基于WebGIS的鄉村管理平臺設計與研究

文｜ 新疆地礦局測繪大隊 李智廣

【關鍵字】WebGIS；實景三維；鄉村信息化

1 引言

2020年是數字鄉村戰略第一階段的收官之年，伴隨著互聯網、移動網絡等基礎通信網絡的廣泛覆蓋，農業農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是國際測繪領域近年發展起來的一項高新技術，這種方法構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。這項技術已被廣泛應用于城市規劃、旅游規劃和各種施工設計等領域。

農村地區的實景三維模型也具有廣闊的應用前景，比如用于鄉村景觀規劃設計，用于農村集體土地承包經營權確權和宅基地確權。本文旨在進一步挖掘實景三維數據深層次應用價值，以實景三維模型的空間地理信息為基本框架，采用“基礎功能+拓展模塊”的模式搭建鄉村三維可視化管理平臺，實現村落的二三維瀏覽、人房聯動管理，輔助鄉村干部對村民、村務的信息化集中管理；同時研究接入多種應用子系統，整合與村民生產生活相關的各種信息，服務于鄉村科學管理，推動鄉村信息化建設發展。

2 設計思路

村民生活生產與土地和房屋息息相關，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村信息化建設的基礎框架。本研究以傾斜攝影實景三維模型數據、影像數據、GIS（Geographic Information System，地理信息系統）要素圖層和專題數據為基礎，綜合運用測繪地理信息軟件和WebGIS 開發技術，建立二三維一體化的鄉村信息管理平臺。系統設計涉及基礎地理信息數據采集與處理、實景三維建模和系統開發等關鍵內容。

首先，鄉村的基礎地理信息資料包括二維矢量、影像數據。其中二維矢量主要是道路線、居民房屋點或面、監控點、土地利用圖斑等，可通過農經權數據庫或現場實地采集等方式獲取；高分辨率影像數據主要通過無人機航飛建模的方式取得。基礎數據的格式、投影坐標系統、組織方式等需要進行一致性處理，確保基礎數據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行航拍，然后基于Bentley ContextCapture Center 軟件使用集群工作站進行實景三維建模，并采用SVS Modeler 修模軟件對模型進行優化修飾和單體化建模。

最后，基于國產SuperMap 軟件平臺，通過多源數據融合，將人口信息、房屋信息、視頻監控點位數據與矢量數據、影像數據等在三維場景中關聯起來，進行相關的系統功能開發。本平臺采用“基礎功能+拓展模塊”的模式進行開發，基礎功能有“一標三實”的二三維地圖瀏覽、信息查詢、統計分析、報表導出等；拓展模塊是預留的平臺開發接口，可以將已有的各種農村服務平臺，如視頻監控系統、政務服務平臺、土地管理、補貼發放、規劃建設、電子商務等融合到本空間信息管理平臺，實現空間框架下各種資源的整合與應用。

3 總體架構

平臺總體框架分為數據層、服務層、應用層三層結構，如圖1 所示。

3.1 數據層

數據是平臺的基礎和核心，主要包括屬性數據庫、空間數據庫。

屬性數據庫包括人員信息、戶口信息、房屋信息、用戶信息等基本信息，以及其他與農戶相關的土地承包經營情況、常住人口婚姻和計劃生育情況等。

圖1 系統總體架構圖

空間數據庫采用2000國家大地坐標系，內容包括房屋點數據、二維影像數據（分辨率為10 厘米）、實景三維模型等。

3.2 服務層

服務層包括協議服務、位置服務、數據服務、影像服務。

協議服務主要采用HTTP 協議為PC 客戶端與服務端提供通信傳輸服務。位置服務和數據服務都以Apache Tomcat 作為Web服務器，使用JavaEE 技術開發，服務的訪問需要驗證用戶權限。位置服務主要包括房屋位置服務，為人、房聯動提供服務。數據服務主要包括人口、房屋、戶口、監控等信息，為查詢、統計、報表導出等功能提供服務。影像服務通過Supermap iServer對DOM（Digital Orthophoto Model，數 字正射影像）和實景三維模型數據作切片處理，發布的影像和實景三維服務，為網頁平臺提供訪問影像數據服務。

3.3 應用層

應用層的實現基于數據層和服務層，平臺使用瀏覽器對人口、戶口、房屋等信息進行編輯、查看、地圖預覽、數據統計、報表導出等應用。

4 平臺功能開發

4.1 平臺開發環境

前后臺使用的主要開發語言分別是JavaScript 和Java。 前臺采用DOJO + Bootstrap框架搭建開發架構，使用DES+BAS64 進行數據加密、解密處理，保證數據傳輸的安全。后臺采用Spring MVC + Hibernate 處理前臺業務數據。采用Super Map 的二三維平臺系列，實現以標準格式發布的地圖數據服務訪問。

4.2 數據庫建設

本應用的數據庫建設包括基礎地圖數據和專題數據建設。采用PostgreSQL 數據庫實現對人口、房屋、戶口等專題屬性數據的增、改、刪、查基本操作。PostGIS 具有豐富的空間分析函數，平臺利用其在GIS領域的優勢實現對矢量數據的基礎操作及GIS 分析功能。

平臺專題數據表包括人口信息表、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構、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。

基礎地圖數據表主要是房屋信息、道路信息、地塊信息等。

4.3 平臺基本功能

人口管理是農村信息化的主要內容和基礎工作，本研究設計的基本功能即是與人口管理相關的信息查詢、統計分析、報表導出等功能。

（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，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，并與屬性數據庫關聯，通過點擊房屋點、道路線、地塊面來查看相應的信息，實現人-房-地-地圖的無縫關聯。

農村人口管理以房屋地址為準繩，實現“以房管人、人房關聯、人地關聯”的應用體系，村委干部或駐村干部根據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，并能關聯到其所有個人信息、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）統計分析和報表導出

了解并掌握鄉村的各種人口比例、可支配收入、水電氣使用情況等統計數據，是村委干部和駐村干部的日常工作，各類統計信息是鄉村科學管理的基礎數據支撐。平臺對鄉村基本綜合信息進行統計和分析，將統計結果以圖表方式動態展示在系統中。根據村務管理過程中的一些主要的指標，對這些指標進行分析預測，給出趨勢圖形，以便非常直觀地體現指標的變化。并根據實際需要，實現匯總各類數據并生成圖表、統計報表等，給領導預測后期的指標提供支持。

4.4 拓展功能

村民生產生活涉及教育和醫療保障、水電氣使用與繳費、國家補貼領取發放、田間管理、村內安全等等諸多方面。大數據和互聯網時代，國家推出“數字鄉村”戰略，有必要將各種管理系統整合進基于三維可視化的鄉村管理平臺中，融合與村民相關的各種數據資源，促進鄉村科學治理。

（1）一體化集中監控系統

隨著農村基礎通信設施的逐步完善，村內重點路口、重點關注人員或群體、重點場所一般都配有監控設備，以達到對這些區域和人群的安全保障目的。

將這些監控設備以要素點的形式展示在平臺中，通過監控點與視頻監控系統對接關聯，建立一體化集中監控平臺，集成實現全村統一的視頻資源管理，對前端攝像機、編碼器、解碼器、控制器等設備進行統一管理，實現攝像頭定位查詢、圖像抓拍、監控畫面調取等功能，通過管理平臺實現統一的用戶和權限管理，滿足系統多用戶監控、管理需求，為村委會和其他相關部門的工作安排奠定決策基礎。

（2）補貼管理系統

在全面推進建設小康社會的道路上，國家針對“三農”推出了各種各樣的補貼政策，比如糧食補貼、農機補貼、養殖補貼、宅基地拆遷補貼、義務教育補貼等等，每家每戶或多或少都會收到國家的優惠補貼。傳統手工方式記錄、統計補貼發放情況已難以滿足新時代“數字鄉村”建設的要求。基于本平臺的“以房管人”，將各類補貼關聯融合到村民房屋上，設計補貼發放查詢統計功能，統計村民的農業補貼情況，便于對村民的生活情況進行監督，有利于上級部門對村民各方面補助做出更科學合理的安排。

（3）水電氣管理系統

國家改善農村人居環境的水電氣“三改”工程，是農村發展的一個重點，也是城鄉一體化發展過程中重要的民生工程。水電氣管理系統是對傳統上門抄表、人工管理方式的信息化應用實現，可實現對水電氣的數據管理和實時監控，有效解決認為干預可能帶來的工作誤差、數據疏漏等。將該系統接入本平臺，能夠通過房屋與住戶的生產生活數據關聯，綜合分析每家每戶的水電氣使用情況和規律，為鄉村科學利用能源提供決策支持。

5 結束語

地理信息作為數字城市乃至智慧城市的基礎框架，基于傾斜攝影的實景三維模型在城鄉一體化發展和農業農村信息化進程中有較大的應用潛力。研究基于三維WebGIS 的鄉村管理平臺，以實景三維為可視化場景，在平臺中以房屋為準繩，盡可能將所有與村民生產生活的數據信息逐步集中整合起來，結合實際應用設計相應的子系統，輔助村干部對村民事務的科學管理，服務于鄉村的城鎮化建設。本研究設計了“基本功能+拓展功能”的開發模式，以人口房屋管理為基本功能，在此基礎上進行拓展開發或接入各種應用管理平臺，推動農村公共服務平臺信息化建設，是數字鄉村建設的有益嘗試。