基于WebGIS的乡村管理平台设计与研究

文｜ 新疆地矿局测绘大队 李智广

【关键字】WebGIS；实景三维；乡村信息化

1 引言

2020年是数字乡村战略第一阶段的收官之年，伴随着互联网、移动网络等基础通信网络的广泛覆盖，农业农村信息化的研究和探索方兴未艾。基于倾斜摄影的实景三维建模技术是国际测绘领域近年发展起来的一项高新技术，这种方法构建的模型具有完整的地理和空间信息，而且模型精度高、建模高效，可以无差别地还原真实的实地景观。这项技术已被广泛应用于城市规划、旅游规划和各种施工设计等领域。

农村地区的实景三维模型也具有广阔的应用前景，比如用于乡村景观规划设计，用于农村集体土地承包经营权确权和宅基地确权。本文旨在进一步挖掘实景三维数据深层次应用价值，以实景三维模型的空间地理信息为基本框架，采用“基础功能+拓展模块”的模式搭建乡村三维可视化管理平台，实现村落的二三维浏览、人房联动管理，辅助乡村干部对村民、村务的信息化集中管理；同时研究接入多种应用子系统，整合与村民生产生活相关的各种信息，服务于乡村科学管理，推动乡村信息化建设发展。

2 设计思路

村民生活生产与土地和房屋息息相关，它们具有相对固定不变的空间地理位置，可以将地理空间信息作为乡村信息化建设的基础框架。本研究以倾斜摄影实景三维模型数据、影像数据、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）要素图层和专题数据为基础，综合运用测绘地理信息软件和WebGIS 开发技术，建立二三维一体化的乡村信息管理平台。系统设计涉及基础地理信息数据采集与处理、实景三维建模和系统开发等关键内容。

首先，乡村的基础地理信息资料包括二维矢量、影像数据。其中二维矢量主要是道路线、居民房屋点或面、监控点、土地利用图斑等，可通过农经权数据库或现场实地采集等方式获取；高分辨率影像数据主要通过无人机航飞建模的方式取得。基础数据的格式、投影坐标系统、组织方式等需要进行一致性处理，确保基础数据与三维模型的无缝融合。

其次，实景三维建模的方法有很多，本研究采用六旋翼无人机搭载倾斜摄影相机进行航拍，然后基于Bentley ContextCapture Center 软件使用集群工作站进行实景三维建模，并采用SVS Modeler 修模软件对模型进行优化修饰和单体化建模。

最后，基于国产SuperMap 软件平台，通过多源数据融合，将人口信息、房屋信息、视频监控点位数据与矢量数据、影像数据等在三维场景中关联起来，进行相关的系统功能开发。本平台采用“基础功能+拓展模块”的模式进行开发，基础功能有“一标三实”的二三维地图浏览、信息查询、统计分析、报表导出等；拓展模块是预留的平台开发接口，可以将已有的各种农村服务平台，如视频监控系统、政务服务平台、土地管理、补贴发放、规划建设、电子商务等融合到本空间信息管理平台，实现空间框架下各种资源的整合与应用。

3 总体架构

平台总体框架分为数据层、服务层、应用层三层结构，如图1 所示。

3.1 数据层

数据是平台的基础和核心，主要包括属性数据库、空间数据库。

属性数据库包括人员信息、户口信息、房屋信息、用户信息等基本信息，以及其他与农户相关的土地承包经营情况、常住人口婚姻和计划生育情况等。

图1 系统总体架构图

空间数据库采用2000国家大地坐标系，内容包括房屋点数据、二维影像数据（分辨率为10 厘米）、实景三维模型等。

3.2 服务层

服务层包括协议服务、位置服务、数据服务、影像服务。

协议服务主要采用HTTP 协议为PC 客户端与服务端提供通信传输服务。位置服务和数据服务都以Apache Tomcat 作为Web服务器，使用JavaEE 技术开发，服务的访问需要验证用户权限。位置服务主要包括房屋位置服务，为人、房联动提供服务。数据服务主要包括人口、房屋、户口、监控等信息，为查询、统计、报表导出等功能提供服务。影像服务通过Supermap iServer对DOM（Digital Orthophoto Model，数 字正射影像）和实景三维模型数据作切片处理，发布的影像和实景三维服务，为网页平台提供访问影像数据服务。

3.3 应用层

应用层的实现基于数据层和服务层，平台使用浏览器对人口、户口、房屋等信息进行编辑、查看、地图预览、数据统计、报表导出等应用。

4 平台功能开发

4.1 平台开发环境

前后台使用的主要开发语言分别是JavaScript 和Java。 前台采用DOJO + Bootstrap框架搭建开发架构，使用DES+BAS64 进行数据加密、解密处理，保证数据传输的安全。后台采用Spring MVC + Hibernate 处理前台业务数据。采用Super Map 的二三维平台系列，实现以标准格式发布的地图数据服务访问。

4.2 数据库建设

本应用的数据库建设包括基础地图数据和专题数据建设。采用PostgreSQL 数据库实现对人口、房屋、户口等专题属性数据的增、改、删、查基本操作。PostGIS 具有丰富的空间分析函数，平台利用其在GIS领域的优势实现对矢量数据的基础操作及GIS 分析功能。

平台专题数据表包括人口信息表、户口信息表、房屋信息表、管理人员信息表。人口信息包括姓名、身份证号、性别、民族、文化程度、联系方式等；户口信息包括户主姓名、身份证号、承包土地面积、是否为贫困户、国家补贴等；房屋信息包括房屋结构、建造年代、房屋面积、门牌号等；管理人员信息主要包括村委干部和驻村干部的基本信息。

基础地图数据表主要是房屋信息、道路信息、地块信息等。

4.3 平台基本功能

人口管理是农村信息化的主要内容和基础工作，本研究设计的基本功能即是与人口管理相关的信息查询、统计分析、报表导出等功能。

（1）二三维地图浏览

平台以村落实景三维场景为基础浏览界面，通过地理底图切换功能，将三维场景切换到二维地图模式，形成二三维一体化的场景浏览。支持用户在网页上对房屋、道路、田地等地物任意角度实时浏览、放大、缩小、倾斜、拉平、竖起、旋转等操作，能够从全局的角度把握全村的房屋空间分布、耕地分区，也可以查看某个单体房屋或局部范围的三维景观。

（2）信息查询

平台基于地理底图，将房屋、道路、地块分别以矢量点、线、面叠加到二维底图或三维实景中，并与属性数据库关联，通过点击房屋点、道路线、地块面来查看相应的信息，实现人-房-地-地图的无缝关联。

农村人口管理以房屋地址为准绳，实现“以房管人、人房关联、人地关联”的应用体系，村委干部或驻村干部根据村民姓名或身份证号码可以查询该人，快速定位到其家庭房屋位置，并能关联到其所有个人信息、房屋建筑信息、土地承包情况等；搜索某个位置的房屋，可以查看该户的家庭成员信息、水电气使用情况、收入状况等。

（3）统计分析和报表导出

了解并掌握乡村的各种人口比例、可支配收入、水电气使用情况等统计数据，是村委干部和驻村干部的日常工作，各类统计信息是乡村科学管理的基础数据支撑。平台对乡村基本综合信息进行统计和分析，将统计结果以图表方式动态展示在系统中。根据村务管理过程中的一些主要的指标，对这些指标进行分析预测，给出趋势图形，以便非常直观地体现指标的变化。并根据实际需要，实现汇总各类数据并生成图表、统计报表等，给领导预测后期的指标提供支持。

4.4 拓展功能

村民生产生活涉及教育和医疗保障、水电气使用与缴费、国家补贴领取发放、田间管理、村内安全等等诸多方面。大数据和互联网时代，国家推出“数字乡村”战略，有必要将各种管理系统整合进基于三维可视化的乡村管理平台中，融合与村民相关的各种数据资源，促进乡村科学治理。

（1）一体化集中监控系统

随着农村基础通信设施的逐步完善，村内重点路口、重点关注人员或群体、重点场所一般都配有监控设备，以达到对这些区域和人群的安全保障目的。

将这些监控设备以要素点的形式展示在平台中，通过监控点与视频监控系统对接关联，建立一体化集中监控平台，集成实现全村统一的视频资源管理，对前端摄像机、编码器、解码器、控制器等设备进行统一管理，实现摄像头定位查询、图像抓拍、监控画面调取等功能，通过管理平台实现统一的用户和权限管理，满足系统多用户监控、管理需求，为村委会和其他相关部门的工作安排奠定决策基础。

（2）补贴管理系统

在全面推进建设小康社会的道路上，国家针对“三农”推出了各种各样的补贴政策，比如粮食补贴、农机补贴、养殖补贴、宅基地拆迁补贴、义务教育补贴等等，每家每户或多或少都会收到国家的优惠补贴。传统手工方式记录、统计补贴发放情况已难以满足新时代“数字乡村”建设的要求。基于本平台的“以房管人”，将各类补贴关联融合到村民房屋上，设计补贴发放查询统计功能，统计村民的农业补贴情况，便于对村民的生活情况进行监督，有利于上级部门对村民各方面补助做出更科学合理的安排。

（3）水电气管理系统

国家改善农村人居环境的水电气“三改”工程，是农村发展的一个重点，也是城乡一体化发展过程中重要的民生工程。水电气管理系统是对传统上门抄表、人工管理方式的信息化应用实现，可实现对水电气的数据管理和实时监控，有效解决认为干预可能带来的工作误差、数据疏漏等。将该系统接入本平台，能够通过房屋与住户的生产生活数据关联，综合分析每家每户的水电气使用情况和规律，为乡村科学利用能源提供决策支持。

5 结束语

地理信息作为数字城市乃至智慧城市的基础框架，基于倾斜摄影的实景三维模型在城乡一体化发展和农业农村信息化进程中有较大的应用潜力。研究基于三维WebGIS 的乡村管理平台，以实景三维为可视化场景，在平台中以房屋为准绳，尽可能将所有与村民生产生活的数据信息逐步集中整合起来，结合实际应用设计相应的子系统，辅助村干部对村民事务的科学管理，服务于乡村的城镇化建设。本研究设计了“基本功能+拓展功能”的开发模式，以人口房屋管理为基本功能，在此基础上进行拓展开发或接入各种应用管理平台，推动农村公共服务平台信息化建设，是数字乡村建设的有益尝试。