智慧乡村背景下的数字化形态管理体系建设方案

文｜北京城市学院 安逸飞 刘钊 史金鹭 胡一阳

引言

通过利用无人机激光雷达、地基激光雷达、无人机摄影测量等先进手段对乡村进行数据采集，通过利用激光雷达扫描、无人机摄影测量相结合的方式与传统测绘进行数据对比，结合不同阶段的数据成果，建立起一套高效、可视化、智能化的数字化乡村形态管理体系，传统乡村测绘方式相对老旧，展示形式单一，没有突出的展示亮点且相对数据精确度有待提高，所以现在需要研究出一种相对多元化展示且数据更加精确的数字库平台体系，通过多种先进方式对乡村形态进行采集分析，从而解决基本的乡村管理问题难点。

一、绪论

（一）研究的背景

图 1 乡村数据建设思维导图

2017年10月18日第十九届人民代表大会提出了“乡村振兴战略”，加快农业农村现代化管理体系建设也成为了乡村振兴战略的重要一环，对乡村形态的研究有利于推动乡村振兴战略的执行和乡村形态空间发展的科学指导，从而可以更加智能的对乡村土地利用与村镇改造和用地检测建立行而有效的数字化体系。贯彻我国乡村振兴战略，加快数字化形态管理体系建设，提升乡村土地管理效率，增强乡村数字化管理质量是推动美丽乡村有序建设，提升乡村人居环境建设和提高村民幸福感的重要条件，在时间层面根据《国民经济和社会发展十三五规划》中提到巩固郊区科学发展排头兵地位，就是对此次研究体系建设的应用之处，也是提升乡村智能化管理与数字化建设的必经之路。

（二）研究的意义

但是乡村管理尤其是乡村土地与安全管理存在着很多的问题以及难点，首先就是村内村民之间由于测算问题传统，或者地形地貌相对复杂导致无法对村内村民之间土地范围以及土地面积进行精确测量导致容易产生土地纠纷，其次就是村内部分村民会有私搭乱建的情况产生，也会有在翻盖房屋时自发圈地的现象出现。

同时由于相对隐蔽或是其他原因不利于具有时效性的监督与管理容易造成安全隐患也不利于乡村风貌统一管理。还有就是村内道路尤其是丘陵山地地区道路复杂，如遇到安全抢修、火灾救援等情况很容易由于对道路复杂性的不可知判断造成道路堵塞或者滞留，最终导致抢救不及时造成人员伤亡或财产损失。当然村内防火安全管理以及疏散管理也是乡村管理的一大问题，乡村相对道路宽窄不一，部分村镇电线外露，在没有做好安全评估的时候容易造成火灾等安全隐患。所以综上所述建立一个行而有效的数字化乡村形态管理体系是十分重要的。

二、体系建设研究

（一）乡村数据库数据采集调查

在建立一个行而有效的数字化乡村形态管理体系所需的数据是多方面的，主要分为以下三个方面，第一就是数据采集端的数据，为了对乡村形态数据进行获取与采集。第二就是内业处理部分，对前端外业获取的数据进行内业处理，将外业数据进行整合，并利用内业的软件系统进行数据库的建立。第三就是应用部分，将获取的外业以及分析处理好的内业数据进行可视化处理以及应用型分析，提取行而有效的前端成果数据建立起一套智能化、高效化、可视化的数字化乡村形态管理体系就可以对目前大部分棘手的乡村管理难点进行解决。

（二）检测违建解决方案

针对乡村私搭乱建现象的管理，可以通过利用无人机倾斜摄影技术结合地理信息科学技术的方式对乡村村域内进行多角度倾斜摄影，同时保证纵向与旁向的扫描重叠率都大于80%，再利用Context Capture等三维建模软件对无人机航拍的数据进行三维建模，同时在建模的过程中将无人机在每处的无人机陀螺仪XYZ 轴数据以及所在拍摄点获取的经度纬度高程数据进行耦合，从而获取到一个完整的全村域可测绘的三维实体模型，并且定期对村域进行此类倾斜摄影扫描工作，对比每次村域模型中地表建筑的样式与体积，从而可以行而有效的对乡村私搭乱建现象进行监控，从而可以做到监控发现一件处理一件，杜绝村民私搭乱建现象。

（三）土地测算解决方案

图2 乡村数据正射矢量图

图3 三维模型测算数据展示图

图4 三维模型面积数据展示图

针对乡村由于地形地貌或者是测绘相对传统等原因无法对土地面积以及边界进行行而有效的划分从而造成不必要的纠纷等问题，可以利用多旋翼无人机搭载高清相机以及机载激光雷达的方式对全村域进行不同扫描高度下的多层次高精度扫描。其中利用无人机搭载高精度相机的目的是获取到村域内的高清照片，与卫星图相比更加清晰并且由于无人机自带的定位系统可以保证每张相片都自带矢量数据，可以进行实体测绘从而达到高精度摄影测量的目的。其次由于乡村植被茂密数量众多，所以通过无人机搭载激光雷达的方式可以对乡村的树木进行单木分割，并利用软件对植被进行提取与删除，规避由于植被遮挡导致的数据缺失，从而绘制出高精度可测绘，并且测绘精度提高到厘米级别的矢量数据，附加上地形数据以及地表建筑数据。利用该方式处理的数据可以极大的提高土地测绘划归以及土地边界确定等实际问题的应用。从而解决乡村土地边界划分的问题，并且可以定期对乡村村域以及乡村建设用地。

图5 三维模型网格数据展示图

图6 无人机全景数据展示图

（四）乡村道路测算解决方案

还有就是对乡村安全尤其是乡村道路以及乡村路网识别的管理进行的解决方案，主要是通过无人机搭载全景相机的方式在乡村道路各个主次路口进行全景拍摄，利用全景相机以及无人机这一载具的拍摄特点可以利用内业全景制作软件进行数据整合，并通过添加路线导览的方式制作出类似全景地图的云端全景地图，利于对乡村形态的查看以及管理同时利用地基激光雷达对街区进行实地扫描，获取到精度为毫米级别的高精度模型，从而对乡村路网的测算管理提供基础数据，为建立行而有效的乡村数据管理平台提供高精度测算数据。

三、结语

空间数据的获取与应用快速高效，在此次研究中主要利用无人机、单反相机以及FARO 激光雷达等先进测绘设备以及三维建模技术对乡村形态进行数据库整理，并利用其研究成果总结出一套更适用于当今乡村管理方法，在行而有效的解决大量乡村管理问题的同时对乡村数字化体系建设提出了重要方式方法，为后期乡村管理智能化高效管理提供了支持。