2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告

数字景观进展 THEPROCESSOFDIGITALLANDSCAPE 成玉宁教授 Lecturer：Prof.ChengYuning 东南大学建筑学院景观学系 Departmentoflandscapearchitecture,Schoolofarchitecture,Southeast University 江苏省城乡与景观数字技术工程中心 JiangsuurbanruralandlandscapeDigitalTechnologyEngineeringCenter 目录 CONTENT 01 万物互联与生态感知 1.1物联网与天地空数据 1.2多源异构数据的融合 1.2人居环境的生态感知 02 数字孪生与规划设计 2.1人居生态环境数字化映射 2.2基于数字孪生的规划设计 2.2基于数字孪生的动态优化 03 精准实施与智慧运维 3.1数字技术支持下的精准施工 3.2数字技术支持下的智慧运维 3.3智慧人居生态环境系统构建 引言 人居生态环境可持续是高质量发展的核心之一，离不开数字技术支持的定量化、精准化研究与实践。数字景观经过近30年的发展，经历了3个发展阶段：1.0时期以提升了景园规划设计工作的效能，将传统的手绘转变为全新的机绘时代，初步实现了景观的数字化；2.0时期推动了定量、定位与定性研究，极大提升了土地生态敏感性和建设适宜性评价、分级的精准性；3.0时期数字景观领域正在取得全面的突破，实现了数字景观实时、动态、精准映射人居环境的生态与形态。随着物联网、人工智能、多方案比选与优化技术的应用，数字景观理论、方法与技术必将迈入智慧景观新时代，人居生态环境信息的时效性得到了极大提升，为精准化实施与管控提供了支持。 万物互联时代，数字技术在人居生态景观环境领域发挥着巨大作用，推动风景园林事业的现代化进程， 风景园林作为科学的艺术与艺术的科学，在数字技术的引领与支持下，正在发生着巨变。 01 万物互联与生态感知 1.1物联网与天地空数据 1.2多源异构数据的融合 1.2人居环境的生态感知 1万物互联与生态感知 通过构建多源异构数据库的逻辑架构，存储采集的数据，并在同一空间中进行数据融合。 多源异构数据的融合 随着科学技术的不断发展和迭代，数据的来源多样，需在同一空间中统合各类数据，以支持多类应用场景。 人居环境全要素信息融合 万物互联与生态感知 万物互联时代的生态感知 实时数据的获取 传统制图方法已无法满足人居环境中各类数据实时采集的需求，需要探索全面的数据获取方法。 物联网与天地空数据 利用遥感、传感器、地面基站等多种采集方法，获取物联网与天地空数据，并链接数据平台实时更新。 高效智能的数据采集 支持包括实时监测、智能灌溉、自动化和智能化、数据分析与决策支持在内的各类应用场景，为人居环境带来了更智能、高效、可持续的管理和维护方式。 对生态过程的认知、分析、评价 过往的研究对人居环境的感知具有一定的局限性，亟待探索以生态过程为导向的新技术与方法。 人居环境的生态感知 针对国土空间、城市片区、城市绿地的全尺度人居环境生态感知。 人居环境的精准映射 实现了生态与形态的系统映射、实时呈现景观环境的动态特征，推进景园规划设计过程可测度、可评价。数字孪生景观方法与技术将广泛服务于构建精准化、高效能的人居环境，推动景园规划设计新范式的形成。 需求 传统生态制图方法主要基于一定年限的生态环境和生态系统功能评估展开，通过调查和采集数据、制图和展示、解释与交流等方式展开。在时效性和精准性方面均具有一定的局限性。 能 效 进展 全生命周期多场景应用 解决了以往规划设计中各要素彼此游离、各类数据缺乏关联的问题。不但能够支持人居环 境全生命周期、全流程信息化 管理，而且可支撑规划、设计、 建设、管控等各类场景应用。 随着传感器与物联网的应用的普及，进一步实现了对人居环境及其变化过程的实时掌控，万物互联通过数据交换与网络通信，补强了基础数据，可以完整映射生态人居环境、融合各类信息，增加了认知客观世界的渠道与可能，进一步增强人居环境认知、分析、运维与管理的实时性与科学性。 1.1 物联网与天地空数据 植被环境监测传感器 同步映射 动态感知 水环境测控传感器 微气候测控传感器 土壤环境监测传感器 植被环境监测传感器 水环境测控传感器 微气候测控传感器 土壤环境监测传感器 万物互联与动态感知 “万物互联、动态感知”的智能世界正加速到来。基础网 络与5G、6G、AI、云计算、云存储等多种技术融合，可为产业转型升级、终端智能应用等方面广泛赋能。 万物互联 随着物联网技术的发展，万物互联通过链接包括传感器、智能设备和各种硬件设备与互联网进行数据交换与相互通信，完整映射客观环境，并融合各类信息与数据，增加认知客观世界的渠道与可能。 动态感知 数字孪生环境的建设离不开物联网，万物互联时代的到来使设计者能够通过传感器设备实时感知和监测环境变化，更加精准地识别人居环境生态和形态的演变规律。 东南大学乡村生态景观平台中通过物联网构建的数据融合与动态感知系统 1.1 物联网与天地空数据 2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告 1.1.1天地空数据的来源与类型 “天空地”一体化植物碳汇监测系统 通过“天、地、空”多渠道的数据采集，能够充分掌握环境信息，并对环境做出提前预判，解决建成环境中的各类复杂问题，为组构高效率的人居环境提供精细化的路径与技术、支持风景园林规划设计全流程的各种应用场景，解决了以往在复杂数据方面的应用短板。 1.1 物联网与天地空数据 2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告 人居环境中物联网与应用传感器的数据 监测项目 设备 气象监测 日照条件 辐射强度 数字高精度自动气象站 辐射照度 采集测控项目 设备 日照时数 植被环境监测 叶面积指数 植物冠层分析系统 空气温度湿度与空气质量 温度 光照间隙 相对湿度 光线覆盖 气压 辐射水平 总悬浮颗粒物（TSP） 光合速率 光合作用测定系统 可吸入颗粒物 （PM10） 蒸腾速率叶片温度 细颗粒物（PM2.5） 呼吸速率 CO含量 树干周长 茎干周长生长传感器 SO2含量 茎流/液流 两针茎流/液流传感器 H2S含量 土壤环境监测 土壤水分 土壤墒情监测站 NO2含量 土壤温度 O3含量 土壤电导率 风环境 风速 土壤pH值 土壤PH传感器 风向 水位 土壤氮磷钾 土壤养分铵态氮硝态磷有效钾传感器 水环境测控 成 雷达流量水位仪 流量 土壤有机碳 土壤肥料养分检测仪 浊度 浊度传感器 人群活动监测 行为安全 智能视频监控一体机 电导率 电导率传感器 水温 溶解氧传感器（带 水温） 云存储数据存储节点服务器 溶解氧 视图智能引擎服务软件 监测主机 数据采集仪（含 4G模块和3年流量卡） 存储硬盘 人流活动 深度摄像头：100万像素ToF 太阳能供电系统浮子固定件 RGB摄像头：1200万像素 安装支架 3D电子加速度计和3D电子陀螺仪 防护箱 避雷装置 麦克风 软件 摄像机防护散热外罩 化学需氧量（COD） 水质在线监测系统 环境舒适 智能环境动环监控主机 氨氮（NH3-N） pH 健康体征 自助式健康体检一体机 总磷景 高锰酸盐指数 1.1.2人居环境中多类型传感器的应用 人居环境具有动态、复杂、尺度多样等特征，多类型的传感器的运用与推广有助于对人居环境展开定量、精准的研究，具有高效性、科学性、实时性、客观性与准确性。 基于传感器和物联网技术的应用，数字景观将获得新的发展，可以进一步实现： 实时、精准地映射客观环境，更系统地认知外部世界及其变化。 虚拟空间与现实空间的交互。 玉宁，东 观数字技术工程中心 HOOLOFARCH,SEU 南大学建筑学院景观学系，江苏省城乡与 CHENGYUNING,DEPARTMENTOFLA,SC 将对环境的判断从对现象的感知促进深入理解人居环境的内在机制，强化对人居环境变化规律的精准掌控。 1.1 物联网与天地空数据 2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告 1.1.2人居环境中多类型传感器的应用 人居环境中多类型传感器的应用主要内容有：多类型传感器应用与多要素数据采集：以获得实时生态、形态等数据。包括生态传感器（气候与微气候：气象-环境监测站、分贝仪等；土壤：水分传感器、PH传感器等；水文：水质传感器、水位监测仪等；植被：生理生态监测系统、树根雷达测绘系统等），形态传感器（遥感影像、倾斜摄影等），人因监测（摄像机、红外线传感器、眼动仪、皮电仪、脑电仪等）。 WEST土壤通量测量系统WatchDog2700自动气象站 PE-PE07植物生理生态监测系统校园视频监控系统（VMS）多类型传感器 1.2 多源异构数据的融合 2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告 1.2.1多源异构数据融合的目标 当前大数据时代，数据具有海量、多源、多态、异构等特点，除此之外，仿真环境条件下的数据库通过客观环境数据映射客观人居环境的特征及发展过程，具有动态化、多维度、全要素全流程、空间特征显著性等特征，是数字孪生人居环境的基础和关键。一方面可以集成融合数据，精准定位、提取、共享，为不同场景提供数据智慧供给，服务并用于多种场景；另一方面可以实现底层数据的实时收集与存储，为分析与设计提供数据佐证、为构建孪生环境提供有效支撑。 1.2 多源异构数据的融合 2023跨界融合创新应用合作发展大会主题报告 1.2.2多源异构数据的储存 数据库的构建是多源异构数据储存的基础。 数据库组构主要内容有： 多源异构数据的集成：数据来源包括开源信息、人工测绘、传感器监测、网络爬取等，通过构建数据架构、统一数据格式与空间坐标、明确数据标准与制式，实现多源异构数据的集成与融合。数据内容包括①生态数据（气候与微气候、水文、土壤、动植物等）、②形态数据（地形地貌、建筑、土地利用、岸线形态等）、③业态数据（产业布局、产业类型、产业结构等）、④设施数据（交通、管线、公共服务设施等）、⑤人因数据（人口、生活等）、⑥文化数据（民俗文化、非遗等）。 智慧数据库的多场景应用：通过智慧园林数据库的数据融合、高效搜索、精准定位、智能提取等功能，实现环境分析与评价、设计迭代与优选、环境模拟与预测、运维监测与预警、交互与可视化等多场景应用，为仿真与孪生提供数据基础与支撑。 1.2 多源异构数据的融合 1.2.2多源异构数据的储存 多源异构数据的智能数据库 多源异构智能数据库根据各数据类型内容按层级建立菜单，在数据管理平台建立关系型数据库，并构建数据库展示目录。数据库对应功能模块包括数据查询统计模块、景观生态分析评价模块、景观形态分析评价模块、运维管控模块、交互化可视化模块、用户管理模块，数据之间通过规则表和关系表相互关联、约束，以实现数据的录入、互访、调取与查询，最终完成智能数据库的构建与应用。 数据库架构 1.2 多源异构数据的融合 1.2.3多源异构数据的融合 多源异构数据的融合 天、地、空多源异构数据的空间融合是构建数字孪生人居环境系统的基础，需要合理、高效地实现海量信息的虚拟映射，并在数字空间中进行可视化。 •多源异构数据融合的效果主要包括： 1.提高多源数据信息的潜在价值，解决传统的融合目标单一问题，提升效率，增强对多源数据信息的全方位挖掘和利用。基于GNSS系统，实现数据的高精度校正和转换。 2.实现不在同一坐标、维度下的数据在同一空间中的对比、分析、查看。 多源异构数据的融合 内蒙古科尔沁右翼前旗巴达仍贵嘎查 四川省郫都区梨园村（评价界面加载） 1.2 多源异构数据的融合 1.2.3多源异构数据融合 成玉宁教授团队研发的乡村生态景观平台以华北、华东、西北、西南地区的6个典型乡村为案例，进行乡村生态景观全要素数据的融合。通过运行检验、数据维护，目前取得良好的应用效果。 能够支持全国范围乡 村的数据载入与管理，应 用潜力好、拓展能力强