以生態(tài)環(huán)境為核心的實(shí)景三維信息管理平臺的構(gòu)建及其應(yīng)用技術(shù)探究摘要：為了提高城市環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的效率，需要改變城市環(huán)境污染的治理模式，利用實(shí)景三維技術(shù)賦能城市環(huán)境治理。通過明確實(shí)景三維技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，闡述了實(shí)景三維技術(shù)在城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的系統(tǒng)層級、關(guān)鍵技術(shù)與模塊建設(shè)，旨在依托實(shí)景三維關(guān)鍵技術(shù)，接入生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，探索大氣、噪聲、污水等業(yè)務(wù)對象全新管理方式，提升業(yè)務(wù)主管部門治理水平。關(guān)鍵詞：實(shí)景三維技術(shù)生態(tài)環(huán)境環(huán)境保護(hù)物聯(lián)感知Explorationoftheconstructionofareal-life3DinformationmanagementplatformcenteredonecologicalenvironmentanditsapplicationtechnologyQINYonggongGuizhouFirstSurveyingandMappingInstitute，Guiyang，GuizhouProvince，550025ChinaAbstract：Inordertoimprovetheefficiencyofurbanenvironmentalmonitoringsystems，itisnecessarytochangethegovernancemodeofurbanenvironmentalpollutionandempowerurbanenvironmentalgovernancewithrealistic3Dtechnology.Byclarifyingtheapplicationgoalsofrealistic3Dtechnology，andonthisbasis，thisarticleelaboratesonthesystemhierarchy，keytechnologies，andmoduleconstructionofrealistic3Dtechnologyinurbanecologicalenvironmentconstruction.Theaimistorelyonrealistic3Dkeytechnologies，integrateInternetofThings（IoT）perceptiondatainthefieldofecologicalenvironment，explorenewmanagementmethodsforbusinessobjectssuchasatmosphere，noise，andsewage，andimprovethegovernancelevelofbusinesssupervisorydepartments.KeyWords：Realistic3Dtechnology;Ecologicalenvironment;Environmentalprotection;IoT"perception在“一帶一路”倡議的引領(lǐng)下，我國正逐步完善由氣象、資源、環(huán)境、海洋、高分等多種類觀測衛(wèi)星組成的觀測網(wǎng)絡(luò)，并建立了相應(yīng)的應(yīng)用體系。國家發(fā)改委發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》著重指出，要加強(qiáng)國家與地方各級生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同與整合。為響應(yīng)國家政策，在地方政府部門開展的自然資源變化對生態(tài)影響遙感監(jiān)測成果基礎(chǔ)上，充分利用實(shí)景三維技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建一個(gè)以生態(tài)環(huán)境為核心的實(shí)景三維信息管理平臺，并持續(xù)優(yōu)化與完善，滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求。1目標(biāo)分析1.1建設(shè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管框架借助生態(tài)環(huán)境實(shí)景三維信息化管理平臺的構(gòu)建，將各類監(jiān)控子系統(tǒng)融為一個(gè)綜合系統(tǒng)，對項(xiàng)目用地生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行全面追蹤與精準(zhǔn)把握，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)策略的制定提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。依托3D-GIS結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境信息的直觀展示與深入分析[1]。1.2建立區(qū)域生態(tài)環(huán)境信息資源共享平臺完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)控管理框架，制定并執(zhí)行一系列管理制度和流程，以保障信息資源的有效流通與共享。1.3以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心，聚焦生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”期間，地方政府部門開展的自然資源變化對生態(tài)影響遙感監(jiān)測成果，是從生態(tài)系統(tǒng)格局、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、生態(tài)環(huán)境問題等多方面分析、評價(jià)得到的系列成果數(shù)據(jù)。再運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，整合重大基礎(chǔ)設(shè)施如“天空-地面”等多源觀測數(shù)據(jù)，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的核心問題進(jìn)行深入研究，為政府及相關(guān)決策部門提供科學(xué)、精準(zhǔn)的政策建議。2系統(tǒng)層級該系統(tǒng)涵蓋前端感知層、基礎(chǔ)設(shè)施支撐層、數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)存儲與管理層、應(yīng)用服務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層、智能展示層等層次。通過實(shí)施“三同時(shí)”管理策略（即環(huán)保設(shè)施與主體工程同步設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)），對環(huán)保相關(guān)資料進(jìn)行系統(tǒng)性收集與分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測主要環(huán)境因素，并以直觀形式展現(xiàn)環(huán)保工作進(jìn)展。此舉顯著提升了環(huán)境應(yīng)急信息化的能力，滿足了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警自動化與輔助決策智能化的迫切需求。3關(guān)鍵技術(shù)3.1物聯(lián)感知數(shù)據(jù)接入技術(shù)城市物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)廣泛涵蓋了監(jiān)測視頻、車載導(dǎo)航資訊、移動基站數(shù)據(jù)以及各類移動終端數(shù)據(jù)等多元信息源。在水體、大氣、聲學(xué)等多樣化的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測場景中，還部署有多種類型、檢測手段及數(shù)據(jù)格式的傳感器網(wǎng)絡(luò)。針對當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的難題，可以采取物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，通過射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[2]。3.2視聽數(shù)據(jù)視聽數(shù)據(jù)主要來源于汽車尾氣監(jiān)測、噪聲監(jiān)測等環(huán)境感知領(lǐng)域，包括視頻、圖像、聲音等多種形式，這些數(shù)據(jù)通常以數(shù)據(jù)流的方式傳輸并應(yīng)用。以視頻監(jiān)測為突破口，采用VGateway技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同廠商視頻終端的連接，支持ONVIF標(biāo)準(zhǔn)的流媒體傳輸，并兼容RTSP、RTMP、HLS等多種通信協(xié)議。通過將監(jiān)測裝置的空間位置、姿態(tài)等信息與視頻流進(jìn)行精確匹配，實(shí)現(xiàn)了視頻流與實(shí)景三維環(huán)境的無縫融合，從而提供直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)展示。此外，該系統(tǒng)還支持對特定設(shè)備及頻道的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽，以及歷史圖像的快速檢索與回放。3.3表單數(shù)據(jù)表單數(shù)據(jù)主要由水環(huán)境監(jiān)測、大氣環(huán)境監(jiān)測、污染源監(jiān)測等領(lǐng)域的傳感器采集，并經(jīng)過初步處理后以結(jié)構(gòu)化的文本形式傳輸和應(yīng)用。此類數(shù)據(jù)的接入流程包括物聯(lián)協(xié)議適配、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備位置信息與事件信息的采集等步驟。通過利用設(shè)備位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了表單數(shù)據(jù)與實(shí)景三維環(huán)境的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，從而在三維空間中直觀地展示并管理這些感知數(shù)據(jù)。此外，該系統(tǒng)還具備實(shí)時(shí)事故響應(yīng)能力，支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和數(shù)據(jù)的安全訪問控制。3.4多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)以實(shí)景三維數(shù)據(jù)為核心，整合諸如遙感影像等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)，旨在構(gòu)建一個(gè)全面統(tǒng)一的立體空間框架，以便各類數(shù)據(jù)在該3D環(huán)境中實(shí)現(xiàn)直觀展示。聚焦于多源、多格式、空間與非空間、結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的空間語義關(guān)聯(lián)性，通過時(shí)空尺度的融合方法，實(shí)現(xiàn)地理編碼、地址匹配等多種數(shù)據(jù)類型與三維場景的深度融合，以解決視頻、傳感器等多元數(shù)據(jù)類型與三維場景融合所面臨的挑戰(zhàn)[3]。3.5生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整合，其核心在于將各類生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)與相應(yīng)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行有效聯(lián)結(jié)。首先，開展空間語義信息的提取，識別并構(gòu)建空間目標(biāo)及其方位結(jié)構(gòu)體系。隨后，通過統(tǒng)一空間參考基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)，運(yùn)用空間位置坐標(biāo)匹配、地名地址匹配等空間語義操作，實(shí)現(xiàn)基于空間語義的自動化制圖，提升了數(shù)據(jù)的空間表達(dá)能力，還為后續(xù)的數(shù)據(jù)融合與可視化分析提供基礎(chǔ)。3.6傳感監(jiān)測信息數(shù)據(jù)傳感信息主要涉及大氣、水環(huán)境、環(huán)境噪聲等多個(gè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)具有時(shí)效性強(qiáng)、更新頻率高的特點(diǎn)。從時(shí)空角度出發(fā)，依據(jù)一定規(guī)則，將多個(gè)傳感器的時(shí)空冗余或互補(bǔ)信息進(jìn)行整合，以獲得對監(jiān)測目標(biāo)的一致理解或描述。通過傳感監(jiān)測信息的融合處理，實(shí)現(xiàn)了對生態(tài)環(huán)境的可視化管理與深入分析，為環(huán)境決策提供了科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。3.7視頻監(jiān)測信息數(shù)據(jù)視頻監(jiān)測信息是將相機(jī)影像與對應(yīng)的3D影像進(jìn)行精確匹配與融合，生成與影像相關(guān)聯(lián)的新模型或新影像，從而實(shí)現(xiàn)影像與真實(shí)場景的有效結(jié)合。采用自動或半自動的特征匹配技術(shù)，將視頻中的圖像與3D模型進(jìn)行精確映射。同時(shí)，對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，確保圖像在變換過程中（如傾斜、旋轉(zhuǎn)等）不發(fā)生扭曲或位移，從而實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測信息與實(shí)景三維環(huán)境的準(zhǔn)確對齊與融合。3.8三維場景可視化技術(shù)三維場景可視化技術(shù)?是一種利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)將三維數(shù)據(jù)以視覺形式呈現(xiàn)的技術(shù)。它通過創(chuàng)建和渲染三維模型，使用戶能夠直觀地理解和分析復(fù)雜的數(shù)據(jù)和信息?；谕咂夹g(shù)架構(gòu)，構(gòu)建涵蓋三維模型Tile、多分辨率視頻等元素的多樣化三維數(shù)據(jù)集，并與多種圖形繪制引擎實(shí)現(xiàn)了深度整合，以達(dá)成大規(guī)模生態(tài)環(huán)境三維場景的流暢載入與多元場景的無縫拼接渲染。在數(shù)據(jù)的組織管理與調(diào)度策略上，針對傾斜影像等復(fù)雜三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其伴隨的多樣紋理數(shù)據(jù)類型，采取數(shù)據(jù)輕量化技術(shù)，有效縮減了單幅數(shù)據(jù)體量，基于紋理細(xì)節(jié)層次（LevelofDetail，LOD）技術(shù)的分層索引機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的高效存取、組織及調(diào)度，為三維場景的實(shí)時(shí)渲染與交互操作奠定基礎(chǔ)。第一，針對傾斜影像等復(fù)雜三維數(shù)據(jù)，通過實(shí)施數(shù)據(jù)輕量化策略，顯著降低了數(shù)據(jù)處理的技術(shù)難度與資源占用。同時(shí)，借助基于紋理LOD的分層索引技術(shù)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求和場景細(xì)節(jié)展示要求，動態(tài)調(diào)整紋理數(shù)據(jù)的加載層級，既保持了場景的高度真實(shí)感，又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效管理與調(diào)度，為大規(guī)模三維場景的實(shí)時(shí)渲染與流暢交互創(chuàng)造了有利條件[4]。第二，在場景融合渲染層面，充分利用符號繪制引擎、物理渲染引擎、圖像繪制引擎等多種技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)、網(wǎng)格模型、三維模型等多種數(shù)據(jù)類型的綜合渲染。同時(shí)，通過模擬自然照明、日照變化、氣象條件等環(huán)境因素，增強(qiáng)了場景的真實(shí)感與沉浸體驗(yàn)，滿足了三維場景漫游的多樣化需求。此外，實(shí)現(xiàn)多個(gè)場景的交互展示功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求，自由切換并漫游于不同場景之間，為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、規(guī)劃決策、科普教育等領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用提供了豐富的可視化表達(dá)與交互體驗(yàn)。4模塊建設(shè)4.1生態(tài)實(shí)景可視化模塊此模塊借助可視化技術(shù)，將流域電站的梯級分布、環(huán)境敏感地帶、保護(hù)目標(biāo)定位、關(guān)鍵生態(tài)保護(hù)舉措布局、水土流失與環(huán)境背景數(shù)據(jù)等核心信息，轉(zhuǎn)化為陸地生態(tài)、水生生態(tài)與水土保持關(guān)鍵地帶的高精度3D數(shù)字化模型。這些模型精確映射了生態(tài)環(huán)境的真實(shí)狀態(tài)，同時(shí)提供了清晰直觀、易于理解的視覺展示。4.2環(huán)保信息集成管理模塊該模塊專注于環(huán)評報(bào)告、水土保持方案及其官方批復(fù)，以及后續(xù)設(shè)計(jì)文檔的電子化存儲與檢索。此外，它還涵蓋了環(huán)?！叭瑫r(shí)”原則執(zhí)行情況的追蹤管理，以及環(huán)境監(jiān)測、水土保持監(jiān)測、陸地與水體生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面收集、系統(tǒng)整理與歸檔保存[5]。4.3生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測模塊基于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的各項(xiàng)指標(biāo)、內(nèi)容與要求，此模塊能夠接收或直接錄入水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、水土保持、生態(tài)狀況、魚類遷徙效應(yīng)等監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以直觀的曲線圖等形式展現(xiàn)，有助于管理者迅速把握環(huán)境變化趨勢。同時(shí)，模塊內(nèi)置異常預(yù)警機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并警示潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。4.4環(huán)境保護(hù)預(yù)警系統(tǒng)模塊此模塊負(fù)責(zé)預(yù)警項(xiàng)目（包括“三同時(shí)”執(zhí)行情況、生態(tài)環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)等）的設(shè)置與管理，預(yù)警模式的選定，預(yù)警規(guī)則的制定，以及預(yù)警通知方式的配置。模塊能夠依據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則，向相關(guān)控制指標(biāo)發(fā)送預(yù)警信息，為決策制定提供有力支持。4.5環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)與決策支持模塊該模塊實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目應(yīng)急預(yù)案、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源、應(yīng)急資源和應(yīng)急預(yù)案演練信息的數(shù)字化存儲與管理。在環(huán)境突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，模塊通過人機(jī)互動的可視化界面，迅速檢索事故現(xiàn)場周邊的應(yīng)急資源、聯(lián)系人、應(yīng)急處置流程及應(yīng)急措施等信息，構(gòu)建環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)的輔助決策體系。此外，模塊還支持環(huán)境應(yīng)急的數(shù)字模擬推演，以評估不同應(yīng)急響應(yīng)策略的有效性。綜上所述，推動三維建模技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，采用最新的空間地理信息可視化技術(shù)，構(gòu)建集數(shù)據(jù)展示、深度分析與網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能于一體化信息化平臺，可以為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐與保障，推動生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)嵕叭S技術(shù)的應(yīng)用研究達(dá)到新的水平。[1]李宇國，張自輝.實(shí)景三維建模技術(shù)在消落區(qū)景觀打造中的應(yīng)用