三维地理信息支持下的古镇运营平台设计与实现——以长寿古镇为例

卢建洪 刘洪波 安丽超 潘小旋 贾 雯 袁 月

(1. 重庆市地理信息和遥感应用中心, 重庆 401121;2. 自然资源部国土空间规划监测评估预警重点实验室, 重庆 401121)

0 引言

宁静悠闲、民风淳朴、文化底蕴深厚的古镇承载着许多人的乡愁,它带给人们的是岁月的痕迹、人情的温暖、悠长的记忆。古镇是典型的民族村镇,在旅游资源开放的同时,也极大地影响着居民的日常生活。在乡村振兴和全域旅游的大背景下,古镇的保护和开发迎来了大好时机[1]。重庆市长寿古镇旅游风景区为国家旅游局批准的国家4A级旅游风景区,长寿古镇以巴渝文化、福寿文化为基础,按季度划分四大主题节庆活动的人文古镇。古镇每季一大节、每月一小节、周周有活动、天天有看点,吸引着国内外游客的青睐[2-3]。近年来,随着经济发展较快,居民生活生平不断改善,居民对住区服务内容的需求不断增加,对服务质量的要求也在不断提高。同时,在城镇化背景下,相关部门投入大量资金进行民居修缮保护整治、基础设施改造等规划建设项目,规划建设管理成为住区管理中的重要内容。

古镇的发展,需从扩大招商引资,增进配套设施建设,强化交通通达性等方面努力,提升古镇知名度,同时充分考虑和保障居民日常生活。更重要的是,要不断提高古镇管理水平,强化古镇智慧化管理[4-5]。但是,纵观长寿古镇目前的管理,主要存在旅游开发与居民居住关系不平衡、信息资源开发利用滞后、信息服务缺乏有效机制等问题,不同程度地影响着住区建设及管理过程,影响着住区居民居住质量。

为此,本文提出了建设基于三维地理信息技术建设古镇的运营平台。在充分利用长寿区时空信息云平台基础上,通过布设各类传感设备,构建一体化的运营管理平台,对管理和服务所需要的各类信息进行整合分析、集成应用,为管理者提供决策依据,为居民提供有效服务,全面提升古镇运营水平[6-7]。

1 平台总体设计

古镇可视化运营平台是面向长寿古镇监督管理的三维可视化管理平台[8-10],依托长寿区时空信息云平台,建立智慧古镇运营数据库,实现对试点区域基础设施、视频监控信息查询分析,对人口分布、流动信息、环境监测信息、市场环境进行深入的挖掘分析,构建智慧古镇运营平台。便于政府管理人员及业务人员从宏观层面了解古镇人口动态、交通状况、市场环境、市政基础设施状况,为古镇发展、规划部署、社会治安、民生服务提供信息支撑。

1.1 平台总体架构

古镇运营平台总体架构如图1所示。

图1 古镇运营平台总体架构图

1.1.1 基础平台设施层

基础平台设施层主要包括感知层和平台层,感知层主要包含对周围环境数据采集的IoT 智能硬件设备包括视频监控、WIFI探针、空气污染监测、人流监测、全球定位系统(global positioning system,GPS)等,负责专项基础数据的采集。平台层负责将采集的数据汇集到智慧长寿时空信息云平台,实现与古镇运营平台数据库进行交换共享。

1.1.2 数据层

数据层按数据类型分为静态数据和动态数据。静态数据主要包含有长寿古镇地区地理信息系统(geographic information system,GIS)数据、斜拍模型数据、计算机辅助设计数据(computer aided design,CAD),以及经纬定位数据、三维真实场景模型、三维场景白模。动态数据主要包括长寿现场停车场数据、实时人流数据、实时摄像头数据、实时环境监测数据、实时天气数据、保安人员数据、商户数据以及经过处理后的统计数据。

1.1.3 服务层

服务层主要是在古镇运营平台数据库基础上,进行数据分析,对外提供各项功能服务,包括运营中心、人流分析、智慧停车、环境监测、智慧安保等服务。

1.1.4 应用层

应用层为用户使用服务层,是负责人机交互、数据场景呈现的最终应用管理端,支持多种应用环境,包括面向管理人员的智慧古镇运营中心、面向工作人员的巡查APP 、面向游客的微信公众号。

1.2 关键技术

1.2.1 三维虚拟现实技术

针对互联网环境下大规模复杂城市场景三维可视化的数据调度效率不高、视觉一致性差等问题,构建了基于网络图形库(Web graphics library,WebGL)的海量实景空间GIS数据网络轻量可视化方法以及支持自适应多样化终端上的场景适应性分析算法,实现了任务驱动的三维场景高效展示与模拟分析,通过该技术,综合利用GIS数据信息技术、倾斜摄影技术、虚拟图形引擎技术,实现了高效率、高精度、智能化生成实景+模拟场景,为智慧古镇三维模型的快速构建、场景渲染、终端调用提供了技术支撑[11-12]。

1.2.2 物联网接入技术

物联网数据接入(图2)包括原始数据接入和中间数据接入两种[13],采用基于MCS-51的CAN/LIN网关设计[12],使用通信协议TCP/IP、HTTP以及轻量级通信协议消息队列遥测传输协议(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT),支持JSON数据格式协议实现数据传输。其中,原始数据接入指通过GPS、RFID、3G/4G无线网络接收传感器的原始数据,实现对原始数据的实时接入。中间数据接入是指通过与物联网应用级系统进行对接,实现对已有中间数据的实时接入。

数据整合是根据数据原始情况、数据使用方式,制定不同的整合处理规则,完成数据格式转换、数据清洗过滤及数据融合。将各类接入数据按照相应的格式解析后,通过将前置规则引擎与后置规则引擎按一定规则进行整合,并存储到物联网数据库中。数据以接口的形式进行对外发布,提供服务能力。

图2 物联网接入技术

1.2.3 实时流数据采集存储技术

在针对古镇的监测中,涉及海量人流的手机信令数据以及传感器检测设备数据。这些数据上报频率快,数据实时要求高,监测设备及手机信令实时数据流完整及时的采集和存储是物联网监测的关键。针对海量实时数据流采集存储,构建基于开源流处理平台(apache kafka,Kafka)和Elasticsearch分布式搜索服务器的监测数据采集存储体系[14],利用Kafka分布式消息队列机制,提供高吞吐率、低延迟、高并发能力保障监测数据的快速接收;同时依据Elasticsearch,提供监测数据分布式集群存储能力,支持海量监测数据的快速查询和分析。实现了海量监测数据实时接收,并行入库,快速检索。

2 平台实现

平台使用倾斜摄影和二维地理信息数据,通过半自动化过程生成较为逼真的模型,构建古镇虚拟三维场景。通过接入视频监控数据、人流分布数据、商铺数据、停车数据、环境监测数据,在三维场景中进行可视化表达,构建古镇运营平台,实现人流监测、智慧停车、环境监测等模块,有效提高景区监管能力[15-16]，见图3。

图3 智慧古镇可视化运营平台

2.1 传感设备布设方案

根据实际业务需求,古镇运营平台选定部署WIFI探针、噪音监测、气象监测、红外传感监测等设备。经过对古镇景区的实地勘察,结合景区的实际情况及各类物联网设备的技术特点,制定布设方案,分类布设WIFI探针微服务器、噪音监测、空气监测、红外报警监测等设备。

2.2 平台功能模块

2.2.1 营运中心首页

首页综合展示人流采集,智慧停车,环境监测,智慧安保的重点数据,是古镇运营平台的总览页面,管理员可以在此页面快速获得古镇概要信息,掌握古镇运行情况。通过消息提示面板的实时刷新,对安保、环境监测的报警信息进行实时更新。管理员可以查看报警信息所涉及的事件详情和发生地点。通过统计图表的形式展示景区游客总量、天气状况、各停车场概况和安保概况。

2.2.2 人流采集

人流界面主要展示实时人流信息、实时视频监控信息、景点人流数据以及景区热力图四大模块数据。

2.2.3 智能停车

智能停车板块主要展示长寿古镇七个主要停车场的当日访客车辆总数,平均停留时间,停车场总车位使用率,以及不同时段的使用情况等数据。

2.2.4 环境监测

环境监测板块主要展示长寿古镇天气信息以及各类环境监测数据信息,包括空气监测、水质监测、噪音监测等数据。

2.2.5 智能安保

智能安保板块主要展示安保人员基本信息以及安保巡逻打卡信息,在各类监测设备异常时,能够自动接收报警,接收保安上传的打卡记录和预警信息,实现对古镇区域的各种信息及时掌握与安保调度。

3 结束语

本研究以长寿古镇为例,综合应用物联网、5G网络、三维地理信息等技术,构建智慧古镇运营平台,完成人流量采集、噪音监测、气象监测、红外监测等物联网设备布设与系统集成工作,将古镇运行数据集中在三维场景中,以可视化的方式进行展示和表达,便于古镇管理者快速掌握古镇运行态势。相对于传统管理方式,这种智慧化的运营平台管理方式,更加节约管理成本,极大地提升了古镇管理水平、运营水平。