基于實(shí)景三維的國土空間生態(tài)修復(fù)全生命周期監(jiān)管平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了保障國土空間生態(tài)修復(fù)項目高效實(shí)施，應(yīng)用實(shí)景三維和GIS可視化相關(guān)技術(shù)，設(shè)計并建設(shè)了基于實(shí)景三維的國土空間生態(tài)修復(fù)全生命周期監(jiān)管平臺。該平臺具有可視化、智能化、信息化等特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于重慶三峽庫區(qū)腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程，有效提高了生態(tài)修復(fù)工作的效率和質(zhì)量，為推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和保障國家生態(tài)安全提供了有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：生態(tài)修復(fù)實(shí)景三維全生命周期GIS可視化

DesignandImplementationofaFullLifeCycleSupervisionPlatformforLandSpaceEcologicalRestorationBasedonReal3D

HUANGLing1，2，3，4HEBo1，2MENGYunhao1，2

1.ChongqingCybercitySci-TechCo.，Ltd.，Chongqing，401121China;2.ChongqingMobileMeasurementEngineeringTechnologyResearchCenter，Chongqing，401121China;3.CityHolographicSpatialDataApplicationChongqingEngineeringResearchCenter，Chongqing，401121China;4.ChongqingEngineeringLaboratoryofMobileIntelligentMeasurementEquipment，Chongqing，401121China

Abstract：Inordertoensuretheefficientimplementationoflandspatialecologicalrestorationprojects，afulllifecyclesupervisionplatformforlandspatialecologicalrestorc4e277e717c88d9d09d8b3e6c6081d13ationbasedonReal3DandGISvisualizationtechnologieshasbeendesignedandconstructed.Theplatformhasthecharacteristicsofvisualization，intelligence，andinformatization，andhasbeensuccessfullyappliedtotheintegratedprotectionandrestorationprojectofmountains，rivers，forests，fields，lakes，grasslands，andsandintheheartlandofChongqingThreeGorgesReservoirArea，effectivelyimprovingtheefficiencyandqualityofecologicalrestorationwork，providingstrongtechnicalsupportforpromotingecologicalcivilizationconstructionandensuringnationalecologicalsecurity.

KeyWords：Ecologicalrestoration;Real3D;Fulllifecycle;GIS;Visualization

國土空間生態(tài)修復(fù)是生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)的基礎(chǔ)、是維護(hù)國家生態(tài)安全的重大戰(zhàn)略、是惠及民生的重大舉措，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)對于推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和保障國家生態(tài)安全具有重要意義[1]。實(shí)景三維作為真實(shí)、立體和時序化反映人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的時空信息，是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施[2]。實(shí)景三維應(yīng)用是未來的發(fā)展趨勢、是推動自然資源信息化建設(shè)的重要部署、是服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)支撐、亦是解決國土空間生態(tài)修復(fù)監(jiān)管問題的重要手段。

本文提出了一種基于實(shí)景三維的國土空間生態(tài)修復(fù)全生命周期監(jiān)管平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，該平臺融合了影像、點(diǎn)云、視頻、全景、空間規(guī)劃、遙感解譯等二三維數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等實(shí)時感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)工程全生命周期的可視化監(jiān)管，已成功應(yīng)用于重慶三峽庫區(qū)腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程，有效提高了生態(tài)修復(fù)工作的效率和質(zhì)量。

1需求分析與設(shè)計

國土空間生態(tài)修復(fù)工程是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有項目工程量大、實(shí)施周期長、投資資金高、對區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響大等特點(diǎn)，一般可分為方案設(shè)計、項目實(shí)施、效果監(jiān)測等階段。為保障項目順利和高效實(shí)施，需要借助實(shí)景三維、物聯(lián)感知、遙感監(jiān)測、模擬推演等手段實(shí)現(xiàn)國土空間生態(tài)修復(fù)全生命周期可視化和精細(xì)化管理。

1.1需求分析

1.1.1基于平臺實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)項目方案設(shè)計與評估

結(jié)合生態(tài)修復(fù)項目的目標(biāo)和要求，通過可視化的方式，在平臺中進(jìn)行生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計或方案還原，并在三維場景下對方案進(jìn)行模擬和評估，分析不同方案的效果和可行性，為決策者提供科學(xué)依據(jù)[3]。

1.1.2基于平臺實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)項目實(shí)施過程監(jiān)管

在平臺中，對生態(tài)修復(fù)項目進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管和管理，包括施工進(jìn)度、工程質(zhì)量、資金使用等方面。利用實(shí)景三維技術(shù)可以實(shí)時對比實(shí)際施工情況和設(shè)計方案，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理，同時可以實(shí)現(xiàn)多部門的協(xié)同工作，提高監(jiān)管的效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)項目實(shí)施過程中的智能輔助、監(jiān)測預(yù)警和績效評價。

1.1.3基于平臺實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)項目實(shí)施效果監(jiān)測

通過在實(shí)景三維場景中接入物聯(lián)網(wǎng)、視頻AI分析、遙感影像解譯等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)項目監(jiān)測數(shù)據(jù)評價，全方位展示和全過程記錄生態(tài)修復(fù)成效。同時，支持將監(jiān)測數(shù)據(jù)在實(shí)景三維場景中進(jìn)行可視化分析，評估生態(tài)修復(fù)效果，以便及時調(diào)整和改進(jìn)修復(fù)措施。

1.2功能設(shè)計

• 方案設(shè)計模塊

（1）方案設(shè)計工具。通過實(shí)景三維模型，可以真實(shí)還原生態(tài)修復(fù)項目現(xiàn)場情況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行方案設(shè)計，同時通過提供多種工具和算法，如植被選擇、土壤改良、水資源管理等，幫助用戶制訂科學(xué)和合理的生態(tài)修復(fù)方案。

（2）方案評估工具。實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)方案的可行性、效果和成本等方面的評估。通過提供多種評估指標(biāo)和算法，如生物多樣性指數(shù)、土壤質(zhì)量評估、水質(zhì)評估等，實(shí)現(xiàn)在實(shí)景三維場景中模擬方案實(shí)施后的修復(fù)效果[4]，并結(jié)合相關(guān)現(xiàn)勢數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，幫助用戶對方案進(jìn)行科學(xué)評估和比較。

（3）數(shù)據(jù)分析與決策支持。實(shí)現(xiàn)對方案設(shè)計和評估結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策支持。通過數(shù)據(jù)分析，

可以對方案的效果進(jìn)行趨勢分析和預(yù)測，幫助用戶了解方案的長期影響，同時，通過提供決策支持工具，幫助用戶做出科學(xué)決策。

• 項目監(jiān)管模塊

（1）總體情況展示。實(shí)現(xiàn)修復(fù)項目基本信息及總體情況展示，包括基本信息、項目目標(biāo)、工程進(jìn)度情況、檔案材料、實(shí)施情況、資金執(zhí)行、績效完成等。結(jié)合三維地圖展示工程的位置，并提供工程相關(guān)的三維實(shí)景數(shù)據(jù)展示，支持在平臺上切換多期次影像數(shù)據(jù)和實(shí)景數(shù)據(jù)的對比，以更加生動地展示工程的進(jìn)度和成果。

（2）進(jìn)度監(jiān)管。通過平臺，對工程的不同階段進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)多維度的工程進(jìn)度可視化展示及多口徑的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化展示，其中，包括按照施工狀態(tài)展示。

（3）資金監(jiān)管。按年度和季度展示項目資金投資計劃，包括各項工程項目的資金需求和預(yù)算分配情

況。按年度、季度和月度展示各項目的資金的使用情況，以便監(jiān)控和評估資金的實(shí)際支出和使用效果，對資金分配和管理決策提供參考依據(jù)。

（4）風(fēng)險智能預(yù)警。在本平臺中實(shí)現(xiàn)預(yù)警機(jī)制，對存在的進(jìn)度延遲、資金使用異常和績效不達(dá)標(biāo)的

項目進(jìn)行預(yù)警展示，以便及時發(fā)現(xiàn)項目進(jìn)度偏差并采取相應(yīng)措施。

• 效果監(jiān)測模塊

（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)展示。在本平臺中實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的集成展示，包括人工采集的樣本數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和遙感影像解譯數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，展示生態(tài)修復(fù)效果。

（2）生態(tài)效益分析。以監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合利用大數(shù)據(jù)和智能化手段對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯分析，

對島嶼及濕地保護(hù)修復(fù)、岸線綜合治理、流域水環(huán)境綜合治理、水土流失與石漠化防治、森林保護(hù)保育、土地綜合治理、地質(zhì)災(zāi)害治理及礦山生態(tài)修復(fù)等類型分別建立效益評價指標(biāo)，充分展示項目取得的生態(tài)效益。

（3）修復(fù)效果演變分析。通過多期次實(shí)景三維、全景、影像、遙感解譯、現(xiàn)場視頻和照片等數(shù)據(jù)的

對比，展示生態(tài)修復(fù)效果的發(fā)展變化，為生態(tài)修復(fù)效果評估提供數(shù)據(jù)支撐。

• 調(diào)研總結(jié)模塊

通過平臺，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研記錄的創(chuàng)建和編輯，包括調(diào)研地點(diǎn)、調(diào)研對象、調(diào)研問題、調(diào)研過程等詳細(xì)信息。記錄完成后，可以通過平臺進(jìn)行保存和共享，方便領(lǐng)導(dǎo)或相關(guān)單位進(jìn)行查看和分析。

• 制度文件模塊

通過平臺，進(jìn)行文件的上傳、下載和共享，方便領(lǐng)導(dǎo)、專家或相關(guān)單位進(jìn)行文件的查看和編輯。同時，可以進(jìn)行版本管理和權(quán)限控制，確保文件的安全和一致性。

2關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1多源數(shù)據(jù)集成展示

國土空間生態(tài)修復(fù)項目涉及多來源、多尺度和多時空數(shù)據(jù)的集成使用，本平臺通過在統(tǒng)一空間參考、統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼、統(tǒng)一數(shù)據(jù)分類等標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)了多源和多尺度海量時空數(shù)據(jù)的集成管理[5]。

2.1.1數(shù)據(jù)收集和整理

收集現(xiàn)有的傾斜攝影數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、管控數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等進(jìn)行整理和分類，形成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，同時收集項目業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行矢量化處理。

2.1.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

在統(tǒng)一時空基準(zhǔn)下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，采用格式轉(zhuǎn)換軟件對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織形式，打破多源數(shù)據(jù)難以在同一場景展示的屏障，為數(shù)據(jù)的分級調(diào)用和可視化展示奠定基礎(chǔ)。

2.1.3數(shù)據(jù)處理發(fā)布

對于二維DOM數(shù)據(jù)，采用ESRIArcGISServer對其進(jìn)行切片和服務(wù)發(fā)布，轉(zhuǎn)換為二維矢量地圖瓦片；對于實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為3DTiles數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)三維場景的快速渲染展示；對于管控數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)，直接發(fā)布為OGC標(biāo)準(zhǔn)的矢量服務(wù)即可。

2.2方案設(shè)計模擬評估

通過在實(shí)景三維場景中進(jìn)行生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計或還原，在方案設(shè)計階段對方案進(jìn)行推演和預(yù)判，發(fā)現(xiàn)方案存在問題，提前規(guī)避相關(guān)風(fēng)險，提升方案質(zhì)量。

2.2.1方案可視化設(shè)計

通過疊加項目區(qū)范圍地形、影像、實(shí)景三維等數(shù)據(jù)，真實(shí)呈現(xiàn)項目現(xiàn)場環(huán)境，可通過拖拉拽的方式在場景中隨時隨地構(gòu)建地形、道路、建筑物、綠化、水系、礦區(qū)等三維地理場景，實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計所見即所得[6]。

2.2.2方案模擬評估

針對山水林田湖草、土地綜合整治、礦山、海洋等不同修復(fù)對象，設(shè)置不同的模型數(shù)據(jù)，通過智能化模擬項目，達(dá)到預(yù)演的真實(shí)效果，動態(tài)模擬生態(tài)修復(fù)成效，輔助工作人員科學(xué)審查生態(tài)修復(fù)項目方案。

2.3項目實(shí)施精細(xì)監(jiān)管

通過綜合利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、遙感“3S”等高新技術(shù)，構(gòu)建了多層次、立體化和全方位的項目智能化監(jiān)管平臺，提供工程信息匯集、全生命周期動態(tài)管理、監(jiān)測預(yù)警、績效評價、智能輔助、信息共享等功能，實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)工程科學(xué)化、精細(xì)化和動態(tài)化監(jiān)管[7]。

2.4修復(fù)效果動態(tài)監(jiān)測

通過大數(shù)據(jù)綜合分析和應(yīng)用展示技術(shù)，全過程記錄工程的修復(fù)成效，為生態(tài)狀況改善提供可視化數(shù)據(jù)支撐，為“水—土—?dú)狻鄙鷳B(tài)一體化修復(fù)提供智能監(jiān)測、預(yù)警預(yù)測等技術(shù)支撐。

2.4.1監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

提供生態(tài)調(diào)查監(jiān)測移動端數(shù)據(jù)采集工具，通過監(jiān)測項目位置導(dǎo)航、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入、遙感影像和視頻拍攝等信息化手段，快速支撐水土樣本監(jiān)測、植被樣方調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害巡查等人工監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集、錄入和上傳工作的高效實(shí)施，助力監(jiān)測數(shù)據(jù)完成標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)時化的統(tǒng)一匯聚。

2.4.2物聯(lián)感知數(shù)據(jù)采集

接入地表水質(zhì)、水文站、氣象站、徑流站、森檢站等各類自動化監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)，為生態(tài)修復(fù)前后效果對比提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

3應(yīng)用實(shí)踐

平臺已成功應(yīng)用于重慶三峽庫區(qū)腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程，通過構(gòu)建多層次、立體化和全方位的項目智能化監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)工程科學(xué)化、精細(xì)化和動態(tài)化監(jiān)管。

3.1方案設(shè)計及評估

通過在實(shí)景三維數(shù)據(jù)中真實(shí)和立體呈現(xiàn)項目現(xiàn)場情況，為方案設(shè)計提供本底數(shù)據(jù)支撐，同時支持以所見即所得的方式在場景中構(gòu)建三維地理場景，并通過評估工具進(jìn)行方案推演和預(yù)判，直觀展示方案修復(fù)效果，提前規(guī)避方案相關(guān)風(fēng)險，有效提升方案質(zhì)量。

3.2項目監(jiān)管及展示

通過構(gòu)建生態(tài)保護(hù)修復(fù)項目一張圖，匯聚項目基本信息、進(jìn)度信息、資金使用、空間位置等，及時發(fā)現(xiàn)進(jìn)度延遲、資金使用異常、績效不達(dá)標(biāo)等異常項目，實(shí)現(xiàn)項目科學(xué)化、精細(xì)化和動態(tài)化監(jiān)管。

3.3修復(fù)效果監(jiān)測

通過在本平臺中集成樣本數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感影像解譯數(shù)據(jù)等，直觀呈現(xiàn)生態(tài)修復(fù)效果，通過大數(shù)據(jù)和智能化手段對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，充分展示項目取得的生態(tài)效益，通過多期次實(shí)景三維數(shù)據(jù)、全景數(shù)據(jù)和遙感影像解譯數(shù)據(jù)對比，直觀展示生態(tài)修復(fù)取的成效。

4結(jié)語

本文基于國土空間生態(tài)修復(fù)業(yè)務(wù)實(shí)際需求，基于實(shí)景三維，融合遙感影像、全景、視頻等多源數(shù)據(jù)，以重慶三峽庫區(qū)腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程為例，打造了一個涵蓋國土空間生態(tài)修復(fù)項目全生命周期的監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)了方案設(shè)計驗證及評估、項目實(shí)施過程動態(tài)監(jiān)管和修復(fù)效果長期監(jiān)測，為國土空間生態(tài)修復(fù)項目實(shí)施提供了新的技術(shù)思路。研究表明：實(shí)景三維技術(shù)不僅能有效提升生態(tài)修復(fù)方案質(zhì)量、提前規(guī)避方案相關(guān)風(fēng)險，還能更加直觀地展示生態(tài)修復(fù)項目實(shí)施效果，更能滿足項目精細(xì)化管理需求。

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