三維GIS生態(tài)環(huán)保系統(tǒng)技術(shù)研究

摘?要：該系統(tǒng)以高精度航空影像、傾斜三維模型為基礎(chǔ)，使用三維地理信息空間分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)平臺(tái)，多種應(yīng)用”，通過(guò)建立區(qū)域基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)域污染物分析、監(jiān)控等管理模型，讓污染源監(jiān)督管理和區(qū)域污染物總量管理的空間化、規(guī)范化和動(dòng)態(tài)化，最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保的三維信息化管理，有效助力環(huán)境治理。

關(guān)鍵詞：三維;GIS;互聯(lián)網(wǎng);生態(tài)環(huán)保;信息系統(tǒng)

一、 引言

習(xí)近平總書記曾在十九大報(bào)告中指出，堅(jiān)持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策。隨著環(huán)?？萍蓟⑿畔⒒耐七M(jìn)以及三維可視化信息平臺(tái)應(yīng)用日趨成熟，建設(shè)三維環(huán)保平臺(tái)成為支持保護(hù)環(huán)境基本國(guó)策的有效方法。

以高精度航空影像、傾斜三維模型為基礎(chǔ)，結(jié)合地面監(jiān)控、監(jiān)測(cè)傳感器等數(shù)據(jù)，融合了人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并在三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用的一套輔助生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、治理、規(guī)劃、推廣的系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保的三維信息化管理，有效助力環(huán)境治理。

二、 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要分為五層，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)中心、平臺(tái)服務(wù)層、應(yīng)用層以及客戶端展示。

（一）數(shù)據(jù)采集層

通過(guò)航空攝影、衛(wèi)星影像、無(wú)人機(jī)航測(cè)獲取遙感信息數(shù)據(jù);通過(guò)視頻監(jiān)控設(shè)備、傳感器、手持設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)中心包括基礎(chǔ)地理信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)框架數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)環(huán)保業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)環(huán)保屬性信息數(shù)據(jù)庫(kù)、文件存儲(chǔ)系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、GIS分發(fā)服務(wù)器，對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用層、平臺(tái)支撐層提供數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用和服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入、訪問(wèn)與管理。

（三）平臺(tái)服務(wù)層連接數(shù)據(jù)層與業(yè)務(wù)應(yīng)用層，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)架構(gòu)和數(shù)據(jù)解析服務(wù)、空間信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)并進(jìn)行監(jiān)控，保證了系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

（四）應(yīng)用層具體業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)層面，提供包括遙感監(jiān)管、AloT監(jiān)管、環(huán)境治理、生態(tài)環(huán)保以及公眾推廣等功能。

（五）客戶端層

系統(tǒng)的最終具體的展示平臺(tái)，目前支持PC、移動(dòng)終端、大屏等多種設(shè)備。

三、 系統(tǒng)特點(diǎn)

（一）高精度遙感技術(shù)

飛燕三維生態(tài)環(huán)保平臺(tái)是基于高精度的遙感數(shù)據(jù)建立的。通過(guò)衛(wèi)星影像、航空遙感、無(wú)人機(jī)航測(cè)等多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證了平臺(tái)所需的真彩色影像、彩虹外、高光譜、點(diǎn)云等各類型數(shù)據(jù)，并通過(guò)解譯算法對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解析展示，實(shí)現(xiàn)生態(tài)信息的多維度監(jiān)控，助力環(huán)境治理。

（二）地理信息技術(shù)

平臺(tái)使用了行政區(qū)劃信息數(shù)據(jù)、地塊數(shù)據(jù)、排污點(diǎn)及污水處理設(shè)施分布以及重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域分布等地理信息數(shù)據(jù)，通過(guò)空間分析、空間運(yùn)算等地理信息技術(shù)，讓生態(tài)環(huán)境監(jiān)管更可靠，環(huán)境治理有據(jù)可依有理可循。

（三）空間定位技術(shù)

使用北斗或GPS系統(tǒng)獲取環(huán)境治理人員的地理位置，為空間分析提供更精準(zhǔn)的位置信息。

（四）智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

系統(tǒng)涵蓋了視頻監(jiān)控、環(huán)境檢測(cè)傳感器、環(huán)境管理信息統(tǒng)計(jì)等各種數(shù)據(jù)信息，以一個(gè)平臺(tái)的形式將這些信息綜合起來(lái)，將實(shí)物與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管。

四、 業(yè)務(wù)應(yīng)用

（一）遙感監(jiān)管

1. 植被分析

通過(guò)對(duì)不同時(shí)期遙感影像的植被情況進(jìn)行分析、比對(duì)，通過(guò)NDVI（歸一化植被指數(shù)）得出時(shí)間段內(nèi)的植被覆蓋的變化情況，并在底圖上進(jìn)行可視化處理。通過(guò)植被覆蓋及長(zhǎng)勢(shì)情況，從側(cè)面可以觀察掌握相關(guān)的污染治理情況。

2. 黃藻易發(fā)區(qū)檢測(cè)

可以對(duì)前期獲取的航攝影像結(jié)合往年黃藻發(fā)生區(qū)域，從光譜層面篩選疑似黃藻生長(zhǎng)區(qū)域，并在地圖上標(biāo)識(shí)，結(jié)合該區(qū)域的污染物年均值等數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管控。

3. 水質(zhì)變化

通過(guò)影像的高光譜信息對(duì)水體部分進(jìn)行處理、分類，結(jié)合光譜反射率對(duì)比（反射率低為污染水體）將疑似黑臭水體部分標(biāo)識(shí)為紅色，正常水體為藍(lán)色。通過(guò)不同年限的影像對(duì)比，獲取水體變化情況。

4. 排污口動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

通過(guò)水下污染物檢測(cè)傳感器結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)對(duì)排污口進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從該頁(yè)面可以看到排污口污染物排放超標(biāo)情況，以及隨著時(shí)間推移，模擬污染物的擴(kuò)散情況。

（二）AloT監(jiān)管

1. 污水處理監(jiān)控

將個(gè)污水處理廠的監(jiān)控視頻畫面與地理位置關(guān)聯(lián)，可實(shí)時(shí)瀏覽各監(jiān)控畫面。

2. 重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控管理

對(duì)重點(diǎn)區(qū)域排工業(yè)增加值、用水量、排水量、回用后排水量等數(shù)據(jù)作監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，可以通過(guò)并將這些數(shù)值在各工業(yè)區(qū)的分布情況以餅狀圖的形式展現(xiàn)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的排污情況精確掌握，便于制訂相應(yīng)管理策略。

3. 水質(zhì)管理

（1）人口經(jīng)濟(jì)

生態(tài)環(huán)境的改變多數(shù)與人類活動(dòng)有關(guān)。此模塊主要通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析過(guò)去人口經(jīng)濟(jì)情況，分析預(yù)測(cè)之后的發(fā)展趨勢(shì)，并以此對(duì)生態(tài)環(huán)保治理方針做出調(diào)整。

（2）規(guī)劃削減對(duì)主要污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控并做統(tǒng)計(jì)，查看生態(tài)環(huán)境規(guī)劃政策實(shí)行以來(lái)，污染物排放量的變化情況，以做調(diào)整修改。

（3）水質(zhì)變化針對(duì)保護(hù)水域，監(jiān)測(cè)水質(zhì)中的主要污染物變化情況，對(duì)整體水質(zhì)變化實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)。

（4）排放分析

污染來(lái)源主要為生活與工業(yè)排放兩種類別，對(duì)這兩種不同污染情況進(jìn)行監(jiān)控分析，預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，做到分類監(jiān)控、分級(jí)管理、分級(jí)治理。

（三）環(huán)境治理

新增對(duì)水土流失防治、蘆葦以及沉水植物收割、排干溝凈化等多方面環(huán)境治理措施的規(guī)劃、實(shí)施、監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控整年度水土流失工程防治及完成情況，對(duì)每個(gè)生態(tài)環(huán)保項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、經(jīng)費(fèi)預(yù)算以及區(qū)域面積等信息進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析。

（四）生態(tài)環(huán)保理念宣傳

持續(xù)推進(jìn)生態(tài)環(huán)保戰(zhàn)略，提升生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，不僅要從發(fā)現(xiàn)、治理、監(jiān)控等多手段齊頭并進(jìn)，也要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)保理念的宣傳。集保護(hù)區(qū)文化、生態(tài)教育、宣傳為一體，通過(guò)三維仿真生態(tài)保護(hù)區(qū)的構(gòu)建，將保護(hù)區(qū)現(xiàn)在、歷史變遷、珍稀物種概括等一一展現(xiàn)，起到宣傳教育的意義。

通過(guò)保護(hù)區(qū)域各時(shí)期的航攝影像，從以大時(shí)間跨度向用戶直觀展示地區(qū)的歷史變遷及環(huán)境變化。并且以一張圖的形式展現(xiàn)生態(tài)保護(hù)區(qū)域內(nèi)存在的保護(hù)物種的棲息分布范圍，通過(guò)珍稀物種棲息地的監(jiān)控視頻聯(lián)接，能夠?qū)崟r(shí)觀察到棲息地的情況，并且聯(lián)動(dòng)介紹珍稀物種概況，從多方面了解這些珍稀物種。

（五）公眾推廣

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)客戶端以及微信小程序等移動(dòng)端應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)前公眾最普遍的生活學(xué)習(xí)模式，在對(duì)公眾實(shí)現(xiàn)信息推廣方面，與微信公眾平臺(tái)對(duì)接，做到消息一鍵式發(fā)布，群眾通過(guò)手機(jī)微信隨時(shí)隨地能夠收取查看。

對(duì)內(nèi)部管理人員，借助手機(jī)操作的便捷性，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，讓領(lǐng)導(dǎo)能夠隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)督管理，職員能夠隨時(shí)查看、處理事務(wù)，輔助日常工作。

作者簡(jiǎn)介：鄭誠(chéng)慧，飛燕航空遙感技術(shù)有限公司江蘇分公司。