三維激光實景技術(shù)在數(shù)字園林信息化建設(shè)中的應(yīng)用

彭勁松,閆 晨

(1. 湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421005; 2. 武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430023)

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三維激光實景技術(shù)在數(shù)字園林信息化建設(shè)中的應(yīng)用

彭勁松1,閆 晨2

(1. 湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421005; 2. 武漢海達數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430023)

當(dāng)前我國城市園林建設(shè)迅速發(fā)展，城市綠化數(shù)量和密度不斷增加，復(fù)雜性也越來越大，同時城市綠化的新建和改造工程也逐漸增多。因此需要依靠先進的空間信息技術(shù)采集園林綠化數(shù)據(jù)，建立數(shù)字園林綜合管理信息系統(tǒng)，對城市園林規(guī)劃設(shè)計、工程建設(shè)、綠地管理、公園、古樹名木等信息進行網(wǎng)格化、精細化、規(guī)范化、日?；墓芾怼?/p>

隨著計算機、測繪、地理信息技術(shù)的發(fā)展，基于一體化移動測量系統(tǒng)采集的可量測實景三維數(shù)據(jù)，以高清晰度、高分辨率全景影像的方式來直接反映地物要素及自然環(huán)境的原貌，具有高精度、高效率、高安全性的特點，既包含了所要量測目標(biāo)地物的空間信息，又包括了與之相關(guān)的各種自然和社會屬性信息，作為一種新型地理信息數(shù)據(jù)源，提供了具有豐富環(huán)境信息和立面信息的實景三維可視化瀏覽模式，給用戶提供了良好的交互性體驗。

1 數(shù)字園林信息化建設(shè)

1.1 總體技術(shù)路線

三維激光實景技術(shù)總體路線主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)生產(chǎn)及應(yīng)用平臺3大部分。數(shù)據(jù)采集通過移動測量系統(tǒng)，基于不同的載體(車載、背包等)，針對不同的區(qū)域和作業(yè)環(huán)境，進行快速高效的非接觸式數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)生產(chǎn)則針對采集的原始數(shù)據(jù)進行規(guī)范化、流程化的處理，通過自主研發(fā)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件，進行各類型成果數(shù)據(jù)的處理和生產(chǎn)，最終提供標(biāo)準(zhǔn)、通用的多元化數(shù)據(jù)。應(yīng)用平臺是基于最終的標(biāo)準(zhǔn)化多元數(shù)據(jù)搭建的，滿足各類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲及管理的要求，因此可結(jié)合園林管理業(yè)務(wù)功能的實際需求，搭建一個數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用的綜合信息化平臺?？傮w技術(shù)路線流程如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)采集

園林綠化信息普查采集工作，主要是利用基于三維激光實景技術(shù)的移動測量系統(tǒng)，其在移動的載體上裝配全景相機、三維激光掃描儀、定位定姿系統(tǒng)等傳感器，在載體行進過程中，快速采集園林相關(guān)地物要素及其附屬構(gòu)筑物的高清全景影像和激光點云。

針對大面積、大范圍的帶狀區(qū)域，可使用車載三維激光移動測量系統(tǒng)，利用車輛的快速、高效性，方便快捷地進行數(shù)據(jù)采集；針對一些地況受限而無法通行車輛或存在被遮擋的區(qū)域，則可使用背包式移動測量系統(tǒng)進行有效的補充采集。多種類型的采集設(shè)備有效地進行了互補，保證了數(shù)據(jù)采集的完整性和有效性。

1.3 數(shù)據(jù)生產(chǎn)

基于三維激光移動測量系統(tǒng)獲取的園林高清全景影像與三維激光點云數(shù)據(jù)，可通過專業(yè)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件自動提取行道樹的空間位置、樹高、冠幅、胸徑等屬性信息，管理部門可以結(jié)合實景影像判讀植物類別及生長狀態(tài)等信息，建立園林各類型的專題數(shù)據(jù)庫，為數(shù)字園林信息化建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。其數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程如下：

(1) 加載全部的激光點云數(shù)據(jù)，進行初步的裁剪和預(yù)處理，獲取道路兩側(cè)綠化帶及樹木的點云數(shù)據(jù)。

圖1 基于三維激光實景技術(shù)的園林普查及管理技術(shù)路線

通過移動測量系統(tǒng)采集的原始數(shù)據(jù)主要包含高精度三維激光點云數(shù)據(jù)和高清的全景影像數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2

(2) 通過高程值的篩選，過濾掉無效的路面點云數(shù)據(jù)，保留有效高程值的點云。

(3) 利用俯視角度進行拉框選擇，自動提取出路邊行道樹的位置坐標(biāo)信息，以及冠幅、樹高等屬性信息。

(4) 結(jié)合全景影像數(shù)據(jù)，可截取對應(yīng)樹木照片，并自動保存至屬性數(shù)據(jù)庫。

(5) 所有數(shù)據(jù)均可按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進行分類設(shè)置，保存到不同的樹木類型圖層進行管理。

2 數(shù)字園林信息化構(gòu)架與應(yīng)用

結(jié)合園林專題數(shù)據(jù)庫、園林三維實景數(shù)據(jù)庫及園林管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，可建立基于三維實景的園林信息業(yè)務(wù)管理平臺，彌補當(dāng)前園林信息展示、分析、數(shù)據(jù)綜合利用等方面的不足，實現(xiàn)園林三維實景數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)的共享，并根據(jù)管理和應(yīng)用要求，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、展示和拓展應(yīng)用，將園林管理的各個環(huán)節(jié)信息集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)園林的全過程跟蹤管理和實時監(jiān)控，如圖3所示。

圖3 數(shù)字園林信息化建設(shè)架構(gòu)

基于三維實景的數(shù)字園林信息化建設(shè)應(yīng)用方向主要為：

(1) 城市綠化資源可視化管理。通過建立園林綠化專題數(shù)據(jù)庫及三維實景數(shù)據(jù)庫，把全區(qū)域范圍內(nèi)園林綠化資源(如樹種、道路、公園、綠地、苗木、古樹、病蟲害等)進行集中式、三維可視化的管理，使各區(qū)綠化管理部門和相關(guān)業(yè)務(wù)處室都能夠全面直觀地了解園林綠化資源信息，并實現(xiàn)對園林綠化信息的可視化瀏覽、維護、更新、查詢和分析等，包括樹種管理、行道樹定位查看、綠地信息統(tǒng)計查詢及規(guī)劃、苗木數(shù)量監(jiān)控、病蟲害管理、古樹名木的狀態(tài)監(jiān)管等，如圖4—圖5所示。

圖4 園林綠化信息可視化瀏覽

圖5 行道樹可視化管理

(2) 園林養(yǎng)護巡查管理。通過劃分綠化網(wǎng)格的模式，利用信息化管理手段，科學(xué)地對建成區(qū)和在建區(qū)的園林綠化進行養(yǎng)護管理。通過養(yǎng)護管理計劃，對養(yǎng)護實施工作進行實時跟蹤，養(yǎng)護單位在綠化養(yǎng)護巡查時，可以直接在移動端錄入巡查區(qū)域、道路名稱、巡查情況等信息，可以隨時了解養(yǎng)護工作進展情況、養(yǎng)護的質(zhì)量情況等，實現(xiàn)綠地現(xiàn)場巡視、事件上報、任務(wù)分配、結(jié)果核查等事件處理流程，大大提高工作效率，如圖6所示。

(3) 園林綠化統(tǒng)計分析。基于園林綠化專題數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)綠化信息的統(tǒng)計分析，包括綠地面積統(tǒng)計、綠地分布統(tǒng)計、綠化指標(biāo)統(tǒng)計、苗木匯總統(tǒng)計、綠地樹種統(tǒng)計、綠化年度統(tǒng)計、養(yǎng)護考核統(tǒng)計等，直接生成統(tǒng)計報表及統(tǒng)計圖，直觀展示各種綠化對比結(jié)果，在全市園林綠化的規(guī)劃和建設(shè)的背景下提供輔助決策依據(jù)。

圖6 城市路面行道樹巡檢示意圖

(4) 集成園林相關(guān)監(jiān)控信息。通過集成氣象信息，可以及時掌握天氣溫度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)，對植被的養(yǎng)護提供重要依據(jù)。通過集成公安攝像頭視頻信息及公園、重點景觀綠化點視頻，對綠化設(shè)施進行實時監(jiān)控，并且可以針對園內(nèi)植物、動物、基礎(chǔ)設(shè)施等進行可視化管理。另外，可以對道路及公園內(nèi)的巡查人員進行定位監(jiān)控，提高巡查人員的工作效率。如圖7所示。

圖7 集成攝像頭監(jiān)控信息進行園林綠化管理

3 結(jié) 語

隨著城市建設(shè)和綠化建設(shè)的進行，城市環(huán)境和綠地資源分布情況不斷發(fā)生變化，如何讓相關(guān)管理部門快速、準(zhǔn)確地掌握城市現(xiàn)有的綠地資源總量和分布情況，如何有效地加強對存在綠地的保護，如何制定適合城市市情的綠地規(guī)劃，如何進行綠化工作的科學(xué)化、可視化的管理，如何改變和解決現(xiàn)有人工方式的弊端和問題，都是對園林管理部門提出的新課題。

三維激光實景技術(shù)為城市園林管理維護提供了有力的數(shù)據(jù)支撐和一種符合人眼視覺習(xí)慣的全新展現(xiàn)模式。在采集效率、作業(yè)安全性、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度、數(shù)據(jù)完整度等各個方面，都極大地改善和提升了傳統(tǒng)人工模式的諸多弊端，有效解決了園林綠化規(guī)劃、建設(shè)、管理、養(yǎng)護等一系列難題，實現(xiàn)了一體化、全過程的信息化管理模式，以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理信息化、業(yè)務(wù)管理信息化、決策分析信息化，提高了城市園林管理處的工作效率和服務(wù)水平。