大學(xué)生“三下鄉(xiāng)”暑期社會實踐項目中三維可視化技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用探究

彭燕青　趙雅妮　江媚　余飛亞　曹紅進(jìn)

摘? ?要：近年來，隨著三維可視化技術(shù)的快速發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)，尤其是環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，而將三維可視化技術(shù)與環(huán)境環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域相結(jié)合，可更好地對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，從而更好地對環(huán)境進(jìn)行保護。本文就環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀、三維可視化技術(shù)的構(gòu)建和三維可視化技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行分析，旨在為今后的環(huán)境監(jiān)測等方面的發(fā)展和建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測? 三維可視化? 實時監(jiān)測? 三維模型

中圖分類號：X83? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0098-02

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們在生活水平提高的同時對環(huán)境的要求也越來越高，因此在信息技術(shù)高速發(fā)展的時代，將三維可視化技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域相結(jié)合，以三維空間模型為基礎(chǔ)，運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境信息自動采集、處理、傳輸?shù)?，將環(huán)境保護的重心轉(zhuǎn)移到環(huán)境監(jiān)測上，從而對環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)防、分析、預(yù)警等，推動環(huán)境信息向可視化、智能化方向發(fā)展，促進(jìn)環(huán)境與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，有利于更好地預(yù)防環(huán)境進(jìn)一步惡化，從而更好地對環(huán)境進(jìn)行保護。

1? 環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境監(jiān)測即是利用科學(xué)有效的方法對反映環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和測定。我國在70年代開始就對環(huán)保事業(yè)高度重視，不僅在技術(shù)、人才隊伍等方面得到迅速發(fā)展，還初步形成具有本國特色的環(huán)境監(jiān)測和管理體系[1]，為我國的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段，我國在環(huán)境監(jiān)測方面也取得了不錯的成績，其監(jiān)測能力不斷提升、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)日益完善，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2017年底，我國已經(jīng)設(shè)置了國家、省、市、縣四個層級的5000余個監(jiān)測站點，其中1436個國控監(jiān)測站遠(yuǎn)程質(zhì)控系統(tǒng)，部分監(jiān)測站在監(jiān)測的同時還采用自動化技術(shù)對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行科學(xué)管控，而且在監(jiān)測點數(shù)量不斷增加的同時，其監(jiān)測能力也在不斷提升。目前市場上對于環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)也層出不窮，其中最有代表性的就是環(huán)境監(jiān)測中的3S技術(shù)，將衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)以及遙感技術(shù)系統(tǒng)三者有機結(jié)合，在水資源和濕地環(huán)境監(jiān)測上得到了廣泛應(yīng)用。但是目前市場上監(jiān)測設(shè)備在獲取數(shù)據(jù)還存在一定的問題，如無法實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示等，從而無法實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)向智能化、可視化方向發(fā)展。

2? 三維可視化技術(shù)的構(gòu)建

三維可視化技術(shù)主要就是以三維空間模型為基礎(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)作為傳輸紐帶、信息數(shù)據(jù)采集作為工具、web網(wǎng)頁為顯示方式，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)實時采集、顯示，從而實現(xiàn)可視化，而且這樣可還原真實場景。運用這種技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測過程中有著極大的幫助。

2.1 三維場景構(gòu)建

三維場景構(gòu)建是三維可視化平臺的關(guān)鍵，主要利用三維激光掃描儀對實景進(jìn)行掃描，從而獲得實景點云數(shù)據(jù)，但進(jìn)行掃描時，因機器誤差、環(huán)境、天氣、物體結(jié)構(gòu)等因素，會導(dǎo)致獲取的點云數(shù)據(jù)存在一些噪點、空洞等，將會嚴(yán)重影響點云數(shù)據(jù)的拼接精度，因此將掃描獲得的點云數(shù)據(jù)先進(jìn)行預(yù)處理，從而提高點云數(shù)據(jù)精度，使得數(shù)據(jù)拼接的誤差更小。對點云數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，將處理后的點云導(dǎo)入scene（Focus3D? X330激光掃描儀配套點云數(shù)據(jù)處理軟件）軟件中，提取標(biāo)靶點，利用標(biāo)靶拼接原理，以其特征為基礎(chǔ)，進(jìn)行定位管理，最后進(jìn)行模型細(xì)節(jié)處理，從而拼接合并為完整的三維場景，從而構(gòu)建完整的三維可視化平臺，在進(jìn)行環(huán)境治理時，可更快的找到污染源頭，進(jìn)行定位監(jiān)測。

2.2 信息采集與傳輸

信息數(shù)據(jù)的采集主要利用各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要傳感器有PM2.5、PM10、溫濕度、PH、TOC、電導(dǎo)率、ORP等傳感器，對環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。將傳感器采集上來的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入數(shù)據(jù)處理終端與計算機存儲器中，經(jīng)過A/D處理后，傳輸進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)器，再進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)基站，基站以TCP/IP的處理方式發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送到后臺三維可視化系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)三維信息數(shù)據(jù)的采集與傳輸。

2.3 信息智能化

三維可視化平臺以三維空間模型為基礎(chǔ)，信息數(shù)據(jù)為紐帶，用PHP技術(shù)調(diào)用數(shù)據(jù)庫文件，將分布在空間的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使其可以能隨時對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用。推動空間數(shù)據(jù)向著集成化、動態(tài)化、智能化發(fā)展。同時利用各種大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)架構(gòu)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的分析與挖掘，實現(xiàn)動態(tài)預(yù)警、查詢等，達(dá)到真正意義的可視化、智能化。

3? 三維可視化技術(shù)在環(huán)境污染防治中的具體應(yīng)用

環(huán)境監(jiān)測是多層面的，不僅有水質(zhì)監(jiān)測、空氣檢測、生態(tài)監(jiān)測等，通過傳感器對環(huán)境情況進(jìn)行實時采集、傳輸、分析，從而對環(huán)境情況進(jìn)行分析處理。

3.1 水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

對于環(huán)境監(jiān)測中水質(zhì)監(jiān)測是非常重要的，而三維可視化技術(shù)推動了水質(zhì)監(jiān)測的進(jìn)一步發(fā)展。水質(zhì)檢測主要是利用和中傳感器設(shè)備或視頻監(jiān)測系統(tǒng)，對水質(zhì)情況進(jìn)行監(jiān)測，而傳感器的置放位置對于污染源的確定極其重要，且不同污染源會因為密度的不一樣，對水體也會產(chǎn)生不一樣的污染情況。因此利用三維可視化平臺，將水體情況形成三維空間可視化，傳感器對水質(zhì)情況全方位實時監(jiān)測，并進(jìn)行實時定位，最快幫助工作人員確定污染源頭，且在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，可方便工作人員作出正確的處理方式。

3.2 大氣監(jiān)測中的應(yīng)用

在社會經(jīng)濟發(fā)展中，大氣污染是城市快速發(fā)展所帶來的后果，因此對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測對于我們的生活至關(guān)重要，將三維可視化技術(shù)應(yīng)用于大氣空氣監(jiān)測中，對大氣污染的監(jiān)測水平可進(jìn)一步提升。通過布設(shè)多個自動監(jiān)測站點，以三維可視化技術(shù)，對相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)三維場景構(gòu)建，針對三維真實場景的實際情況，進(jìn)行網(wǎng)格化布局，布設(shè)傳感器監(jiān)測設(shè)備，保證對大氣污染的監(jiān)測區(qū)域與效率達(dá)到最大。并通過傳感器對空氣質(zhì)量進(jìn)行采集，傳輸進(jìn)入后臺管理系統(tǒng)，方便監(jiān)測人員更好的對空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。

3.3 生態(tài)與其他環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

三維可視化技術(shù)在生態(tài)和其他環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用中都發(fā)揮著很多的優(yōu)勢，通過三維激光掃描進(jìn)行三維模型構(gòu)建，并在指定地點安裝各種傳感器，進(jìn)行空間定位、實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)實時采集，并根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的動態(tài)化，讓數(shù)據(jù)智能化、可視化，為環(huán)境污染情況等監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)測提供依據(jù)，實現(xiàn)環(huán)境自動監(jiān)測。

4? 三維可視化技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的發(fā)展措施

4.1 加強環(huán)境監(jiān)測技術(shù)人員的培訓(xùn)

三維可視化技術(shù)中環(huán)境監(jiān)測技術(shù)人員的工作質(zhì)量、準(zhǔn)確效率等直接影響環(huán)境監(jiān)測的效率，因此對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)、實際操作能力等具有較高的要求。由于我國對環(huán)境監(jiān)測投入的時間較短，部分地區(qū)對環(huán)境監(jiān)測概念等認(rèn)識不夠深入，導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏真實性、準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而影響污染治理等正確性。因此在實際環(huán)境監(jiān)測過程中，通過提高監(jiān)測技術(shù)人員水平、素質(zhì)，加大培養(yǎng)力度，完善相關(guān)人員的質(zhì)量控制準(zhǔn)則，制定三維可視化平臺的操作指引等，確保相關(guān)員工科學(xué)合理使用三維可視化技術(shù)，從而不斷提升環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量，以保證數(shù)據(jù)的科學(xué)合理與真實，為環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)支持。同時大力引進(jìn)專業(yè)的技術(shù)人才，推進(jìn)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

4.2 全面提升環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

隨著我國信息時代的發(fā)展，我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也正在逐漸發(fā)展，雖然我國的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)初步形成，但由于環(huán)境監(jiān)測的投入巨大，投資資金不足，導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測相關(guān)配套設(shè)施無法得到落實。因此應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)新型技術(shù)，提高環(huán)境質(zhì)量，滿足社會環(huán)保訴求。同時利用多樣化的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，以三維可視化平臺為基礎(chǔ)，融入自適應(yīng)環(huán)保大數(shù)據(jù)共享、處理平臺[2]，對環(huán)境情況進(jìn)行實時監(jiān)控的同時，對相關(guān)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行全方位監(jiān)管，提高各項數(shù)據(jù)的處理效率與效果，從而更好的為監(jiān)測技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)支撐，提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，更好的尋找污染物，為環(huán)境監(jiān)測部門提供可靠數(shù)據(jù)。

4.3 加大政府投資力度

在環(huán)境監(jiān)測工作中，政府應(yīng)該加大資金投入力度，提高監(jiān)測設(shè)備的裝備水平、加大技術(shù)人員的培養(yǎng)投入與監(jiān)測站的建設(shè)力度、引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，從而提升環(huán)境監(jiān)測水平的水平[3]。同時加大與民營企業(yè)的合作，壯大環(huán)境監(jiān)測隊伍。

4.4 完善環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督機制

環(huán)境監(jiān)測在技術(shù)不斷更新的同時更需要進(jìn)一步加強管理，但目前環(huán)境監(jiān)測管理體制存在很大的問題，缺乏對各種環(huán)境監(jiān)測的約束與監(jiān)督，甚至部分機構(gòu)為了個人利益篡改數(shù)據(jù)、售賣數(shù)據(jù)等，嚴(yán)重影響環(huán)境監(jiān)測等發(fā)展。因此需完善環(huán)境監(jiān)測等監(jiān)督機制，建立三維可視化平臺規(guī)章制度，在一定程度下提高環(huán)境監(jiān)測的透明度，完善環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)監(jiān)管各類設(shè)備，保證設(shè)備質(zhì)量達(dá)標(biāo);根據(jù)各地區(qū)特點，簡化工作管理體制，保證環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理體系科學(xué)性和有序性;完善各地區(qū)環(huán)境保護體系，明確地區(qū)環(huán)保部門體系要求，對環(huán)境監(jiān)測管理、保護工作進(jìn)行有效執(zhí)行[4]。從本質(zhì)上解決環(huán)境保護問題;使環(huán)保監(jiān)測機制的作用在工作中充分發(fā)揮優(yōu)勢。

5? 結(jié)語

綜上所述，隨著我國的發(fā)展，我國環(huán)境問題也越來越嚴(yán)重，空氣污染、水質(zhì)污染等問題逐漸凸顯出來，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測也就顯得越來越重要。因此三維可視化技術(shù)的出現(xiàn)，在環(huán)境監(jiān)測方面不僅可提高環(huán)境監(jiān)測水平，還可提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和精確性等。希望能為我國的環(huán)境監(jiān)測工作有一定的指導(dǎo)作用，促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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