農(nóng)村居民點(diǎn)空間大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方法研究

孫帥，王彪 （北方工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100144）

農(nóng)村居民點(diǎn)空間大數(shù)據(jù)是基于云計(jì)算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的建筑、規(guī)劃、風(fēng)景園林專業(yè)的一次跨學(xué)科深度交叉實(shí)踐。大數(shù)據(jù)平臺可以將數(shù)據(jù)有條不紊地組織起來，梳理清晰脈絡(luò)之后，通過可視化的村落3D模型平臺將農(nóng)村居民點(diǎn)建筑空間環(huán)境向農(nóng)民、游客、管理者、研究者等展示出來。其本質(zhì)是充分發(fā)掘海量空間數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在規(guī)律，并進(jìn)行通俗易懂的直觀展示。其未來的應(yīng)用潛力在于，通過自動識別技術(shù)，將這些“可視化3D模型”進(jìn)行不同地理空間進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，不同時(shí)間段進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，從而激發(fā)海量數(shù)據(jù)的潛能。

1 農(nóng)村居民點(diǎn)空間大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建要點(diǎn)

充分利用低空無人機(jī)測繪技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢，在研究試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)建立涵蓋整個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)及其周邊自然環(huán)境的“可視化的村落3D模型”。為農(nóng)村居民點(diǎn)規(guī)劃、保護(hù)、管理提供運(yùn)行高效、溝通便利、準(zhǔn)確真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。真正實(shí)現(xiàn)對農(nóng)村居民點(diǎn)不同海拔、不同地貌條件、不同交通狀況、地質(zhì)災(zāi)害等的空間分布特征的定量分析,更加真實(shí)地反映農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征，為未來的政策制定和后續(xù)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

確立符合農(nóng)村居民點(diǎn)現(xiàn)實(shí)狀況和需要的，農(nóng)村居民點(diǎn)空間“可視化的村落3D模型”的組成結(jié)構(gòu)及運(yùn)算流程，拓展空間大數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)，優(yōu)化空間大數(shù)據(jù)的處理、分析技術(shù)，提升空間大數(shù)據(jù)的智能性、可操作性。發(fā)揮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)智能化、數(shù)據(jù)處理自動化、數(shù)據(jù)輸出可視化的技術(shù)優(yōu)勢。運(yùn)用最新的空間大數(shù)據(jù)的處理分析技術(shù)，揭示農(nóng)村居民點(diǎn)空間變化的發(fā)展規(guī)律和推動因子。依靠并拓展 PIX4DMAPPER、Smart3D、Oracle、SQLServer等具備空間拓?fù)潢P(guān)系的智能建模軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，提升數(shù)據(jù)庫（鏈）的自動化水平、運(yùn)行速率和專業(yè)精度，保證大數(shù)據(jù)的“大”，確保大數(shù)據(jù)的“真”。按照不同因素，如地形地貌狀況、公路交通便利度、河流水源充足度、地質(zhì)災(zāi)害、區(qū)位、發(fā)展現(xiàn)狀以及城市化進(jìn)程程度等，對農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布布局的影響，利用相關(guān)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和邏輯運(yùn)算。

低空無人機(jī)實(shí)景建模測繪與傳統(tǒng)地面人工調(diào)研測繪相結(jié)合，確保農(nóng)村居民點(diǎn)空間大數(shù)據(jù)來源的多樣性。在同一村落，同時(shí)開展無人機(jī)測繪與傳統(tǒng)人工調(diào)研測繪，讓兩套數(shù)據(jù)互相印證達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)，通過確保大數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,確保農(nóng)村居民點(diǎn)空間大數(shù)據(jù)平臺的實(shí)用性。低空無人機(jī)可以從俯視角度較全面地收集農(nóng)村居民點(diǎn)整體空間特征數(shù)據(jù)，受地形因素制約較少，數(shù)據(jù)收集效率高。傳統(tǒng)地面人工調(diào)研從人視角度收集農(nóng)村居民點(diǎn)細(xì)部空間信息，可以補(bǔ)充空中拍攝受遮擋的細(xì)部空間與室內(nèi)空間。

2 為管理者實(shí)現(xiàn)“規(guī)劃落地”

從管理者的角度來看管理隊(duì)伍人力資源不足、規(guī)劃趕不上變化、規(guī)劃停留在圖紙上、使用者真實(shí)的需求被理論研究的條條框框掩蓋，是當(dāng)前我國農(nóng)村居民點(diǎn)空間規(guī)劃管理工作面臨的現(xiàn)實(shí)難題。農(nóng)村居民點(diǎn)空間管理的大數(shù)據(jù)時(shí)代的重要標(biāo)志是,采用現(xiàn)代信息技術(shù)手段,利用空間大數(shù)據(jù)平臺對農(nóng)村居民點(diǎn)的本體空間包括建筑狀況、用地性質(zhì)、空間分布等，周邊環(huán)境包括地形狀況、植被狀況、生態(tài)狀況等進(jìn)行周期性、系統(tǒng)性、及時(shí)性和科學(xué)性地觀察、識別和統(tǒng)計(jì)，并利用空間大數(shù)據(jù)平臺的相關(guān)3D建模軟件對農(nóng)村居民點(diǎn)及其周邊自然環(huán)境進(jìn)行空間模擬。如圖在“可視化的村落3D模型平臺”中，單體建筑物的形體、色彩、材質(zhì)、風(fēng)貌，整個(gè)村落建筑物的分布形態(tài)、道路分布、與周邊地形關(guān)系等空間信息，可以通過360度的空間模型一目了然地展現(xiàn)出來，而不是單一角度的航拍照片。

這些反映了真實(shí)空間形態(tài)、尺度和紋理的3D空間模型，是未來管理者、規(guī)劃者的工作對象。這正是未來實(shí)現(xiàn)“規(guī)劃落地”的重要基礎(chǔ)和操作平臺，這個(gè)“地”就是“可視化的村落3D模型平臺”，可以有效提高村莊規(guī)劃的可實(shí)施性，可以將土地利用規(guī)劃、公共項(xiàng)目實(shí)施方案、村民建房質(zhì)量和風(fēng)貌管控范例等規(guī)劃成果，以通俗易懂、直觀可見的方式展現(xiàn)出來。舉例來說，村莊的水電路氣房等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃可以在“可視化的村落3D模型平臺”中模擬建模，并與現(xiàn)有村莊空間模型疊加，可以讓村民切實(shí)看到未來生產(chǎn)生活條件的提高。再舉一例，某村擁有的建筑物，分別在1月和6月被空間大數(shù)據(jù)平臺測繪并建模，通過比較兩次模型的變化，管理者即可發(fā)現(xiàn)這些建筑物是否存在加建、改建、拆除等行為。

我國計(jì)劃”到2020年全國農(nóng)村居民住房、飲水和出行等基本生活條件明顯改善，人居環(huán)境基本實(shí)現(xiàn)干凈、整潔、便捷，建成一批各具特色的美麗宜居村莊”，這就需要規(guī)劃先行，分類指導(dǎo)農(nóng)村人居環(huán)境治理。“可視化的村落3D模型平臺”可以提供科學(xué)準(zhǔn)確的中心村和一般村的布局信息、基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施的項(xiàng)目的建設(shè)信息，并通過條理清晰的邏輯區(qū)分不同區(qū)位、不同類型村莊人居環(huán)境改善的重點(diǎn)和時(shí)序?？傊浴翱梢暬拇迓?D模型”為核心的空間大數(shù)據(jù)平臺可以使得農(nóng)村地區(qū),實(shí)現(xiàn)對居民點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋管理和低成本管理；也可以對農(nóng)村居民點(diǎn)的科學(xué)管理、發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等提供更加準(zhǔn)確、直觀、實(shí)時(shí)的決策依據(jù)。依托空間大數(shù)據(jù)平臺解決農(nóng)村土地確權(quán)項(xiàng)目,其輸出的圖紙不僅分辨率高,而且可以自動識別建筑物，計(jì)算相應(yīng)建筑面積、建筑密度等數(shù)據(jù)。

3 為農(nóng)村帶來經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇

從居民的角度來看，空間大數(shù)據(jù)平臺可以提供直觀可視化的展示平臺,它不僅可以有效記錄和傳承農(nóng)村居民點(diǎn)中寶貴的建筑藝術(shù)（尤其是對那些具有歷史文化保護(hù)價(jià)值、民族文化保護(hù)價(jià)值的村落）,還可以通過空間大數(shù)據(jù)平臺與互聯(lián)網(wǎng)等新媒介結(jié)合進(jìn)行互動式文化展示和文化推廣。通過數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)等新媒介可以更好地推廣介紹農(nóng)村的旅游價(jià)值、文化價(jià)值,具體的模式有：媒體虛擬場景展示、虛擬真實(shí)互動等。通過這些方式可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)新媒介與農(nóng)村推廣推介的結(jié)合、虛擬場景與真實(shí)景觀的結(jié)合、線上互動與線下互動的結(jié)合,以此達(dá)成輻射大眾的互動性,并影響多目標(biāo)人群的參與和關(guān)注。

此外，村民們通過“可視化的村落3D模型平臺”還可以更加直觀地看到村落規(guī)劃給自己生產(chǎn)、生活環(huán)境帶來的變化，也可以直觀地看到自己的某些加建、改建行為對整個(gè)村子風(fēng)貌、周邊自然環(huán)境帶來的影響。

4 為研究者提供極大便利

農(nóng)村居民點(diǎn)的變化與分布規(guī)律，既體現(xiàn)著歷史和傳統(tǒng)的延續(xù)，也體現(xiàn)著現(xiàn)代建筑與規(guī)劃理念；既體現(xiàn)著單戶居民生活空間的需求變化，也體現(xiàn)著這個(gè)村落的發(fā)展需求；既體現(xiàn)著社會經(jīng)濟(jì)因素的影響（如經(jīng)濟(jì)條件、生活品質(zhì)、人口數(shù)量改變等），也受到自然地理因素的制約（如地質(zhì)、地貌、水文、日照、風(fēng)向、氣候、景觀等）。對單一居民點(diǎn)而言，若增加考慮時(shí)間因素，這個(gè)數(shù)據(jù)庫也是大量而復(fù)雜的；對于我國幾千個(gè)居民點(diǎn)而言，數(shù)據(jù)只能用海量和龐雜形容，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和研究方式顯得力不從心。

“可視化的村落3D模型平臺”充分利用了低空無人機(jī)測繪技術(shù)收集海量數(shù)據(jù)的便捷性，相關(guān)軟件分析處理海量數(shù)據(jù)的智能性。把研究者和政策制定者從海量數(shù)據(jù)中解放出來，將更多精力和時(shí)間投向其內(nèi)在發(fā)展規(guī)律和推動因子的研究。該理念的提出，順應(yīng)了信息技術(shù)發(fā)展的趨勢，客觀應(yīng)對并解決研究過程中的現(xiàn)實(shí)問題，可以更加清晰地揭示龐雜數(shù)據(jù)庫中的變化規(guī)律，并對上述空間大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析，輔助研究者綜合評估農(nóng)村居民點(diǎn)變化的趨勢以及分布的合理性，具有廣闊的應(yīng)用前景。需要指出的是，當(dāng)農(nóng)村居民點(diǎn)內(nèi)在發(fā)展規(guī)律和推動因子越來越清晰時(shí)，反過來可以使大數(shù)據(jù)平臺更加完善、更加科學(xué)，這是一種良性循環(huán)和互動。