三維定位技術(shù)下區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪方法研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0168-04

中圖分類號(hào)：X171.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Geological Mapping Method for Severe Pollution of Regional Vegetation Ecological Environment using Three - dimensional Positioning Technology

Zhang Miao，ZhangKai，Zhao Xiwu，Liu Yaming （ZhongjinEnvironmental TechnologyCo.，Ltd.，TaiyuanO3OoOO，China）

Abstract：VegetationsanimportantcomponentoftheEarth'sosystem，canfor“hatisandeect”duetregioalgeta tionecologicalltioichutrctsioalateangIndttivelyitorgeationolocalot polution，ageolicalapingodfveeltiofgioalatiologicaliontderemsal tioningtechnologysproposed.Thestudyidentifiedandlocatedpolltionsourcesbycombiningdatacollctedfromthesupercontium spectrumLiDARsystemandpositiondomainbased3DpositioingtechnologyBasedonthis，avegetationecologicalenvirontpolu tiondegreeevauationindexstemisstablisd，andteeavilyputedeasofthegeatiooloicaleviromentareend basedontheevaluationresults.Forhavilypolutedareas，GSisusedfordetailedgeologcalmappingworkTheexperimentalresults show that the three-dimensional spatial positioning error of this method is controlled within the range of ± 0.25m ，and the error range of the surveying results is controlled within ±1.0mm

Keywords;3Dpositioning technology；vegetationecologicalenvironment；severepolution；geologicalsurveyingandmapping；3D spatial model

前言

植被生長狀態(tài)和變化反映環(huán)境質(zhì)量，對(duì)生態(tài)平衡和人類安全至關(guān)重要[1]。但區(qū)域植被污染問題復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)監(jiān)測方法難以全面準(zhǔn)確反映。準(zhǔn)確劃分植被生態(tài)環(huán)境重度污染區(qū)域，對(duì)制定科學(xué)修復(fù)策略[2-3]、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。張東悅等[4]提出基于分層均勻采樣法的監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)方法，通過空間分層和模擬退火算法提升監(jiān)測點(diǎn)均勻性和代表性，但污染風(fēng)險(xiǎn)層劃分不準(zhǔn)確可能影響效果。王海洋等[5采集潼關(guān)礦區(qū)農(nóng)田土壤樣本，分析重金屬含量和分布，發(fā)現(xiàn) Hg，Cd 和Pb為主要污染元素，但樣本數(shù)量或分布問題可能影響全面評(píng)估。馮鋒等[利用隨機(jī)森林分析土壤鎘污染影響因子，構(gòu)建RF-XGBoost模型預(yù)測空間分布，但樣本采集和測試誤差影響結(jié)果。ZEPENGWANG等[7]以柳林縣為例，采用GIS技術(shù)和隨機(jī)森林模型評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害易感性，發(fā)現(xiàn)1：5樣本比例最佳。

地質(zhì)測繪作為一種重要的測繪技術(shù)手段，通過對(duì)地球表面的地形、地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行精確測量和描繪，可以獲取植被生長區(qū)域的地形地貌特征、土壤類型、地質(zhì)構(gòu)造等關(guān)鍵信息，進(jìn)而分析這些因素對(duì)植被生長和生態(tài)環(huán)境的影響。因此，提出三維定位技術(shù)下區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染區(qū)域的空間定位、污染程度評(píng)估以及污染源識(shí)別等功能的綜合應(yīng)用。

1基于位置域的污染源三維定位

受到地形復(fù)雜、資源有限等因素的影響，區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境的地質(zhì)數(shù)據(jù)可能存在缺失，導(dǎo)致研究的局限性。通過三維定位技術(shù)，可以獲取到污染源的空間分布、排放強(qiáng)度等關(guān)鍵信息，更加準(zhǔn)確地追溯污染源的位置和來源，從而全面反映區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境的污染狀況。因此，利用超連續(xù)譜激光雷達(dá)系統(tǒng)收集區(qū)域地理、環(huán)境、植被等相關(guān)數(shù)據(jù)[8]，對(duì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)施校正、去噪以及增強(qiáng)等預(yù)處理，由此提升所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

由于污染源往往會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生特定的影響，如形成特定的陰影或反射模式，這些特征可以在激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)中識(shí)別出來，并與陰影匹配位置解相結(jié)合，為污染源定位提供額外的信息。因此，基于預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，采用基于位置域的三維定位技術(shù)，通過確定GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）測距與陰影匹配位置解的加權(quán)平均值，得到區(qū)域范圍內(nèi)的整體位置解 x₀ ，公式描述見式（1）：

式（1）內(nèi)， x_Sp 和 W?Sp 分別表示陰影匹配位置解和權(quán)重矩陣， x_R 和 W_R 分別表示GNSS測距位置解和權(quán)重矩陣。

通過 x_Sp 和 x_R 的協(xié)方差矩陣倒數(shù)對(duì)其實(shí)施加權(quán)處理，為不同的數(shù)據(jù)源分配不同的權(quán)重，以更準(zhǔn)確地反映污染源的位置和污染狀況。

選取最小二乘估計(jì)在激光雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)中提取一組偽矩測量值與地形輔助高度測量值確定位置解。公式描述見式（2）：

式（2）內(nèi)， 和 分別表示估計(jì)的位置解向量和預(yù)期的位置解向量， H_G 和 W_p 分別表示測量矩陣和加權(quán)矩陣，和 分別表示測量向量和基于位置解向量預(yù)測的測量向量。

綜上，通過結(jié)合超連續(xù)譜激光雷達(dá)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)和基于位置域的三維定位技術(shù)，可以更精確地識(shí)別和定位污染源。

2 區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染地質(zhì)測繪

三維定位技術(shù)主要確定的是污染源的空間位置，但對(duì)于區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染的情況仍需要其他手段進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)測和分析。

針對(duì)區(qū)域三維空間模型，建立科學(xué)的區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染程度評(píng)估指標(biāo)體系與評(píng)估模型，通過三維定位技術(shù)中的GIS技術(shù)實(shí)施植被生態(tài)環(huán)境污染度計(jì)算和圖形顯示，并基于評(píng)估結(jié)果確定區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染區(qū)域。表1所示為區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)體系。

基于表1所示的區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)確定變量賦值，依照不同評(píng)估準(zhǔn)則生成相應(yīng)的屬性字段，并輸入GIS系統(tǒng)內(nèi)，以 1km×1km 為標(biāo)準(zhǔn)劃分柵格，在各個(gè)柵格中分別識(shí)別植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)，根據(jù)不同區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估準(zhǔn)則層的指標(biāo)疊加可以確定該區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估準(zhǔn)則的污染指數(shù)，通過全部區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估準(zhǔn)則的污染指數(shù)疊加確定區(qū)域植被生態(tài)

環(huán)境污染指數(shù)結(jié)果。

基于表1所示的區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)體系以及不同評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重確定結(jié)果，獲取區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染綜合指數(shù)，并進(jìn)行歸納，得到區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染度計(jì)算公式見式（3）：

單一區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染度 S_i 計(jì)算公式描述見式（3）：

式（3）內(nèi)， w_i 和 z_ij 分別表示區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算結(jié)果與不同區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染評(píng)估指標(biāo)賦值結(jié)果。

依照所得 S_i 值將區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染度從高至低劃分為四個(gè)等級(jí)，分別是無污染、輕度污染、中度污染與重度污染。

針對(duì)評(píng)估確定的植被生態(tài)環(huán)境重度污染區(qū)，采用三維定位技術(shù)中的GIS進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)測繪工作，利用雷達(dá)采集雷達(dá)相位中心至區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染點(diǎn)的距離向縮參考信號(hào)，集合距離波束的非線性變換得到區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染點(diǎn)的返回波信號(hào)，在此基礎(chǔ)上利用傅氏反變換將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換到空域中，由此利用GIS準(zhǔn)確記錄各個(gè)地質(zhì)測繪相關(guān)信息，并繪制地質(zhì)平面圖和剖面圖，完成區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪，

3 實(shí)驗(yàn)與分析

文章研究三維定位技術(shù)下區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪方法，選取中國某區(qū)域（如圖1所示）為研究對(duì)象，采用文章方法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪，所得研究區(qū)域植被生態(tài)污染現(xiàn)狀分布見圖1。

針對(duì)圖1所示的5個(gè)區(qū)域，采用文章方法對(duì)植被生態(tài)環(huán)境污染度進(jìn)行評(píng)估，所得結(jié)果見表2。

由表2可知，文章方法針對(duì)研究對(duì)象5個(gè)區(qū)域內(nèi)的植被生態(tài)環(huán)境污染度評(píng)估結(jié)果與各區(qū)域?qū)嶋H污染情況完全一致，這表明文章方法的評(píng)估結(jié)果較好，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境污染度評(píng)估。

在確定研究對(duì)象范圍內(nèi)的植被生態(tài)環(huán)境重度污染區(qū)域后，在重度污染區(qū)域布設(shè)若干個(gè)測繪點(diǎn)，采用高程比例尺對(duì)研究對(duì)象地質(zhì)圖像實(shí)施縮放處理，利用激光雷達(dá)技術(shù)實(shí)施多點(diǎn)影像采集，生成研究對(duì)象區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪點(diǎn)云圖。以此為基礎(chǔ)，整理測量的測繪數(shù)據(jù)，以表格形式呈現(xiàn)，對(duì)比同測繪點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)測繪結(jié)果與誤差是否符合實(shí)際測繪標(biāo)準(zhǔn)，所得結(jié)果見表3。

由表3可知，采用文章方法進(jìn)行地質(zhì)測繪時(shí)，測繪結(jié)果的誤差范圍均控制在 ±1.0mm 內(nèi)，該值符合中國地質(zhì)測繪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由此說明文章方法具有較高精度的三維空間定位性能，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)束語

為區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪提供新的思路和方法。提出三維定位技術(shù)下區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪方法。通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：文章提出的區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境重度污染地質(zhì)測繪方法能夠準(zhǔn)確評(píng)估植被生態(tài)環(huán)境的污染度，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況完全一致。采用文章方法進(jìn)行地質(zhì)測繪時(shí)，測繪結(jié)果的誤差范圍均控制在較小范圍內(nèi)，符合中國地質(zhì)測繪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，這充分證明了該方法在評(píng)估準(zhǔn)確性和可靠性方面具有顯著優(yōu)勢，能夠?yàn)橄嚓P(guān)決策者提供有力的數(shù)據(jù)支持。文章方法在三維空間定位性能方面表現(xiàn)出色，具有較高的精度和較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，有望為區(qū)域植被生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和治理提供有力的技術(shù)支持。

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