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      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

      2019-03-08 14:22彭燕青趙雅妮江媚余飛亞曹紅進(jìn)
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2019年30期
      關(guān)鍵詞:三維可視化實時監(jiān)測三維模型

      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)

      [1] 閆鵬. 淺談我國環(huán)保環(huán)境監(jiān)測管理體系[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保, 2014(2):67.

      [2] 詹志明, 尹文君. 環(huán)保大數(shù)據(jù)及其在環(huán)境污染防治管理創(chuàng)新中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境保護, 2016, 44(6):44-48.

      [3] 歐陽金浩. 淺談環(huán)境監(jiān)測在生態(tài)環(huán)保中的作用及發(fā)展措施[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保, 2018,200(7):75-76.

      [4] 安子琴,馬文亮.環(huán)境監(jiān)測工作在環(huán)境保護中的重要性[J].資源與環(huán)境,2019,45(7):81-82.

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