支持乡村振兴三维管理的低空遥感方法

夏进亮,李志军,雷 雳

（1.广东省国土资源测绘院，广州510500；2.广东省测绘技术公司，广州510075）

2013年10月，习近平总书记到湖南湘西考察时，首次提出了“精准扶贫”的概念［1］。要做到精准扶贫，需实现精确识别、精准帮扶和精确管理［2-3］，而传统的管理方式缺乏直观性和可量测性。近年来，随着测绘技术以及三维GIS 的发展，采用三维地理信息平台实现贫困户帮扶的精细化管理成为主流趋势［4-8］。本文针对精准扶贫与乡村振兴等工作的特定需求，整合倾斜影像、点云、全景影像等多源遥感数据以及专题矢量、扶贫业务等数据，设计并搭建了三维地理信息管理平台，集成数据集成与展示、信息查询管理以及规划设计等功能，实现了贫困户及贫困村的精细化、可视化管理与应用，解决了传统管理系统功能简单、缺少空间分析与辅助决策功能，数据源单一、可视化和智能化程度低等问题，为精准扶贫与乡村振兴的提供数据和技术支撑。

1 研究区域

本文研究区域为广东省梅州市丰顺县汤西镇大罗村，位于丰顺县城西郊，该村四面群山环绕，整体地形呈西高东低走向，村域面积54.84 km2，下辖7 个自然村，全村共1 048 户，户籍人口5 111 人。村内产业以种植、养殖为主，是典型的农业型村庄，经济基础薄弱，原属省定贫困村，自2016年4月以来，经过多年的“输血+造血”式定点帮扶，目前该村78户贫困户共227人已实现稳定脱贫，全村退出了省定贫困村的行列［9-10］。

2 多源数据获取与处理

2.1 数据获取

为全方位展现贫困村的地形地貌、人文要素等信息，本文在研究区域内获取并收集了倾斜影像、三维激光点云、专题矢量、影像，以及扶贫相关业务数据等各类资料。

首先，采用md4-1 000多旋翼无人机搭载五镜头倾斜相机对大罗村下辖的各个自然村的主要居民区进行了分辨率优于10 cm 的倾斜航空摄影测量，共飞行7个架次，获取影像12 540张，覆盖面积约6.4 km2；采用大疆经纬M600 Pro 无人机搭载激光雷达扫描系统获取大罗村主要区域三维激光点云数据，点密度约10 点/m²，覆盖面积约1.2 km2；采用大疆精灵4 获取大罗村3 个兴趣点的360°全景影像。

然后，收集大罗村相关的各类专题矢量、影像、文档等数据情况，如表1所示。

表1 收集数据情况

2.2 数据处理

采用ContextCapture Center软件进行倾斜影像的空三加密和全自动三维实景模型输出，并对三维模型进行精细化修补，主要包括水库、河流面的整平，漏洞填补，漂浮物删除，以及墙体扭曲修复等，结果如图1（左）所示；采用LiDAR-DP软件对点云数据进行滤波、分类等操作，提取出地面、植被及建筑物点，结果如图1（中）所示；采用Pano2VR 软件对360°全景影像进行自动化处理，生成本地html文件或发布至服务器，结果如图1（右）所示。

图1 倾斜三维模型（左）、激光点云数据（中）和360°全景影像（右）

3 三维地理信息平台建设

3.1 系统设计与实现

为实现精准扶贫数据的高效、精准管理，本文基于Skyline 三维数字地球平台，采用C#语言进行二次开发，设计并研发了一套三维地理信息管理平台，实现多源数据的导入导出、增删改查等数据管理功能，以及量测分析、贫困户定位、户档资料、帮扶信息查询等辅助决策功能。

3.2 数据集成与展示

在搭建的三维地理信息管理平台中集成各类多源遥感数据、专题矢量数据，以及扶贫业务等数据。

首先，对各类遥感数据进行格式转换，主要包括：采用Skyline 的CityBuilder 模块，将osgb 格式的三维倾斜模型成果转换为平台支持的3dml 格式；采用TerraExplorer 模块将.las 格式点云成果转换为平台支持的.cpt 格式；采用TerraBuilder 模块，分别导入数字正射影像图（DOM）和数字高程模型（DEM）成果，叠加输出三维大场景模型。

其次，整理专题矢量数据，统一坐标系统，并在宅基地、权利人等矢量中建立必要的字段，将贫困户户档、帮扶信息、危房改造等多媒体文档资料与相关专题矢量要素建立关联关系。

最后，在三维地理信息管理平台中以三维大场景模型为底图，导入经过预处理的多源遥感数据和各类专题矢量数据，并设置合适的信息展示样式。平台界面及数据展示情况如图2所示。

图2 三维地理信息管理系统平台示意图

4 系统应用

多源数据的集成利用在精准扶贫与乡村振兴中具有重要的利用价值，结合三维地理信息管理平台，集成多源数据后，可进行信息可视化管理、查询统计、空间分析与规划等［11-15］。

4.1 多源数据集成

三维地理信息系统平台以三维大场景模型为底图，集成三维实景模型、点云、全景影像、专题业务数据等，可提供精准、直观、丰富的设计与管理环境，确保对乡村及贫困户各方面信息的全方位呈现。也可根据实际业务需求，进一步丰富数据的多样性，如视频、单体化模型、BIM 模型［13］、地质构造模型、地下空间三维模型等数据，并将地理信息数据与业务数据在属性和空间位置层面相互关联，精细化还原现实村庄的各项关键信息，可视化地辅助决策、指挥调度、展示建设成果等，节省人力成本，提高工作效率。

4.2 信息管理

将专题矢量数据、扶贫业务数据与多源遥感数据关联后，可直观展示村庄内房屋、土地等地物的面积、类型、用途、权属等各项信息；同时，系统平台提供业务资料的导入、更新、维护和统计分析管理功能，包括贫困户基本信息、帮扶记录和收入情况等，实现扶贫数据的实时存储、检索、分析等应用。

4.3 查询分析

在系统中可输入贫困户的姓名或户码等信息，一键查询并定位贫困户位置，显示贫困户的基本信息、帮扶记录等资料，也可在三维场景中，选择相应的地理实体，一键查询实体的相关信息，实现室内对整个乡村的全方位精准把控。

系统提供基本的设计分析功能，如设置一定范围和高程后，可直观进行农田、房屋等的淹没情况分析；针对某位置的天际线分析和可视域分析，通过修改地形可分析对比修改前后填挖土方量；还可叠加相应的规划设计图，分析设计占用基本农田、高标准农田情况等。

4.4 规划设计

在村庄的规划设计中，利用三维GIS平台和专题数据，真实表达乡村空间结构及整体环境，模拟展现乡村规划设计的结果，为规划方案设计和方案比选提供科学依据；同时，可在管理系统中根据设计方案，统计征地面积、涉及权利人、统计拆迁房屋数及面积等情况，为设施选址、征地拆迁等方面提供数据支撑。

5 结语

本文针对大罗村精准扶贫以及乡村振兴等工作的实际需求，通过遥感数据获取和已有资料收集的手段，整合并集成多源遥感、专题矢量和管理业务数据，并结合相应的业务管理工作内容，搭建基于Skyline 三维数字地球平台二次开发的三维地理信息管理平台，探索其在精准扶贫与乡村振兴工作中的应用，可见本文相关技术较传统管理系统呈现内容更直观、更丰富，显著提高了相关管理工作的效率，降低了作业成本。随着多源遥感与三维GIS的技术发展，以及新时期对产业数字化转型的要求，三维GIS与多源遥感成果在各行业的应用势必会越来越多，更多行业的管理工作将实现二维向三维、单一数据到多源数据的转变。