基于中台理念的城乡聚落遗产数据采集系统——以六个城乡遗产的信息采集应用为例

近年来，随着国土空间规划编制的推进，在国家和地方层面出台了一系列建立文化遗产资源和相关区划数据库的要求。同时，作为国土空间规划的重要板块，文化遗产专题要求标准和动态更新的空间信息，且能进一步对接国土空间规划。这些基础工作都是进行数据驱动设计、算法驱动决策的必要条件。

现有文献表明，使用激光扫描和倾斜摄影仍是采集建筑类遗产的主要方法，但这种采集手段仅能获取单体的结构信息或大尺度的现状特征，无法对城乡遗产多维和多尺度信息进行记录 ^[1-5] 。城乡遗产包含多种遗产类型，在数据采集和管理上更具挑战性。国外如Arches ^[6] 、SOCH ^[7] 等一些有名的WebGIS平台已成功集成遗产实体的空间和属性信息。在中国遗产保护领域，张弓等提出了基于移动GIS的城乡遗产数据采集系统 ^[8] ，熊焰、铁钟、王晴晴等将桌面GIS技术进行城乡遗产数据采集和处理管理 ^[9-11] 。

福州历史建筑和历史文化名城保护管理系统等 ^[12] 已对遗产资源数字化管理模式进行了探索，经验表明数据库是数字化管理的有效途径，但现有的工作流没有清晰的数据传导机制，会造成一定的信息丢失和重复低效的工作。因此，面向不同空间层级的城乡遗产和业务逻辑，需要在系统需求层面上进行抽象，使管理者发挥出更多创造力并开拓新的业务方向。综上，本文提出一种基于中台思维的、面向城乡遗产的数据采集系统建设方案，以满足灵活的数据收集需求，为全生命周期管理奠定坚实的数据基础。

目前遗产保护规划、设计及管理者在城乡文化遗产保护的相关工作中，仍缺乏系统级别的标准化、信息化工作基础。具体而言，在相关业务中涉及的倾斜摄影模型、正射影像、卫星遥感、CAD及GIS数据等尚未形成统一的数据库基础及数据底板，更无法对于人工智能、深度学习等新领域算法的数据再生产形成有效支撑。其次，基础数据、过程数据与成果数据频繁迭代的过程中，数据协同管理机制缺位不可避免地导致信息损耗以及数据反复。另外，业务部门在长年工作过程中利用了一系列的辅助工具，离散的工具性开发思维无法从数据生命周期出发，形成支撑、辅助城乡文化遗产保护及利用数字化技术支持产品交付的完整系统架构。从业务角度看，面向历史文化名城、名镇、名村、历史街区等不同空间层级规划，以及规划设计、产业策划运营管理等不同业务逻辑思维，各深耕纵向业务领域的过程中流程缺乏在系统层级足够的抽象、解耦与沉淀。

针对以上问题，本系统应当对相关工作中的 数据管理、数据协同、数据生产、方案展示能力 都进行提升。 研发目标如下： 首先，实现符合标准规范的全生命周期数据管理，逐渐积累城乡遗产数据资产；其次，实现符合业务流程需求的协同办公，避免频繁跨平台操作导致信息流失；同时，通过该系统可直接对接国土空间规划，打通上下游规划业务，可通过算法模型挖掘数据更大的价值，增强业务拓展可能性；最后，在项目成果上提供更灵活、不局限于图纸文字的方案展示手段。

本系统的设计核心理念是数据中台和业务中台的双轮驱动模式。 数据中台确保能够通过数据平台搭建标准的数据工作底板，并快速封装数据形成名城、街区、名镇等类型的保护规划数据产品给终端用户；同时，业务中台抽象出多类用户共同的业务需求，如外业调研数据填报、数据协同处理等，未来能够快速封装服务历史建筑的巡查管理、街区业态的运营测算和名城体检报告等业务场景。

图1. 数据采集系统架构图

该系统由基础设施层、信息资源层及应用层组成，并辅以统一的用户体系及标准规范体系实施系统研发建设。

（1）基础设施层是对网络环境、计算存储服务器等信息化基础设施，为系统运行提供稳定的基础支撑。 系统整体部署在阿里云服务器上。根据存储数据量和数据类型，搭建关系型数据库服务器和空间数据库服务器，根据调研平台和规划支持平台的业务需求搭建Web应用服务器。本系统在互联网环境运行，使用手机或电脑等可以连接互联网的设备均可访问系统。

（2）信息资源层通过统一规划，汇集内部外部数据，对不同来源的数据采用统一的标准进行处理和存储，并为应用层提供数据支撑。 系统数据来源包括基础数据导入、调研端录入、调研结果处理数据三类。根据数据格式需求搭建关系型数据库MySQL及非关系型数据库MongoDB，MySQL数据库主要用于存储业务数据、用户数据、系统管理数据等结构化数据，MongoDB主要用于存储调研数据、可视化展示数据等地理信息空间数据。以数据共享交换、抽取的接口规范为标准，对不同来源的数据进行逻辑检查和清洗后，采用统一的标准进行处理和存储。数据服务层主要提供数据交换的出口与入口，主要包括数据的展示和数据编辑。

（3）应用层包括统一用户、业务应用、应用支撑三个层面。 用户层面上，整个系统采用同一套用户系统，各子系统数据互通，可以通过微信、手机号注册。用户的权限根据机构和项目进行划分，并可以进行灵活配置。业务应用为整个系统的核心，分为调研应用及配置后台应用，其细分应用将于下一章节进行具体展开描述。应用支撑层面实现对业务应用的支撑，包括WebGIS服务、Web地图瓦片服务、负载均衡服务、WebService服务等。

本系统主要由移动端调研工具、桌面端调研平台和桌面端调研管理后台三部分组成。其中小程序与桌面端的功能几乎一致，但操作环境由移动端转为桌面网页端，是进行调研操作的主要界面；调研管理后台是进行数据传导的主要界面。在充分结合规划的调研业务流和数据流后，系统对调研业务完成了迭代。 调研移动端和桌面端的主要功能如下：

（1） 基于地图的数据交互查看： 电子地图、遥感影像、航飞正射影像、倾斜摄影三维模型和调研要素图层等多种图层的开关显示；

（2） 空间层级筛查： 特定的要素图层只在指定地图可视范围内才加载，而其他要素默认在任何可视范围内都会加载可见；

（3） 实时定位和GPS轨迹： 实时定位到移动端设备当前位置，通过GPS定位对行走轨迹进行记录；

（4） 调研内容填写： 对要素的空间信息、属性信息、照片信息等进行填写；

（5） 照片信息上传： 使用移动端设备或桌面文件夹上传照片信息；

（6） 调研完成度查看： 查看调研区域内要素信息填写的完成度；

（7） 调研图层展示： 通过要素某字段对调研图层进行可视化显示；

（8） 调研信息复制： 将基准要素的所有属性信息复制到选中的要素上；

（9） 影像数据（瓦片、倾斜摄影）叠加： 加载标准空间参考的航飞正射影像和倾斜摄影三位模型。

调研管理后台的主要功能如下：

（1） 调研项目配置 ： 配置项目的基本信息、配置调研图层的空间和字段信息、配置调研图层的显示、调研任务分配等；

（2） 调研数据管理： 将数据以shp、json或csv格式和照片压缩包的形式打包至邮箱；

（3） 调研用户管理及调研权限管理： 由机构管理员对用户的信息、各类操作权限进行设置。

图2. 移动端调研工具界面摘选

图3. 桌面端管理平台及调研工具界面摘选

目前，本系统已在我国六处不同规模的城乡聚落中进行了数据采集，采集范围由十几至几百公顷不等，包括历史文化名城、历史文化名镇、传统村落和传统街区等。本系统可快速采集、形成标准和准确的数据库，为规划设计提供支持。

在应用场景方面， 因为数据结构的标准和灵活性，规划设计人员可以根据项目的实际需求在模板上对数据库进行自定义设计：可通过厘清遗产本底以制定名城的保护策略、记录业态功能以支持历史城镇的运营规划、评估建筑类型以指导后续的空间设计。 在效率提升方面 （见表1），目前已累计超过三万条遗产要素记录，超过十个维度的属性和近100G照片，极大地提高了数据采集速率。采集速率已从过去的每人每天0.5公顷（约100个遗产资源）到提升至现在的每人每天3公顷（约600遗产资源）。实践案例表明，该系统可以很好地支撑我国城乡遗产全生命周期各场景的数据采集工作。

黄龙溪镇数据采集项目主要服务于后续古镇保护发展规划，业态数据是采集的重点，网络开源大数据如poi等无法对每一栋建筑（及开间）精准落位，因此在采集中着重 对业态、产权信息等进行记录。

表2. 黄龙溪镇信息采集数据结构表

图4. 黄龙溪项目信息采集页面截图

吉林名城数据采集项目主要服务于后续名城保护发展规划，对城市各个建筑遗产的性质如 是否为工业遗产、产权信息和年代等都需要特殊记录， 官方获取的数据多为文字描述并无空间上的对应，因此在采集中着重对此类信息等进行记录。

图5. 吉林名城项目信息采集页面截图

石屏名城数据采集项目主要服务于后续名城保护发展规划，该名城保存状况较好、历史文化资源点极其丰富且未进行大规模开发，当地文物和住建部门提供的资料也多为文字描述或坐标点位，对厘清资源现状造成很大的困扰，因此在采集中着重 对遗产的各类信息和各类历史环境要素等进行记录。

表4. 石屏县信息采集数据结构表

图6. 石屏名城项目信息采集页面截图

临海名城数据采集项目主要服务于后续名城保护发展规划，同样，当地文物和住建部门提供的资料也多为文字描述或坐标点位，因此在采集中着重 对遗产的各类信息和各类历史环境要素等进行记录。

黄阁镇数据采集项目主要服务于后续城市设计和历史地段更新，项目类型要求记录与尺度、材质、功能等与建筑风貌类型紧密相关的信息；同时也要求大量搜集建筑素材，如建筑整体和细部、街巷尺度和地形环境的信息为建筑设计提供有效支持，因此在采集中着重 对遗产的风貌类信息和照片等进行记录。

表6. 黄阁镇信息采集数据结构、采集效率和采集结果一览表

图8. 黄阁镇项目信息采集页面截图

洪洞老城数据采集项目主要服务于后续城市设计和历史地段更新，项目类型要求记录建筑功能和历史信息等内容，因此在采集中着重 对遗产的功能和产权、历史环境要素及历史信息等进行记录。

图9. 洪洞老城项目信息采集页面截图

综上，该系统可面向不同空间层级的城乡遗产管理和不同业务逻辑，为完整的生命周期管理奠定坚实的基础。同时，该系统可作为探索城乡遗产数字管理的基础，未来适用全生命周期管理的更多场景，如经数据采集后打包进入规划支持系统或保护管理系统等进行数据驱动设计、算法驱动决策的操作。并且，未来也可开放接口于公众、学术界和社会企业，从而使数据产生更大的社会和经济价值。

参考文献 （上滑查看全部）

*本文为2021中国城市规划年会论文。

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