异将校园区域划分为以下几部分：一是教学办公区，主要教学区位于校园中、东侧，部分教学实验室基地位于校园东北角。二是学生生活区，有学生宿舍、食堂、百货超市等，设置在主教学区西侧。三是室外活动区，足球场在学生生活区西边，篮球、排球在教学区中，其余小型运动场所分散布设于生活区周围。四是交通布局，校园出口设置南、北两方向出口，内部交通呈矩形分布。五是景观布设，分布于主要校园外围及各建筑设施之间。

3 GIS技术分析对农校校园建筑物布局的适宜性评价

教学办公区需避开噪声干扰，为学生、教师提供一个宁静的教学及科研场所。图1所示农校主要的教学区布设于校园中心，有效避开了校外车流噪音对教学区的影响，小型教学实验室基地置于校园东北角，对校园主体建设布局的美观影响较小。

学生生活区。研究表明，学生对于宿舍楼到教学区的步行最为满意的距离是300～500 m，距离越远，步行到达设施的可能性会逐渐降低，不利于调动学生学习的积极性。若以自行车代步，一是增加了道路的不安全因素，二较多的骑车出行需要更大的停车空间，三是道路上的大量车流，使得环境难以形成舒适、安宁的步行空间，不利于学生放松、休憩[4]。通过GIS分别测量农校生活区外围部分公寓到各教学楼与活动区最佳行径距离，由表1可知，农校生活区外围3个公寓距部分校园设施的距离在学生步行满意距离可控范围之内，此类教学布局有利于激发学生学习，使得教学资源能供学生充分利用。

表1 农校部分公寓到各个教学设施的距离Tab.1 Distance from parts of apartments to all teaching facilities in Jilin Agricultural Science and Technology College

学生活动区。据研究显示，我国当代大学生身体健康指数逐年下降，考虑其原因：一是体育设施布局不合理，活动区形同虚设。二是由于传统教育的影响，学生对体育课不重视，只是为了学分应付性地上课，体育观念薄弱，要想树立体育观念，需通过距离便捷来建立体育环境诱导[5]。农校的活动区分散布局在生活区、教学区，活动区分区可以缓解体育锻炼高峰时段人员过于集中的问题，且两个主要活动区都在适宜的出行范围内，这在一定程度上诱导了学生进行体育锻炼。

交通布局。农校出口设置于南北方向，避开西侧市区主要交通干线，学生、教师的出行更安全，校园主干道围绕中心教学区设置，贯穿全校。生活区右侧空余土地设置交通辅路进行人车分流，各教学楼、宿舍楼间及符合人流行为轨迹的景观设置区域均布设了交通通道，在方便学生出行的同时也起到保护区域景观的作用，校园交通的整体性、有机性、安全性得以体现。从图1来看，农校整体的道路规划多以矩形布置，仅有少数曲线道路，视觉上的统一感过于强烈，学校的庄严特点虽得以体现，却忽视了校园含蓄之美。

根据GIS呈现的校园景观可看出，校园空间主体框架为建筑群，以校园中心向外扩散，道路穿插其中，体现了校园整体的空间序列和脉胳，丰富了校园环境[6]。校园外侧多属于城市交通道路，在规划布局时巧妙地设置了绿化带、农业教学用地，边缘划分出校园的领域和独特的轮廓，还为未来发展预留了土地；校园的各个建筑物之间、道路两侧均设有绿化带，提供了安静利于学生休憩的环境，图书馆附近设置了假山、喷水池等景观，象征图书馆为知识的源泉，沉浸式的环境缓解了学生的疲倦心理。

4 结语

以吉林农业科技学院为例，分析了无人机与GIS技术在校园布局方面的应用，探讨了农校建筑设施的适宜性。从总体上看，农校大部分建筑物布局充分体现了以人为本的设计观，此技术同样适用于农村、景区、城市的规划布局，具有推广价值。GIS技术还可以为校园的前期规划设计提供高程分析、坡度分析等数据。