三維GIS生態環保系統技術研究

摘?要：該系統以高精度航空影像、傾斜三維模型為基礎，使用三維地理信息空間分析技術，實現了“一個平臺，多種應用”，通過建立區域基礎地理信息數據庫和區域污染物分析、監控等管理模型，讓污染源監督管理和區域污染物總量管理的空間化、規范化和動態化，最終實現生態環保的三維信息化管理，有效助力環境治理。

關鍵詞：三維;GIS;互聯網;生態環保;信息系統

一、 引言

習近平總書記曾在十九大報告中指出，堅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，堅持節約資源和保護環境的基本國策。隨著環保科技化、信息化的推進以及三維可視化信息平臺應用日趨成熟，建設三維環保平臺成為支持保護環境基本國策的有效方法。

以高精度航空影像、傾斜三維模型為基礎，結合地面監控、監測傳感器等數據，融合了人工智能與物聯網技術，并在三維地理信息系統平臺上進行實施應用的一套輔助生態環境監管、治理、規劃、推廣的系統，最終實現生態環保的三維信息化管理，有效助力環境治理。

二、 系統構成

系統主要分為五層，分別為數據采集層、數據中心、平臺服務層、應用層以及客戶端展示。

（一）數據采集層

通過航空攝影、衛星影像、無人機航測獲取遙感信息數據;通過視頻監控設備、傳感器、手持設備等物聯網技術獲得業務數據和監測數據。

（二）數據中心包括基礎地理信息空間數據庫、系統框架數據庫、生態環保業務空間數據庫、生態環保屬性信息數據庫、文件存儲系統。通過數據庫驅動和空間數據庫引擎、GIS分發服務器，對業務應用層、平臺支撐層提供數據庫調用和服務接口，實現數據的接入、訪問與管理。

（三）平臺服務層連接數據層與業務應用層，為業務系統提供基礎架構和數據解析服務、空間信息服務，實現系統對數據的訪問并進行監控，保證了系統正常的運行。

（四）應用層具體業務功能實現層面，提供包括遙感監管、AloT監管、環境治理、生態環保以及公眾推廣等功能。

（五）客戶端層

系統的最終具體的展示平臺，目前支持PC、移動終端、大屏等多種設備。

三、 系統特點

（一）高精度遙感技術

飛燕三維生態環保平臺是基于高精度的遙感數據建立的。通過衛星影像、航空遙感、無人機航測等多種方式進行數據采集，保證了平臺所需的真彩色影像、彩虹外、高光譜、點云等各類型數據，并通過解譯算法對遙感數據進行解析展示，實現生態信息的多維度監控，助力環境治理。

（二）地理信息技術

平臺使用了行政區劃信息數據、地塊數據、排污點及污水處理設施分布以及重點保護區域分布等地理信息數據，通過空間分析、空間運算等地理信息技術，讓生態環境監管更可靠，環境治理有據可依有理可循。

（三）空間定位技術

使用北斗或GPS系統獲取環境治理人員的地理位置，為空間分析提供更精準的位置信息。

（四）智能物聯網技術

系統涵蓋了視頻監控、環境檢測傳感器、環境管理信息統計等各種數據信息，以一個平臺的形式將這些信息綜合起來，將實物與網絡連接，實現生態環境問題的智能化識別、定位、跟蹤、監管。

四、 業務應用

（一）遙感監管

1. 植被分析

通過對不同時期遙感影像的植被情況進行分析、比對，通過NDVI（歸一化植被指數）得出時間段內的植被覆蓋的變化情況，并在底圖上進行可視化處理。通過植被覆蓋及長勢情況，從側面可以觀察掌握相關的污染治理情況。

2. 黃藻易發區檢測

可以對前期獲取的航攝影像結合往年黃藻發生區域，從光譜層面篩選疑似黃藻生長區域，并在地圖上標識，結合該區域的污染物年均值等數據，對區域進行監測、管控。

3. 水質變化

通過影像的高光譜信息對水體部分進行處理、分類，結合光譜反射率對比（反射率低為污染水體）將疑似黑臭水體部分標識為紅色，正常水體為藍色。通過不同年限的影像對比，獲取水體變化情況。

4. 排污口動態監測

通過水下污染物檢測傳感器結合地理信息數據對排污口進行實時的監控，從該頁面可以看到排污口污染物排放超標情況，以及隨著時間推移，模擬污染物的擴散情況。

（二）AloT監管

1. 污水處理監控

將個污水處理廠的監控視頻畫面與地理位置關聯，可實時瀏覽各監控畫面。

2. 重點區域監控管理

對重點區域排工業增加值、用水量、排水量、回用后排水量等數據作監測統計，可以通過并將這些數值在各工業區的分布情況以餅狀圖的形式展現，對重點區域的排污情況精確掌握，便于制訂相應管理策略。

3. 水質管理

（1）人口經濟

生態環境的改變多數與人類活動有關。此模塊主要通過統計分析過去人口經濟情況，分析預測之后的發展趨勢，并以此對生態環保治理方針做出調整。

（2）規劃削減對主要污染物進行實時的監控并做統計，查看生態環境規劃政策實行以來，污染物排放量的變化情況，以做調整修改。

（3）水質變化針對保護水域，監測水質中的主要污染物變化情況，對整體水質變化實時監控，對變化趨勢做出預測。

（4）排放分析

污染來源主要為生活與工業排放兩種類別，對這兩種不同污染情況進行監控分析，預測變化趨勢，做到分類監控、分級管理、分級治理。

（三）環境治理

新增對水土流失防治、蘆葦以及沉水植物收割、排干溝凈化等多方面環境治理措施的規劃、實施、監控，實時監控整年度水土流失工程防治及完成情況，對每個生態環保項目的負責人、經費預算以及區域面積等信息進行詳細的統計分析。

（四）生態環保理念宣傳

持續推進生態環保戰略，提升生態可持續發展，不僅要從發現、治理、監控等多手段齊頭并進，也要加強生態環保理念的宣傳。集保護區文化、生態教育、宣傳為一體，通過三維仿真生態保護區的構建，將保護區現在、歷史變遷、珍稀物種概括等一一展現，起到宣傳教育的意義。

通過保護區域各時期的航攝影像，從以大時間跨度向用戶直觀展示地區的歷史變遷及環境變化。并且以一張圖的形式展現生態保護區域內存在的保護物種的棲息分布范圍，通過珍稀物種棲息地的監控視頻聯接，能夠實時觀察到棲息地的情況，并且聯動介紹珍稀物種概況，從多方面了解這些珍稀物種。

（五）公眾推廣

隨著移動互聯網的發展，移動客戶端以及微信小程序等移動端應用已經成為當前公眾最普遍的生活學習模式，在對公眾實現信息推廣方面，與微信公眾平臺對接，做到消息一鍵式發布，群眾通過手機微信隨時隨地能夠收取查看。

對內部管理人員，借助手機操作的便捷性，實現移動辦公，讓領導能夠隨時進行監督管理，職員能夠隨時查看、處理事務，輔助日常工作。

作者簡介：鄭誠慧，飛燕航空遙感技術有限公司江蘇分公司。