基于實景三維的國土空間生態修復全生命周期監管平臺設計與實現

摘要：為了保障國土空間生態修復項目高效實施，應用實景三維和GIS可視化相關技術，設計并建設了基于實景三維的國土空間生態修復全生命周期監管平臺。該平臺具有可視化、智能化、信息化等特點，已成功應用于重慶三峽庫區腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護和修復工程，有效提高了生態修復工作的效率和質量，為推進生態文明建設和保障國家生態安全提供了有力的技術支撐。

關鍵詞：生態修復實景三維全生命周期GIS可視化

DesignandImplementationofaFullLifeCycleSupervisionPlatformforLandSpaceEcologicalRestorationBasedonReal3D

HUANGLing1，2，3，4HEBo1，2MENGYunhao1，2

1.ChongqingCybercitySci-TechCo.，Ltd.，Chongqing，401121China;2.ChongqingMobileMeasurementEngineeringTechnologyResearchCenter，Chongqing，401121China;3.CityHolographicSpatialDataApplicationChongqingEngineeringResearchCenter，Chongqing，401121China;4.ChongqingEngineeringLaboratoryofMobileIntelligentMeasurementEquipment，Chongqing，401121China

Abstract：Inordertoensuretheefficientimplementationoflandspatialecologicalrestorationprojects，afulllifecyclesupervisionplatformforlandspatialecologicalrestorc4e277e717c88d9d09d8b3e6c6081d13ationbasedonReal3DandGISvisualizationtechnologieshasbeendesignedandconstructed.Theplatformhasthecharacteristicsofvisualization，intelligence，andinformatization，andhasbeensuccessfullyappliedtotheintegratedprotectionandrestorationprojectofmountains，rivers，forests，fields，lakes，grasslands，andsandintheheartlandofChongqingThreeGorgesReservoirArea，effectivelyimprovingtheefficiencyandqualityofecologicalrestorationwork，providingstrongtechnicalsupportforpromotingecologicalcivilizationconstructionandensuringnationalecologicalsecurity.

KeyWords：Ecologicalrestoration;Real3D;Fulllifecycle;GIS;Visualization

國土空間生態修復是生態文明和美麗中國建設的基礎、是維護國家生態安全的重大戰略、是惠及民生的重大舉措，加強生態保護和修復對于推進生態文明建設和保障國家生態安全具有重要意義[1]。實景三維作為真實、立體和時序化反映人類生產、生活和生態空間的時空信息，是國家重要的新型基礎設施[2]。實景三維應用是未來的發展趨勢、是推動自然資源信息化建設的重要部署、是服務生態文明建設和經濟社會發展的基礎支撐、亦是解決國土空間生態修復監管問題的重要手段。

本文提出了一種基于實景三維的國土空間生態修復全生命周期監管平臺設計與實現，該平臺融合了影像、點云、視頻、全景、空間規劃、遙感解譯等二三維數據及物聯網等實時感知數據，實現了生態修復工程全生命周期的可視化監管，已成功應用于重慶三峽庫區腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護和修復工程，有效提高了生態修復工作的效率和質量。

1需求分析與設計

國土空間生態修復工程是一項復雜的系統工程，具有項目工程量大、實施周期長、投資資金高、對區域生態環境影響大等特點，一般可分為方案設計、項目實施、效果監測等階段。為保障項目順利和高效實施，需要借助實景三維、物聯感知、遙感監測、模擬推演等手段實現國土空間生態修復全生命周期可視化和精細化管理。

1.1需求分析

1.1.1基于平臺實現生態修復項目方案設計與評估

結合生態修復項目的目標和要求，通過可視化的方式，在平臺中進行生態修復方案設計或方案還原，并在三維場景下對方案進行模擬和評估，分析不同方案的效果和可行性，為決策者提供科學依據[3]。

1.1.2基于平臺實現生態修復項目實施過程監管

在平臺中，對生態修復項目進行實時監管和管理，包括施工進度、工程質量、資金使用等方面。利用實景三維技術可以實時對比實際施工情況和設計方案，及時發現問題并進行處理，同時可以實現多部門的協同工作，提高監管的效率和準確性，實現生態修復項目實施過程中的智能輔助、監測預警和績效評價。

1.1.3基于平臺實現生態修復項目實施效果監測

通過在實景三維場景中接入物聯網、視頻AI分析、遙感影像解譯等技術手段，實現生態修復項目監測數據評價，全方位展示和全過程記錄生態修復成效。同時，支持將監測數據在實景三維場景中進行可視化分析，評估生態修復效果，以便及時調整和改進修復措施。

1.2功能設計

• 方案設計模塊

（1）方案設計工具。通過實景三維模型，可以真實還原生態修復項目現場情況，并在此基礎上進行方案設計，同時通過提供多種工具和算法，如植被選擇、土壤改良、水資源管理等，幫助用戶制訂科學和合理的生態修復方案。

（2）方案評估工具。實現生態修復方案的可行性、效果和成本等方面的評估。通過提供多種評估指標和算法，如生物多樣性指數、土壤質量評估、水質評估等，實現在實景三維場景中模擬方案實施后的修復效果[4]，并結合相關現勢數據進行評估，幫助用戶對方案進行科學評估和比較。

（3）數據分析與決策支持。實現對方案設計和評估結果進行數據分析和決策支持。通過數據分析，

可以對方案的效果進行趨勢分析和預測，幫助用戶了解方案的長期影響，同時，通過提供決策支持工具，幫助用戶做出科學決策。

• 項目監管模塊

（1）總體情況展示。實現修復項目基本信息及總體情況展示，包括基本信息、項目目標、工程進度情況、檔案材料、實施情況、資金執行、績效完成等。結合三維地圖展示工程的位置，并提供工程相關的三維實景數據展示，支持在平臺上切換多期次影像數據和實景數據的對比，以更加生動地展示工程的進度和成果。

（2）進度監管。通過平臺，對工程的不同階段進行監控，實現多維度的工程進度可視化展示及多口徑的統計數據可視化展示，其中，包括按照施工狀態展示。

（3）資金監管。按年度和季度展示項目資金投資計劃，包括各項工程項目的資金需求和預算分配情

況。按年度、季度和月度展示各項目的資金的使用情況，以便監控和評估資金的實際支出和使用效果，對資金分配和管理決策提供參考依據。

（4）風險智能預警。在本平臺中實現預警機制，對存在的進度延遲、資金使用異常和績效不達標的

項目進行預警展示，以便及時發現項目進度偏差并采取相應措施。

• 效果監測模塊

（1）監測數據展示。在本平臺中實現監測數據的集成展示，包括人工采集的樣本數據、物聯網設備采集的實時監測數據和遙感影像解譯數據，通過監測數據變化，展示生態修復效果。

（2）生態效益分析。以監測數據為基礎，綜合利用大數據和智能化手段對相關數據進行解譯分析，

對島嶼及濕地保護修復、岸線綜合治理、流域水環境綜合治理、水土流失與石漠化防治、森林保護保育、土地綜合治理、地質災害治理及礦山生態修復等類型分別建立效益評價指標，充分展示項目取得的生態效益。

（3）修復效果演變分析。通過多期次實景三維、全景、影像、遙感解譯、現場視頻和照片等數據的

對比，展示生態修復效果的發展變化，為生態修復效果評估提供數據支撐。

• 調研總結模塊

通過平臺，進行現場調研記錄的創建和編輯，包括調研地點、調研對象、調研問題、調研過程等詳細信息。記錄完成后，可以通過平臺進行保存和共享，方便領導或相關單位進行查看和分析。

• 制度文件模塊

通過平臺，進行文件的上傳、下載和共享，方便領導、專家或相關單位進行文件的查看和編輯。同時，可以進行版本管理和權限控制，確保文件的安全和一致性。

2關鍵技術分析

2.1多源數據集成展示

國土空間生態修復項目涉及多來源、多尺度和多時空數據的集成使用，本平臺通過在統一空間參考、統一數據編碼、統一數據分類等標準下實現了多源和多尺度海量時空數據的集成管理[5]。

2.1.1數據收集和整理

收集現有的傾斜攝影數據、點云數據、遙感影像數據、管控數據、規劃數據、地形數據等進行整理和分類，形成基礎地理數據庫，同時收集項目業務數據并進行矢量化處理。

2.1.2數據格式轉換

在統一時空基準下，對數據進行坐標轉換處理，采用格式轉換軟件對多源數據進行格式轉換，形成統一的數據組織形式，打破多源數據難以在同一場景展示的屏障，為數據的分級調用和可視化展示奠定基礎。

2.1.3數據處理發布

對于二維DOM數據，采用ESRIArcGISServer對其進行切片和服務發布，轉換為二維矢量地圖瓦片；對于實景三維模型數據和點云數據，將其轉換為3DTiles數據標準，實現三維場景的快速渲染展示；對于管控數據等矢量數據，直接發布為OGC標準的矢量服務即可。

2.2方案設計模擬評估

通過在實景三維場景中進行生態修復方案設計或還原，在方案設計階段對方案進行推演和預判，發現方案存在問題，提前規避相關風險，提升方案質量。

2.2.1方案可視化設計

通過疊加項目區范圍地形、影像、實景三維等數據，真實呈現項目現場環境，可通過拖拉拽的方式在場景中隨時隨地構建地形、道路、建筑物、綠化、水系、礦區等三維地理場景，實現方案設計所見即所得[6]。

2.2.2方案模擬評估

針對山水林田湖草、土地綜合整治、礦山、海洋等不同修復對象，設置不同的模型數據，通過智能化模擬項目，達到預演的真實效果，動態模擬生態修復成效，輔助工作人員科學審查生態修復項目方案。

2.3項目實施精細監管

通過綜合利用大數據、云計算、人工智能、遙感“3S”等高新技術，構建了多層次、立體化和全方位的項目智能化監管平臺，提供工程信息匯集、全生命周期動態管理、監測預警、績效評價、智能輔助、信息共享等功能，實現了重點工程科學化、精細化和動態化監管[7]。

2.4修復效果動態監測

通過大數據綜合分析和應用展示技術，全過程記錄工程的修復成效，為生態狀況改善提供可視化數據支撐，為“水—土—氣—生”生態一體化修復提供智能監測、預警預測等技術支撐。

2.4.1監測數據采集

提供生態調查監測移動端數據采集工具，通過監測項目位置導航、現場監測數據錄入、遙感影像和視頻拍攝等信息化手段，快速支撐水土樣本監測、植被樣方調查、地質災害巡查等人工監測點位數據采集、錄入和上傳工作的高效實施，助力監測數據完成標準化和實時化的統一匯聚。

2.4.2物聯感知數據采集

接入地表水質、水文站、氣象站、徑流站、森檢站等各類自動化監測站點數據，為生態修復前后效果對比提供可視化數據支撐。

3應用實踐

平臺已成功應用于重慶三峽庫區腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護和修復工程，通過構建多層次、立體化和全方位的項目智能化監管平臺，實現了重點工程科學化、精細化和動態化監管。

3.1方案設計及評估

通過在實景三維數據中真實和立體呈現項目現場情況，為方案設計提供本底數據支撐，同時支持以所見即所得的方式在場景中構建三維地理場景，并通過評估工具進行方案推演和預判，直觀展示方案修復效果，提前規避方案相關風險，有效提升方案質量。

3.2項目監管及展示

通過構建生態保護修復項目一張圖，匯聚項目基本信息、進度信息、資金使用、空間位置等，及時發現進度延遲、資金使用異常、績效不達標等異常項目，實現項目科學化、精細化和動態化監管。

3.3修復效果監測

通過在本平臺中集成樣本數據、物聯網監測數據、遙感影像解譯數據等，直觀呈現生態修復效果，通過大數據和智能化手段對相關數據進行解譯，充分展示項目取得的生態效益，通過多期次實景三維數據、全景數據和遙感影像解譯數據對比，直觀展示生態修復取的成效。

4結語

本文基于國土空間生態修復業務實際需求，基于實景三維，融合遙感影像、全景、視頻等多源數據，以重慶三峽庫區腹心地帶山水林田湖草沙一體化保護和修復工程為例，打造了一個涵蓋國土空間生態修復項目全生命周期的監管平臺，實現了方案設計驗證及評估、項目實施過程動態監管和修復效果長期監測，為國土空間生態修復項目實施提供了新的技術思路。研究表明：實景三維技術不僅能有效提升生態修復方案質量、提前規避方案相關風險，還能更加直觀地展示生態修復項目實施效果，更能滿足項目精細化管理需求。

參考文獻

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• 劉新平，王磊，吳長彬，等.三維GIS支持下的實景融合系統設計與實現[J].測繪通報，2021（4）：141-145，155.
• 黃天進.實景三維技術在露天礦山生態修復監測中的應用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（2）：203-205，208.
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• 閆勇，李彪，楊化超，等.基于Cesium框架的智慧礦山三維可視化應用平臺搭建[J].礦山測量，2020，48（6）：106-109.
• 郭麗華.國土空間生態修復工程的技術創新研究[J].城市建設理論研究（電子版），2023（26）：59-61.