三维激光实景技术在数字园林信息化建设中的应用

彭劲松,闫 晨

(1. 湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005; 2. 武汉海达数云技术有限公司，湖北 武汉 430023)

中海达·开启智时代

三维激光实景技术在数字园林信息化建设中的应用

彭劲松1,闫 晨2

(1. 湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005; 2. 武汉海达数云技术有限公司，湖北 武汉 430023)

当前我国城市园林建设迅速发展，城市绿化数量和密度不断增加，复杂性也越来越大，同时城市绿化的新建和改造工程也逐渐增多。因此需要依靠先进的空间信息技术采集园林绿化数据，建立数字园林综合管理信息系统，对城市园林规划设计、工程建设、绿地管理、公园、古树名木等信息进行网格化、精细化、规范化、日常化的管理。

随着计算机、测绘、地理信息技术的发展，基于一体化移动测量系统采集的可量测实景三维数据，以高清晰度、高分辨率全景影像的方式来直接反映地物要素及自然环境的原貌，具有高精度、高效率、高安全性的特点，既包含了所要量测目标地物的空间信息，又包括了与之相关的各种自然和社会属性信息，作为一种新型地理信息数据源，提供了具有丰富环境信息和立面信息的实景三维可视化浏览模式，给用户提供了良好的交互性体验。

1 数字园林信息化建设

1.1 总体技术路线

三维激光实景技术总体路线主要分为数据采集、数据生产及应用平台3大部分。数据采集通过移动测量系统，基于不同的载体(车载、背包等)，针对不同的区域和作业环境，进行快速高效的非接触式数据采集。数据生产则针对采集的原始数据进行规范化、流程化的处理，通过自主研发的数据生产软件，进行各类型成果数据的处理和生产，最终提供标准、通用的多元化数据。应用平台是基于最终的标准化多元数据搭建的，满足各类型数据的统一存储及管理的要求，因此可结合园林管理业务功能的实际需求，搭建一个数据管理、应用的综合信息化平台。总体技术路线流程如图1所示。

1.2 数据采集

园林绿化信息普查采集工作，主要是利用基于三维激光实景技术的移动测量系统，其在移动的载体上装配全景相机、三维激光扫描仪、定位定姿系统等传感器，在载体行进过程中，快速采集园林相关地物要素及其附属构筑物的高清全景影像和激光点云。

针对大面积、大范围的带状区域，可使用车载三维激光移动测量系统，利用车辆的快速、高效性，方便快捷地进行数据采集；针对一些地况受限而无法通行车辆或存在被遮挡的区域，则可使用背包式移动测量系统进行有效的补充采集。多种类型的采集设备有效地进行了互补，保证了数据采集的完整性和有效性。

1.3 数据生产

基于三维激光移动测量系统获取的园林高清全景影像与三维激光点云数据，可通过专业的数据生产软件自动提取行道树的空间位置、树高、冠幅、胸径等属性信息，管理部门可以结合实景影像判读植物类别及生长状态等信息，建立园林各类型的专题数据库，为数字园林信息化建设提供基础数据支撑。其数据生产过程如下：

(1) 加载全部的激光点云数据，进行初步的裁剪和预处理，获取道路两侧绿化带及树木的点云数据。

图1 基于三维激光实景技术的园林普查及管理技术路线

通过移动测量系统采集的原始数据主要包含高精度三维激光点云数据和高清的全景影像数据，如图2所示。

图2

(2) 通过高程值的筛选，过滤掉无效的路面点云数据，保留有效高程值的点云。

(3) 利用俯视角度进行拉框选择，自动提取出路边行道树的位置坐标信息，以及冠幅、树高等属性信息。

(4) 结合全景影像数据，可截取对应树木照片，并自动保存至属性数据库。

(5) 所有数据均可按照相应标准规范，进行分类设置，保存到不同的树木类型图层进行管理。

2 数字园林信息化构架与应用

结合园林专题数据库、园林三维实景数据库及园林管理业务数据库，可建立基于三维实景的园林信息业务管理平台，弥补当前园林信息展示、分析、数据综合利用等方面的不足，实现园林三维实景数据与业务属性数据的共享，并根据管理和应用要求，实现各类数据的查询、统计、分析、展示和拓展应用，将园林管理的各个环节信息集成化、标准化，实现园林的全过程跟踪管理和实时监控，如图3所示。

图3 数字园林信息化建设架构

基于三维实景的数字园林信息化建设应用方向主要为：

(1) 城市绿化资源可视化管理。通过建立园林绿化专题数据库及三维实景数据库，把全区域范围内园林绿化资源(如树种、道路、公园、绿地、苗木、古树、病虫害等)进行集中式、三维可视化的管理，使各区绿化管理部门和相关业务处室都能够全面直观地了解园林绿化资源信息，并实现对园林绿化信息的可视化浏览、维护、更新、查询和分析等，包括树种管理、行道树定位查看、绿地信息统计查询及规划、苗木数量监控、病虫害管理、古树名木的状态监管等，如图4—图5所示。

图4 园林绿化信息可视化浏览

图5 行道树可视化管理

(2) 园林养护巡查管理。通过划分绿化网格的模式，利用信息化管理手段，科学地对建成区和在建区的园林绿化进行养护管理。通过养护管理计划，对养护实施工作进行实时跟踪，养护单位在绿化养护巡查时，可以直接在移动端录入巡查区域、道路名称、巡查情况等信息，可以随时了解养护工作进展情况、养护的质量情况等，实现绿地现场巡视、事件上报、任务分配、结果核查等事件处理流程，大大提高工作效率，如图6所示。

(3) 园林绿化统计分析。基于园林绿化专题数据库，实现绿化信息的统计分析，包括绿地面积统计、绿地分布统计、绿化指标统计、苗木汇总统计、绿地树种统计、绿化年度统计、养护考核统计等，直接生成统计报表及统计图，直观展示各种绿化对比结果，在全市园林绿化的规划和建设的背景下提供辅助决策依据。

图6 城市路面行道树巡检示意图

(4) 集成园林相关监控信息。通过集成气象信息，可以及时掌握天气温度、风速等环境参数，对植被的养护提供重要依据。通过集成公安摄像头视频信息及公园、重点景观绿化点视频，对绿化设施进行实时监控，并且可以针对园内植物、动物、基础设施等进行可视化管理。另外，可以对道路及公园内的巡查人员进行定位监控，提高巡查人员的工作效率。如图7所示。

图7 集成摄像头监控信息进行园林绿化管理

3 结 语

随着城市建设和绿化建设的进行，城市环境和绿地资源分布情况不断发生变化，如何让相关管理部门快速、准确地掌握城市现有的绿地资源总量和分布情况，如何有效地加强对存在绿地的保护，如何制定适合城市市情的绿地规划，如何进行绿化工作的科学化、可视化的管理，如何改变和解决现有人工方式的弊端和问题，都是对园林管理部门提出的新课题。

三维激光实景技术为城市园林管理维护提供了有力的数据支撑和一种符合人眼视觉习惯的全新展现模式。在采集效率、作业安全性、数据精准度、数据完整度等各个方面，都极大地改善和提升了传统人工模式的诸多弊端，有效解决了园林绿化规划、建设、管理、养护等一系列难题，实现了一体化、全过程的信息化管理模式，以及基础数据管理信息化、业务管理信息化、决策分析信息化，提高了城市园林管理处的工作效率和服务水平。