三維激光實景技術在數字園林信息化建設中的應用

彭勁松,閆 晨

(1. 湖南環境生物職業技術學院，湖南 衡陽 421005; 2. 武漢海達數云技術有限公司，湖北 武漢 430023)

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三維激光實景技術在數字園林信息化建設中的應用

彭勁松1,閆 晨2

(1. 湖南環境生物職業技術學院，湖南 衡陽 421005; 2. 武漢海達數云技術有限公司，湖北 武漢 430023)

當前我國城市園林建設迅速發展，城市綠化數量和密度不斷增加，復雜性也越來越大，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采集園林綠化數據，建立數字園林綜合管理信息系統，對城市園林規劃設計、工程建設、綠地管理、公園、古樹名木等信息進行網格化、精細化、規范化、日常化的管理。

隨著計算機、測繪、地理信息技術的發展，基于一體化移動測量系統采集的可量測實景三維數據，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地物的空間信息，又包括了與之相關的各種自然和社會屬性信息，作為一種新型地理信息數據源，提供了具有豐富環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 數字園林信息化建設

1.1 總體技術路線

三維激光實景技術總體路線主要分為數據采集、數據生產及應用平臺3大部分。數據采集通過移動測量系統，基于不同的載體(車載、背包等)，針對不同的區域和作業環境，進行快速高效的非接觸式數據采集。數據生產則針對采集的原始數據進行規范化、流程化的處理，通過自主研發的數據生產軟件，進行各類型成果數據的處理和生產，最終提供標準、通用的多元化數據。應用平臺是基于最終的標準化多元數據搭建的，滿足各類型數據的統一存儲及管理的要求，因此可結合園林管理業務功能的實際需求，搭建一個數據管理、應用的綜合信息化平臺?？傮w技術路線流程如圖1所示。

1.2 數據采集

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的移動測量系統，其在移動的載體上裝配全景相機、三維激光掃描儀、定位定姿系統等傳感器，在載體行進過程中，快速采集園林相關地物要素及其附屬構筑物的高清全景影像和激光點云。

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

1.3 數據生產

基于三維激光移動測量系統獲取的園林高清全景影像與三維激光點云數據，可通過專業的數據生產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，管理部門可以結合實景影像判讀植物類別及生長狀態等信息，建立園林各類型的專題數據庫，為數字園林信息化建設提供基礎數據支撐。其數據生產過程如下：

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

圖1 基于三維激光實景技術的園林普查及管理技術路線

通過移動測量系統采集的原始數據主要包含高精度三維激光點云數據和高清的全景影像數據，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據，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信息，以及冠幅、樹高等屬性信息。

(4) 結合全景影像數據，可截取對應樹木照片，并自動保存至屬性數據庫。

(5) 所有數據均可按照相應標準規范，進行分類設置，保存到不同的樹木類型圖層進行管理。

2 數字園林信息化構架與應用

結合園林專題數據庫、園林三維實景數據庫及園林管理業務數據庫，可建立基于三維實景的園林信息業務管理平臺，彌補當前園林信息展示、分析、數據綜合利用等方面的不足，實現園林三維實景數據與業務屬性數據的共享，并根據管理和應用要求，實現各類數據的查詢、統計、分析、展示和拓展應用，將園林管理的各個環節信息集成化、標準化，實現園林的全過程跟蹤管理和實時監控，如圖3所示。

圖3 數字園林信息化建設架構

基于三維實景的數字園林信息化建設應用方向主要為：

(1) 城市綠化資源可視化管理。通過建立園林綠化專題數據庫及三維實景數據庫，把全區域范圍內園林綠化資源(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，使各區綠化管理部門和相關業務處室都能夠全面直觀地了解園林綠化資源信息，并實現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、綠地信息統計查詢及規劃、苗木數量監控、病蟲害管理、古樹名木的狀態監管等，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) 園林養護巡查管理。通過劃分綠化網格的模式，利用信息化管理手段，科學地對建成區和在建區的園林綠化進行養護管理。通過養護管理計劃，對養護實施工作進行實時跟蹤，養護單位在綠化養護巡查時，可以直接在移動端錄入巡查區域、道路名稱、巡查情況等信息，可以隨時了解養護工作進展情況、養護的質量情況等，實現綠地現場巡視、事件上報、任務分配、結果核查等事件處理流程，大大提高工作效率，如圖6所示。

(3) 園林綠化統計分析?；趫@林綠化專題數據庫，實現綠化信息的統計分析，包括綠地面積統計、綠地分布統計、綠化指標統計、苗木匯總統計、綠地樹種統計、綠化年度統計、養護考核統計等，直接生成統計報表及統計圖，直觀展示各種綠化對比結果，在全市園林綠化的規劃和建設的背景下提供輔助決策依據。

圖6 城市路面行道樹巡檢示意圖

(4) 集成園林相關監控信息。通過集成氣象信息，可以及時掌握天氣溫度、風速等環境參數，對植被的養護提供重要依據。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，對綠化設施進行實時監控，并且可以針對園內植物、動物、基礎設施等進行可視化管理。另外，可以對道路及公園內的巡查人員進行定位監控，提高巡查人員的工作效率。如圖7所示。

圖7 集成攝像頭監控信息進行園林綠化管理

3 結 語

隨著城市建設和綠化建設的進行，城市環境和綠地資源分布情況不斷發生變化，如何讓相關管理部門快速、準確地掌握城市現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劃，如何進行綠化工作的科學化、可視化的管理，如何改變和解決現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。

三維激光實景技術為城市園林管理維護提供了有力的數據支撐和一種符合人眼視覺習慣的全新展現模式。在采集效率、作業安全性、數據精準度、數據完整度等各個方面，都極大地改善和提升了傳統人工模式的諸多弊端，有效解決了園林綠化規劃、建設、管理、養護等一系列難題，實現了一體化、全過程的信息化管理模式，以及基礎數據管理信息化、業務管理信息化、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水平。