基于WebGIS的鄉(xiāng)村管理平臺設(shè)計與研究

文｜ 新疆地礦局測繪大隊 李智廣

【關(guān)鍵字】WebGIS；實景三維；鄉(xiāng)村信息化

1 引言

2020年是數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略第一階段的收官之年，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化的研究和探索方興未艾。基于傾斜攝影的實景三維建模技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，這種方法構(gòu)建的模型具有完整的地理和空間信息，而且模型精度高、建模高效，可以無差別地還原真實的實地景觀。這項技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、旅游規(guī)劃和各種施工設(shè)計等領(lǐng)域。

農(nóng)村地區(qū)的實景三維模型也具有廣闊的應(yīng)用前景，比如用于鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設(shè)計，用于農(nóng)村集體土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)和宅基地確權(quán)。本文旨在進(jìn)一步挖掘?qū)嵕叭S數(shù)據(jù)深層次應(yīng)用價值，以實景三維模型的空間地理信息為基本框架，采用“基礎(chǔ)功能+拓展模塊”的模式搭建鄉(xiāng)村三維可視化管理平臺，實現(xiàn)村落的二三維瀏覽、人房聯(lián)動管理，輔助鄉(xiāng)村干部對村民、村務(wù)的信息化集中管理；同時研究接入多種應(yīng)用子系統(tǒng)，整合與村民生產(chǎn)生活相關(guān)的各種信息，服務(wù)于鄉(xiāng)村科學(xué)管理，推動鄉(xiāng)村信息化建設(shè)發(fā)展。

2 設(shè)計思路

村民生活生產(chǎn)與土地和房屋息息相關(guān)，它們具有相對固定不變的空間地理位置，可以將地理空間信息作為鄉(xiāng)村信息化建設(shè)的基礎(chǔ)框架。本研究以傾斜攝影實景三維模型數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）要素圖層和專題數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合運用測繪地理信息軟件和WebGIS 開發(fā)技術(shù)，建立二三維一體化的鄉(xiāng)村信息管理平臺。系統(tǒng)設(shè)計涉及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)采集與處理、實景三維建模和系統(tǒng)開發(fā)等關(guān)鍵內(nèi)容。

首先，鄉(xiāng)村的基礎(chǔ)地理信息資料包括二維矢量、影像數(shù)據(jù)。其中二維矢量主要是道路線、居民房屋點或面、監(jiān)控點、土地利用圖斑等，可通過農(nóng)經(jīng)權(quán)數(shù)據(jù)庫或現(xiàn)場實地采集等方式獲取；高分辨率影像數(shù)據(jù)主要通過無人機航飛建模的方式取得。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的格式、投影坐標(biāo)系統(tǒng)、組織方式等需要進(jìn)行一致性處理，確保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與三維模型的無縫融合。

其次，實景三維建模的方法有很多，本研究采用六旋翼無人機搭載傾斜攝影相機進(jìn)行航拍，然后基于Bentley ContextCapture Center 軟件使用集群工作站進(jìn)行實景三維建模，并采用SVS Modeler 修模軟件對模型進(jìn)行優(yōu)化修飾和單體化建模。

最后，基于國產(chǎn)SuperMap 軟件平臺，通過多源數(shù)據(jù)融合，將人口信息、房屋信息、視頻監(jiān)控點位數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等在三維場景中關(guān)聯(lián)起來，進(jìn)行相關(guān)的系統(tǒng)功能開發(fā)。本平臺采用“基礎(chǔ)功能+拓展模塊”的模式進(jìn)行開發(fā)，基礎(chǔ)功能有“一標(biāo)三實”的二三維地圖瀏覽、信息查詢、統(tǒng)計分析、報表導(dǎo)出等；拓展模塊是預(yù)留的平臺開發(fā)接口，可以將已有的各種農(nóng)村服務(wù)平臺，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、政務(wù)服務(wù)平臺、土地管理、補貼發(fā)放、規(guī)劃建設(shè)、電子商務(wù)等融合到本空間信息管理平臺，實現(xiàn)空間框架下各種資源的整合與應(yīng)用。

3 總體架構(gòu)

平臺總體框架分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)是平臺的基礎(chǔ)和核心，主要包括屬性數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫。

屬性數(shù)據(jù)庫包括人員信息、戶口信息、房屋信息、用戶信息等基本信息，以及其他與農(nóng)戶相關(guān)的土地承包經(jīng)營情況、常住人口婚姻和計劃生育情況等。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

空間數(shù)據(jù)庫采用2000國家大地坐標(biāo)系，內(nèi)容包括房屋點數(shù)據(jù)、二維影像數(shù)據(jù)（分辨率為10 厘米）、實景三維模型等。

3.2 服務(wù)層

服務(wù)層包括協(xié)議服務(wù)、位置服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、影像服務(wù)。

協(xié)議服務(wù)主要采用HTTP 協(xié)議為PC 客戶端與服務(wù)端提供通信傳輸服務(wù)。位置服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)都以Apache Tomcat 作為Web服務(wù)器，使用JavaEE 技術(shù)開發(fā)，服務(wù)的訪問需要驗證用戶權(quán)限。位置服務(wù)主要包括房屋位置服務(wù)，為人、房聯(lián)動提供服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括人口、房屋、戶口、監(jiān)控等信息，為查詢、統(tǒng)計、報表導(dǎo)出等功能提供服務(wù)。影像服務(wù)通過Supermap iServer對DOM（Digital Orthophoto Model，數(shù) 字正射影像）和實景三維模型數(shù)據(jù)作切片處理，發(fā)布的影像和實景三維服務(wù)，為網(wǎng)頁平臺提供訪問影像數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層的實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)層和服務(wù)層，平臺使用瀏覽器對人口、戶口、房屋等信息進(jìn)行編輯、查看、地圖預(yù)覽、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表導(dǎo)出等應(yīng)用。

4 平臺功能開發(fā)

4.1 平臺開發(fā)環(huán)境

前后臺使用的主要開發(fā)語言分別是JavaScript 和Java。 前臺采用DOJO + Bootstrap框架搭建開發(fā)架構(gòu)，使用DES+BAS64 進(jìn)行數(shù)據(jù)加密、解密處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩：笈_采用Spring MVC + Hibernate 處理前臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。采用Super Map 的二三維平臺系列，實現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)訪問。

4.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

本應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫建設(shè)包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)建設(shè)。采用PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對人口、房屋、戶口等專題屬性數(shù)據(jù)的增、改、刪、查基本操作。PostGIS 具有豐富的空間分析函數(shù)，平臺利用其在GIS領(lǐng)域的優(yōu)勢實現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)操作及GIS 分析功能。

平臺專題數(shù)據(jù)表包括人口信息表、戶口信息表、房屋信息表、管理人員信息表。人口信息包括姓名、身份證號、性別、民族、文化程度、聯(lián)系方式等；戶口信息包括戶主姓名、身份證號、承包土地面積、是否為貧困戶、國家補貼等；房屋信息包括房屋結(jié)構(gòu)、建造年代、房屋面積、門牌號等；管理人員信息主要包括村委干部和駐村干部的基本信息。

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)表主要是房屋信息、道路信息、地塊信息等。

4.3 平臺基本功能

人口管理是農(nóng)村信息化的主要內(nèi)容和基礎(chǔ)工作，本研究設(shè)計的基本功能即是與人口管理相關(guān)的信息查詢、統(tǒng)計分析、報表導(dǎo)出等功能。

（1）二三維地圖瀏覽

平臺以村落實景三維場景為基礎(chǔ)瀏覽界面，通過地理底圖切換功能，將三維場景切換到二維地圖模式，形成二三維一體化的場景瀏覽。支持用戶在網(wǎng)頁上對房屋、道路、田地等地物任意角度實時瀏覽、放大、縮小、傾斜、拉平、豎起、旋轉(zhuǎn)等操作，能夠從全局的角度把握全村的房屋空間分布、耕地分區(qū)，也可以查看某個單體房屋或局部范圍的三維景觀。

（2）信息查詢

平臺基于地理底圖，將房屋、道路、地塊分別以矢量點、線、面疊加到二維底圖或三維實景中，并與屬性數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，通過點擊房屋點、道路線、地塊面來查看相應(yīng)的信息，實現(xiàn)人-房-地-地圖的無縫關(guān)聯(lián)。

農(nóng)村人口管理以房屋地址為準(zhǔn)繩，實現(xiàn)“以房管人、人房關(guān)聯(lián)、人地關(guān)聯(lián)”的應(yīng)用體系，村委干部或駐村干部根據(jù)村民姓名或身份證號碼可以查詢該人，快速定位到其家庭房屋位置，并能關(guān)聯(lián)到其所有個人信息、房屋建筑信息、土地承包情況等；搜索某個位置的房屋，可以查看該戶的家庭成員信息、水電氣使用情況、收入狀況等。

（3）統(tǒng)計分析和報表導(dǎo)出

了解并掌握鄉(xiāng)村的各種人口比例、可支配收入、水電氣使用情況等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，是村委干部和駐村干部的日常工作，各類統(tǒng)計信息是鄉(xiāng)村科學(xué)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。平臺對鄉(xiāng)村基本綜合信息進(jìn)行統(tǒng)計和分析，將統(tǒng)計結(jié)果以圖表方式動態(tài)展示在系統(tǒng)中。根據(jù)村務(wù)管理過程中的一些主要的指標(biāo)，對這些指標(biāo)進(jìn)行分析預(yù)測，給出趨勢圖形，以便非常直觀地體現(xiàn)指標(biāo)的變化。并根據(jù)實際需要，實現(xiàn)匯總各類數(shù)據(jù)并生成圖表、統(tǒng)計報表等，給領(lǐng)導(dǎo)預(yù)測后期的指標(biāo)提供支持。

4.4 拓展功能

村民生產(chǎn)生活涉及教育和醫(yī)療保障、水電氣使用與繳費、國家補貼領(lǐng)取發(fā)放、田間管理、村內(nèi)安全等等諸多方面。大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)時代，國家推出“數(shù)字鄉(xiāng)村”戰(zhàn)略，有必要將各種管理系統(tǒng)整合進(jìn)基于三維可視化的鄉(xiāng)村管理平臺中，融合與村民相關(guān)的各種數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)鄉(xiāng)村科學(xué)治理。

（1）一體化集中監(jiān)控系統(tǒng)

隨著農(nóng)村基礎(chǔ)通信設(shè)施的逐步完善，村內(nèi)重點路口、重點關(guān)注人員或群體、重點場所一般都配有監(jiān)控設(shè)備，以達(dá)到對這些區(qū)域和人群的安全保障目的。

將這些監(jiān)控設(shè)備以要素點的形式展示在平臺中，通過監(jiān)控點與視頻監(jiān)控系統(tǒng)對接關(guān)聯(lián)，建立一體化集中監(jiān)控平臺，集成實現(xiàn)全村統(tǒng)一的視頻資源管理，對前端攝像機、編碼器、解碼器、控制器等設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)攝像頭定位查詢、圖像抓拍、監(jiān)控畫面調(diào)取等功能，通過管理平臺實現(xiàn)統(tǒng)一的用戶和權(quán)限管理，滿足系統(tǒng)多用戶監(jiān)控、管理需求，為村委會和其他相關(guān)部門的工作安排奠定決策基礎(chǔ)。

（2）補貼管理系統(tǒng)

在全面推進(jìn)建設(shè)小康社會的道路上，國家針對“三農(nóng)”推出了各種各樣的補貼政策，比如糧食補貼、農(nóng)機補貼、養(yǎng)殖補貼、宅基地拆遷補貼、義務(wù)教育補貼等等，每家每戶或多或少都會收到國家的優(yōu)惠補貼。傳統(tǒng)手工方式記錄、統(tǒng)計補貼發(fā)放情況已難以滿足新時代“數(shù)字鄉(xiāng)村”建設(shè)的要求。基于本平臺的“以房管人”，將各類補貼關(guān)聯(lián)融合到村民房屋上，設(shè)計補貼發(fā)放查詢統(tǒng)計功能，統(tǒng)計村民的農(nóng)業(yè)補貼情況，便于對村民的生活情況進(jìn)行監(jiān)督，有利于上級部門對村民各方面補助做出更科學(xué)合理的安排。

（3）水電氣管理系統(tǒng)

國家改善農(nóng)村人居環(huán)境的水電氣“三改”工程，是農(nóng)村發(fā)展的一個重點，也是城鄉(xiāng)一體化發(fā)展過程中重要的民生工程。水電氣管理系統(tǒng)是對傳統(tǒng)上門抄表、人工管理方式的信息化應(yīng)用實現(xiàn)，可實現(xiàn)對水電氣的數(shù)據(jù)管理和實時監(jiān)控，有效解決認(rèn)為干預(yù)可能帶來的工作誤差、數(shù)據(jù)疏漏等。將該系統(tǒng)接入本平臺，能夠通過房屋與住戶的生產(chǎn)生活數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，綜合分析每家每戶的水電氣使用情況和規(guī)律，為鄉(xiāng)村科學(xué)利用能源提供決策支持。

5 結(jié)束語

地理信息作為數(shù)字城市乃至智慧城市的基礎(chǔ)框架，基于傾斜攝影的實景三維模型在城鄉(xiāng)一體化發(fā)展和農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化進(jìn)程中有較大的應(yīng)用潛力。研究基于三維WebGIS 的鄉(xiāng)村管理平臺，以實景三維為可視化場景，在平臺中以房屋為準(zhǔn)繩，盡可能將所有與村民生產(chǎn)生活的數(shù)據(jù)信息逐步集中整合起來，結(jié)合實際應(yīng)用設(shè)計相應(yīng)的子系統(tǒng)，輔助村干部對村民事務(wù)的科學(xué)管理，服務(wù)于鄉(xiāng)村的城鎮(zhèn)化建設(shè)。本研究設(shè)計了“基本功能+拓展功能”的開發(fā)模式，以人口房屋管理為基本功能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展開發(fā)或接入各種應(yīng)用管理平臺，推動農(nóng)村公共服務(wù)平臺信息化建設(shè)，是數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)的有益嘗試。