農村居民點空間大數據平臺構建方法研究

孫帥，王彪 （北方工業大學建筑與藝術學院，北京 100144）

農村居民點空間大數據是基于云計算技術、互聯網技術與傳統的建筑、規劃、風景園林專業的一次跨學科深度交叉實踐。大數據平臺可以將數據有條不紊地組織起來，梳理清晰脈絡之后，通過可視化的村落3D模型平臺將農村居民點建筑空間環境向農民、游客、管理者、研究者等展示出來。其本質是充分發掘海量空間數據之間的內在規律，并進行通俗易懂的直觀展示。其未來的應用潛力在于，通過自動識別技術，將這些“可視化3D模型”進行不同地理空間進行橫向對比，不同時間段進行縱向對比，從而激發海量數據的潛能。

1 農村居民點空間大數據平臺構建要點

充分利用低空無人機測繪技術的特點與優勢，在研究試點區域內建立涵蓋整個農村居民點及其周邊自然環境的“可視化的村落3D模型”。為農村居民點規劃、保護、管理提供運行高效、溝通便利、準確真實的基礎數據保障。真正實現對農村居民點不同海拔、不同地貌條件、不同交通狀況、地質災害等的空間分布特征的定量分析,更加真實地反映農村居民點空間分布特征，為未來的政策制定和后續研究打下堅實的基礎。

確立符合農村居民點現實狀況和需要的，農村居民點空間“可視化的村落3D模型”的組成結構及運算流程，拓展空間大數據的獲取技術，優化空間大數據的處理、分析技術，提升空間大數據的智能性、可操作性。發揮基礎數據智能化、數據處理自動化、數據輸出可視化的技術優勢。運用最新的空間大數據的處理分析技術，揭示農村居民點空間變化的發展規律和推動因子。依靠并拓展 PIX4DMAPPER、Smart3D、Oracle、SQLServer等具備空間拓撲關系的智能建模軟件和數據庫技術，提升數據庫（鏈）的自動化水平、運行速率和專業精度，保證大數據的“大”，確保大數據的“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、地質災害、區位、發展現狀以及城市化進程程度等，對農村居民點空間分布布局的影響，利用相關軟件進行統計分析和邏輯運算。

低空無人機實景建模測繪與傳統地面人工調研測繪相結合，確保農村居民點空間大數據來源的多樣性。在同一村落，同時開展無人機測繪與傳統人工調研測繪，讓兩套數據互相印證達到優勢互補，通過確保大數據的準確性,確保農村居民點空間大數據平臺的實用性。低空無人機可以從俯視角度較全面地收集農村居民點整體空間特征數據，受地形因素制約較少，數據收集效率高。傳統地面人工調研從人視角度收集農村居民點細部空間信息，可以補充空中拍攝受遮擋的細部空間與室內空間。

2 為管理者實現“規劃落地”

從管理者的角度來看管理隊伍人力資源不足、規劃趕不上變化、規劃停留在圖紙上、使用者真實的需求被理論研究的條條框框掩蓋，是當前我國農村居民點空間規劃管理工作面臨的現實難題。農村居民點空間管理的大數據時代的重要標志是,采用現代信息技術手段,利用空間大數據平臺對農村居民點的本體空間包括建筑狀況、用地性質、空間分布等，周邊環境包括地形狀況、植被狀況、生態狀況等進行周期性、系統性、及時性和科學性地觀察、識別和統計，并利用空間大數據平臺的相關3D建模軟件對農村居民點及其周邊自然環境進行空間模擬。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、風貌，整個村落建筑物的分布形態、道路分布、與周邊地形關系等空間信息，可以通過360度的空間模型一目了然地展現出來，而不是單一角度的航拍照片。

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

我國計劃”到2020年全國農村居民住房、飲水和出行等基本生活條件明顯改善，人居環境基本實現干凈、整潔、便捷，建成一批各具特色的美麗宜居村莊”，這就需要規劃先行，分類指導農村人居環境治理。“可視化的村落3D模型平臺”可以提供科學準確的中心村和一般村的布局信息、基礎設施和公共服務設施的項目的建設信息，并通過條理清晰的邏輯區分不同區位、不同類型村莊人居環境改善的重點和時序。總之，以“可視化的村落3D模型”為核心的空間大數據平臺可以使得農村地區,實現對居民點的實時監控、反饋管理和低成本管理；也可以對農村居民點的科學管理、發展規劃、環境保護等提供更加準確、直觀、實時的決策依據。依托空間大數據平臺解決農村土地確權項目,其輸出的圖紙不僅分辨率高,而且可以自動識別建筑物，計算相應建筑面積、建筑密度等數據。

3 為農村帶來經濟發展機遇

從居民的角度來看，空間大數據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村居民點中寶貴的建筑藝術（尤其是對那些具有歷史文化保護價值、民族文化保護價值的村落）,還可以通過空間大數據平臺與互聯網等新媒介結合進行互動式文化展示和文化推廣。通過數字技術、網絡技術、移動通信技術等新媒介可以更好地推廣介紹農村的旅游價值、文化價值,具體的模式有：媒體虛擬場景展示、虛擬真實互動等。通過這些方式可實現互聯網新媒介與農村推廣推介的結合、虛擬場景與真實景觀的結合、線上互動與線下互動的結合,以此達成輻射大眾的互動性,并影響多目標人群的參與和關注。

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劃給自己生產、生活環境帶來的變化，也可以直觀地看到自己的某些加建、改建行為對整個村子風貌、周邊自然環境帶來的影響。

4 為研究者提供極大便利

農村居民點的變化與分布規律，既體現著歷史和傳統的延續，也體現著現代建筑與規劃理念；既體現著單戶居民生活空間的需求變化，也體現著這個村落的發展需求；既體現著社會經濟因素的影響（如經濟條件、生活品質、人口數量改變等），也受到自然地理因素的制約（如地質、地貌、水文、日照、風向、氣候、景觀等）。對單一居民點而言，若增加考慮時間因素，這個數據庫也是大量而復雜的；對于我國幾千個居民點而言，數據只能用海量和龐雜形容，傳統的統計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測繪技術收集海量數據的便捷性，相關軟件分析處理海量數據的智能性。把研究者和政策制定者從海量數據中解放出來，將更多精力和時間投向其內在發展規律和推動因子的研究。該理念的提出，順應了信息技術發展的趨勢，客觀應對并解決研究過程中的現實問題，可以更加清晰地揭示龐雜數據庫中的變化規律，并對上述空間大數據進行自動分析，輔助研究者綜合評估農村居民點變化的趨勢以及分布的合理性，具有廣闊的應用前景。需要指出的是，當農村居民點內在發展規律和推動因子越來越清晰時，反過來可以使大數據平臺更加完善、更加科學，這是一種良性循環和互動。