文｜北京城市學(xué)院 安逸飛 劉釗 史金鷺 胡一陽(yáng)

引言

通過(guò)利用無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)、地基激光雷達(dá)、無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量等先進(jìn)手段對(duì)鄉(xiāng)村進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)利用激光雷達(dá)掃描、無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量相結(jié)合的方式與傳統(tǒng)測(cè)繪進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合不同階段的數(shù)據(jù)成果，建立起一套高效、可視化、智能化的數(shù)字化鄉(xiāng)村形態(tài)管理體系，傳統(tǒng)鄉(xiāng)村測(cè)繪方式相對(duì)老舊，展示形式單一，沒(méi)有突出的展示亮點(diǎn)且相對(duì)數(shù)據(jù)精確度有待提高，所以現(xiàn)在需要研究出一種相對(duì)多元化展示且數(shù)據(jù)更加精確的數(shù)字庫(kù)平臺(tái)體系，通過(guò)多種先進(jìn)方式對(duì)鄉(xiāng)村形態(tài)進(jìn)行采集分析，從而解決基本的鄉(xiāng)村管理問(wèn)題難點(diǎn)。

一、緒論

（一）研究的背景

圖 1 鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)建設(shè)思維導(dǎo)圖

2017年10月18日第十九屆人民代表大會(huì)提出了“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”，加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化管理體系建設(shè)也成為了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要一環(huán)，對(duì)鄉(xiāng)村形態(tài)的研究有利于推動(dòng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的執(zhí)行和鄉(xiāng)村形態(tài)空間發(fā)展的科學(xué)指導(dǎo)，從而可以更加智能的對(duì)鄉(xiāng)村土地利用與村鎮(zhèn)改造和用地檢測(cè)建立行而有效的數(shù)字化體系。貫徹我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，加快數(shù)字化形態(tài)管理體系建設(shè)，提升鄉(xiāng)村土地管理效率，增強(qiáng)鄉(xiāng)村數(shù)字化管理質(zhì)量是推動(dòng)美麗鄉(xiāng)村有序建設(shè)，提升鄉(xiāng)村人居環(huán)境建設(shè)和提高村民幸福感的重要條件，在時(shí)間層面根據(jù)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十三五規(guī)劃》中提到鞏固郊區(qū)科學(xué)發(fā)展排頭兵地位，就是對(duì)此次研究體系建設(shè)的應(yīng)用之處，也是提升鄉(xiāng)村智能化管理與數(shù)字化建設(shè)的必經(jīng)之路。

（二）研究的意義

但是鄉(xiāng)村管理尤其是鄉(xiāng)村土地與安全管理存在著很多的問(wèn)題以及難點(diǎn)，首先就是村內(nèi)村民之間由于測(cè)算問(wèn)題傳統(tǒng)，或者地形地貌相對(duì)復(fù)雜導(dǎo)致無(wú)法對(duì)村內(nèi)村民之間土地范圍以及土地面積進(jìn)行精確測(cè)量導(dǎo)致容易產(chǎn)生土地糾紛，其次就是村內(nèi)部分村民會(huì)有私搭亂建的情況產(chǎn)生，也會(huì)有在翻蓋房屋時(shí)自發(fā)圈地的現(xiàn)象出現(xiàn)。

同時(shí)由于相對(duì)隱蔽或是其他原因不利于具有時(shí)效性的監(jiān)督與管理容易造成安全隱患也不利于鄉(xiāng)村風(fēng)貌統(tǒng)一管理。還有就是村內(nèi)道路尤其是丘陵山地地區(qū)道路復(fù)雜，如遇到安全搶修、火災(zāi)救援等情況很容易由于對(duì)道路復(fù)雜性的不可知判斷造成道路堵塞或者滯留，最終導(dǎo)致?lián)尵炔患皶r(shí)造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)然村內(nèi)防火安全管理以及疏散管理也是鄉(xiāng)村管理的一大問(wèn)題，鄉(xiāng)村相對(duì)道路寬窄不一，部分村鎮(zhèn)電線(xiàn)外露，在沒(méi)有做好安全評(píng)估的時(shí)候容易造成火災(zāi)等安全隱患。所以綜上所述建立一個(gè)行而有效的數(shù)字化鄉(xiāng)村形態(tài)管理體系是十分重要的。

二、體系建設(shè)研究

（一）鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集調(diào)查

在建立一個(gè)行而有效的數(shù)字化鄉(xiāng)村形態(tài)管理體系所需的數(shù)據(jù)是多方面的，主要分為以下三個(gè)方面，第一就是數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)，為了對(duì)鄉(xiāng)村形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取與采集。第二就是內(nèi)業(yè)處理部分，對(duì)前端外業(yè)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，將外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并利用內(nèi)業(yè)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。第三就是應(yīng)用部分，將獲取的外業(yè)以及分析處理好的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理以及應(yīng)用型分析，提取行而有效的前端成果數(shù)據(jù)建立起一套智能化、高效化、可視化的數(shù)字化鄉(xiāng)村形態(tài)管理體系就可以對(duì)目前大部分棘手的鄉(xiāng)村管理難點(diǎn)進(jìn)行解決。

（二）檢測(cè)違建解決方案

針對(duì)鄉(xiāng)村私搭亂建現(xiàn)象的管理，可以通過(guò)利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)結(jié)合地理信息科學(xué)技術(shù)的方式對(duì)鄉(xiāng)村村域內(nèi)進(jìn)行多角度傾斜攝影，同時(shí)保證縱向與旁向的掃描重疊率都大于80%，再利用Context Capture等三維建模軟件對(duì)無(wú)人機(jī)航拍的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，同時(shí)在建模的過(guò)程中將無(wú)人機(jī)在每處的無(wú)人機(jī)陀螺儀XYZ 軸數(shù)據(jù)以及所在拍攝點(diǎn)獲取的經(jīng)度緯度高程數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，從而獲取到一個(gè)完整的全村域可測(cè)繪的三維實(shí)體模型，并且定期對(duì)村域進(jìn)行此類(lèi)傾斜攝影掃描工作，對(duì)比每次村域模型中地表建筑的樣式與體積，從而可以行而有效的對(duì)鄉(xiāng)村私搭亂建現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控，從而可以做到監(jiān)控發(fā)現(xiàn)一件處理一件，杜絕村民私搭亂建現(xiàn)象。

（三）土地測(cè)算解決方案

圖2 鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)正射矢量圖

圖3 三維模型測(cè)算數(shù)據(jù)展示圖

圖4 三維模型面積數(shù)據(jù)展示圖

針對(duì)鄉(xiāng)村由于地形地貌或者是測(cè)繪相對(duì)傳統(tǒng)等原因無(wú)法對(duì)土地面積以及邊界進(jìn)行行而有效的劃分從而造成不必要的糾紛等問(wèn)題，可以利用多旋翼無(wú)人機(jī)搭載高清相機(jī)以及機(jī)載激光雷達(dá)的方式對(duì)全村域進(jìn)行不同掃描高度下的多層次高精度掃描。其中利用無(wú)人機(jī)搭載高精度相機(jī)的目的是獲取到村域內(nèi)的高清照片，與衛(wèi)星圖相比更加清晰并且由于無(wú)人機(jī)自帶的定位系統(tǒng)可以保證每張相片都自帶矢量數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行實(shí)體測(cè)繪從而達(dá)到高精度攝影測(cè)量的目的。其次由于鄉(xiāng)村植被茂密數(shù)量眾多，所以通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)的方式可以對(duì)鄉(xiāng)村的樹(shù)木進(jìn)行單木分割，并利用軟件對(duì)植被進(jìn)行提取與刪除，規(guī)避由于植被遮擋導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失，從而繪制出高精度可測(cè)繪，并且測(cè)繪精度提高到厘米級(jí)別的矢量數(shù)據(jù)，附加上地形數(shù)據(jù)以及地表建筑數(shù)據(jù)。利用該方式處理的數(shù)據(jù)可以極大的提高土地測(cè)繪劃歸以及土地邊界確定等實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用。從而解決鄉(xiāng)村土地邊界劃分的問(wèn)題，并且可以定期對(duì)鄉(xiāng)村村域以及鄉(xiāng)村建設(shè)用地。

圖5 三維模型網(wǎng)格數(shù)據(jù)展示圖

圖6 無(wú)人機(jī)全景數(shù)據(jù)展示圖

（四）鄉(xiāng)村道路測(cè)算解決方案

還有就是對(duì)鄉(xiāng)村安全尤其是鄉(xiāng)村道路以及鄉(xiāng)村路網(wǎng)識(shí)別的管理進(jìn)行的解決方案，主要是通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載全景相機(jī)的方式在鄉(xiāng)村道路各個(gè)主次路口進(jìn)行全景拍攝，利用全景相機(jī)以及無(wú)人機(jī)這一載具的拍攝特點(diǎn)可以利用內(nèi)業(yè)全景制作軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，并通過(guò)添加路線(xiàn)導(dǎo)覽的方式制作出類(lèi)似全景地圖的云端全景地圖，利于對(duì)鄉(xiāng)村形態(tài)的查看以及管理同時(shí)利用地基激光雷達(dá)對(duì)街區(qū)進(jìn)行實(shí)地掃描，獲取到精度為毫米級(jí)別的高精度模型，從而對(duì)鄉(xiāng)村路網(wǎng)的測(cè)算管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為建立行而有效的鄉(xiāng)村數(shù)據(jù)管理平臺(tái)提供高精度測(cè)算數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語(yǔ)

空間數(shù)據(jù)的獲取與應(yīng)用快速高效，在此次研究中主要利用無(wú)人機(jī)、單反相機(jī)以及FARO 激光雷達(dá)等先進(jìn)測(cè)繪設(shè)備以及三維建模技術(shù)對(duì)鄉(xiāng)村形態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)整理，并利用其研究成果總結(jié)出一套更適用于當(dāng)今鄉(xiāng)村管理方法，在行而有效的解決大量鄉(xiāng)村管理問(wèn)題的同時(shí)對(duì)鄉(xiāng)村數(shù)字化體系建設(shè)提出了重要方式方法，為后期鄉(xiāng)村管理智能化高效管理提供了支持。