浅谈自然资源三维可视化研究与应用

周军元，苏勤龙，刘威，胡欢，万建桥

（1.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

十八大期间，习近平总书记把生态文明上升到中华民族伟大复兴和永续发展的战略高度。面对生态文明建设背景下的自然资源管理需求，必须建立一个集中管理、安全规范和全面服务的三维可视化展示与分析平台，统一解决自然资源调查、确权和国土空间用途管控等问题，为自然资源管理工作提供信息化手段，有利于统筹协调全省自然资源开发利用与权益保护和环境保护，并将大幅提升管理效能。

多位学者在三维可视化研究方面进行了大量的探索，如宋春凤[1]、李清泉[2]、张文元[3]、蒋文杰[4]、蓝青[5]等开展了基于地下综合管网信息的三维可视化研究，为给排水管网的基础建设、长效管理与实时维护提供了十分重要的依据；陈诚[6]针对深基坑监测信息和三维可视化展开了深入研究，建立了集深基坑监测信息管理和可视化于一体的管理系统；许捍卫[7]、张奇[8]、王穆一雄[9]等在城市三维和校园三维管理方面进行了研究，对空间三维可视化和空间分析进行了深入探索；还有一些学者针对地形三维开展了相关研究，但总体而言，涉及自然资源管理的三维可视化研究较少。

湖北省自然资源三维可视化研究，通过收集、整合地理信息数据和重点自然资源数据，开发与搭建数据展示平台，挖掘典型应用案例，模拟自然资源在地理空间下的真实情况，还原自然资源的实际状况，助力自然资源管理维度升级，更好地开展自然资源调查监测、规划管控、开发利用、保护监管、生态修复、灾害防治、执法监察等工作，为山水林田湖草自然资源三维空间一体化管理、精细化管理、科学化决策、现代化规划、立体化利用提供有力的基底数据和技术支持。

1 研究方案

本文采用三维地理信息架构设计，利用已有的硬件设施与环境，采用B/S架构模式，整合基础地理空间信息数据、结合自然资源业务数据，利用基于Windows的PC端、基于Android的PAD端三维可视化软件进行定制化开发，实现了湖北省地形地貌的三维可视化展示、分析与管理。研究方案的技术流程为：①收集全省已有基础地理信息数据、自然资源业务数据、地理国情普查与监测数据、数字城市数据等，编写研究方案；②将不同坐标不同格式的原始数据整合为数据格式相同、同一坐标系的数据，经过保密处理后，上传至互联网使用；③配置服务器环境和网络环境，利用ArcGIS Pro软件进行总体平台架构设计与搭建，包括用户体系、开发模式、应用模式、系统维护、出错处理、系统安全等方面；④结合平台数据架构，将整合脱密后的数据分类按目录存储至文件夹或GDB数据库的数据集中，并建立对应的三维配图工程，调整要素的符号样式和显示尺度，形成平台可直接加载使用的数据工程；⑤数据服务发布主要包括数据制图、地图服务发布和服务缓存制作3个步骤，便于提高Web端调用效率；⑥平台测试，整理上交案例和成果，如图1所示。

图1 研究方案的技术流程图

2 应用案例与效益分析

湖北省自然资源三维可视化研究为自然资源管理工作提供了信息化手段，大幅提升了职能部门的管理效能。

2.1 生态环境监测

自然资源的管理职责包括生态环境整体保护、系统修复、综合治理等方面，结合三维可视化技术，可综合提高矿山生态修复、码头治理以及重点湖泊水库生态恢复等项目的监测水平。在矿山生态修复项目中，通过三维场景，以不同年份遥感影像分屏展示的形式，准实时展现矿山生态修复应用案例的开发、变迁、修复等变化场景。在三维地图场景中点击该地块生态修复应用案例的范围标记，即可弹出该区域生态修复信息展示窗口，显示生态修复的详细信息，如图2所示。通过加载2020年最新的遥感影像数据，可动态监测生态修复成果和现状，减少野外巡查工作量，杜绝人为主观因素的影响。

图2 生态环境监测案例

2.2 城市发展动态研究

城市的发展离不开政府的行政决策，生物城、科技城、产业园、保税区等区域规划建设将占领城市发展前进的制高点，必须从贸易便利化、投资自由化、行政体制创新、科技体制创新、金融制度创新、服务业扩大开放、网上税收政策等方面开展先行先试工作。武汉市的光谷自贸区立足中部，将努力成为全面改革开放的试验田和内陆对外开放的新高地，动态研究其发展过程，将起到较好的示范作用。在三维地图场景中，点击光谷自贸区应用案例的范围标记，将实时展示光谷自贸区应用案例的空间位置和覆盖范围；点击时序影像对比按钮，则在新窗口中以不同年份影像分屏展示的形式呈现光谷自贸区应用案例的开发变迁情况（图3）。对比历年影像发现，自贸区正在逐步施工建设，其对周边道路建设、房产布局、生态绿化具有促进作用，直接带动了当地经济的迅猛发展。

图3 光谷自贸区现状展示

2.3 重点工程建设

机场、港口、铁路、高速公路等重点工程建设速度将客观决定区域发展的快慢程度，建设过程中涉及规划、拆迁、土地整理、建设等多个环节。在三维地图场景中，点击加载其中一项（如鄂东机场）按钮后，将立即展示重点工程的空间位置和覆盖范围，还可显示其详细信息；点击时序影像对比按钮，则在新窗口中以不同年份影像分屏展示的形式呈现鄂东机场建设不同阶段的发展变迁情况（图4）。在项目进展的关键时期，还可采用无人机不定期获取其遥感影像数据，回传、加载至三维可视化平台后，直接供政府部门实施动态决策，提高机场建设速度。

图4 鄂东机场建设进度图

2.4 地质灾害防治

近年来地质灾害时有发生，严重损害了人民生命财产安全，因此降低地质灾害隐患问题迫在眉睫。地质灾害的发生与区域地理位置、地形状况以及地质环境息息相关，通过三维可视化平台展示省内近年典型滑坡泥石流灾害情况，可为地质灾害防治打下基础。湖北省某地地质灾害点分布和单个地灾点范围如图5所示。该地灾点经调查、勘察和科研后确认其属于大型岩质古滑坡，规模巨大、成因复杂、危害严重，得到各级政府的高度重视。在三维地图场景中，点击加载按钮，则能立体展示该滑坡体应用案例的空间位置和覆盖范围，可为地灾防治部门掌握和制定应对措施提供决策辅助依据，合理推动社会经济与生态环境的和谐发展。

图5 地质灾害防治点

3 结语

在生态文明建设的大背景下，自然资源管理工作由二维系统升级为三维系统，可有效提升自然资源调查、确权和国土空间用途管控等综合管理效能。本文通过整合二维地理信息数据向三维GIS转变，生动、形象地再现了湖北省地形地貌、重点自然资源分布情况，实现了自然资源和人文社会资源的统筹分析。本文在一定程度上搭建了自然资源数据整合和可视化展示的基础框架，结合典型应用案例，揭示了研究成果在生态保护、生态治理和修复、城市发展等领域的应用价值。后期将结合自然资源管理具体要求，在现有研究的基础上添加自然资源管理数据的属性要素，完善管理功能，继续提升研究平台的实用性，努力实现湖北省自然资源全方位管理的高效性。