3D-GIS在环境监控中的应用资料

1、3DGIS在智慧环保系统的应用文/周世咏智慧城市研究院主任深圳市贝尔信智能系统引言智慧环保业务系统根据信息现代化建设的最新规划和实际工作需求,整合环境质量、环境监管、环境监测、污染源等数据,并进行综合分析,为政府提供对经济开展建设所面临的环境风险和影响分析；提升环境监管和快速响应水平,实现对城市环境状况进行监控并实施动态治理.本文概要介绍环境监控的总体要求、对地理信息系统建设的要求、二维电子地图向三维电子地图升级的趋势、贝尔信的全景呈现3DGIS智慧环保可视化治理平台及其应用.正文：一、总体设计要求为了对环境监控与预警提供决策支撑,并为环保局领导提供环境信息及战略管理和城市开展的辅助决策支持平

2、台,主要建设内容和目标如下：(1)建立环境地理信息平台建立环境地理信息平台,可以方便其它系统进行调用,并在此根底上开发相关的地理信息应用.(2)开发典型环境地理信息应用依据环保部门的业务现状,从环境质量、污染源、环境质量与污染源集成、生态环境、在线监测、建设工程审批主体业务局部,展示有关数据.(3)应急治理系统为增强突发环境事件应急体系建设,提升应对环境突发事件、事故和灾害的能力,建立以信息技术、通信技术和GIS技术相结合的应急响应系统.对于环境应急治理系统而言,环境应急治理主要包括应急预防、应急准备、应急响应、应急总结与评估四局部来建立对应急事件的应对,提升对突发事件的处理水平.(4)企业可

3、视化建模和信息查询同时实现对指定的重点企业进行三维仿真建模,并进行信息查询二、对环境地理信息系统的要求环境地理信息系统是将各项环境业务数据和实际的地理信息结合起来,通过电子地图全面地反映污染源和污染物排放的分布情况,真正实现环境业务数据与空间地理信息的一体化的连动查询和应用交互,同时完成各类环境治理专题图的制作和分析治理,实现地理数据与环境业务数据信息的衔接,并可进行空间分析、比照、预测等高级查询,为环境治理决策提供依据.(1)构建地理信息共享与发布平台,实现空间数据共享与发布机制,主要要求如下：1)实现空间数据的动态共享,内部各业务科室可以通过访问本系统提供的Web地图效劳(WMS)、Web

4、要素效劳(WFS)来实现对空间数据的共享应用；2)为环保部门应急治理系统及其他各业务系统提供地理信息应用效劳支撑,提供的应用效劳包括地图根本操作(图层限制、放大缩小、地图量算卜地图点位维护、空间查询、空间统计、最正确路径分析、缓冲区分析、插值分析等；(2)构建通用、统一的WebGIS平台；(3)实现GIS根本操作(电子地图的放大、缩小、漫游、鹰眼、图层治理等功能)及业务数据的空间查询、统计、分析(查询统计结果可以图表、表格、动画结合电子地图进行直观展示)；(4)提供座标转换工具；(5)提供一套专题图制作模板和专题图制作向导,使得业务人员可根据提供的专题图制作向导,将环境业务专题数据与根底地理数

5、据模板相挂接,实现环境专题图的快速定制及灵活地展现、输出；(6)治理现有的空间数据,不同的用户可按其权限来浏览查看或者下载共享的空间数据；提供空间数据浏览功能,用户除了可以浏览共享的地图效劳数据外,还可以浏览自有的数据,将自有的数据加载至已有地图,实现地图的叠加并能制图打印；(7)提供相关空间数据操作和处理功能,包括地图根本操作、污染源点位维护、空间查询、空间统计、最正确路径分析、缓冲区分析、插值分析等,并提供灵活的用户接口和配置界面,使用户可以自定义设置各种参数来完成以上功能；(8)用户能够在地图上进行地理要素的标注和保存,并能共享给指定用户.三、二维电子地图向三维升级的要求地理信息涉及更为

6、广泛的空间相关信息,测绘地理信息开展“十二五总体规划纲提出“构建数字中国,监测地理国情,开展壮大产业,建设测绘强国总体战略.截止2021年5月份,全国已有260余个地级以上城市开展了数字城市地理空间框架建设.根据国家测绘地理信息局的规划,到2021年全国所有地级城市和有条件的县级城市都完成地理信息公共平台的建设,从而自下而上地建成数字省区,最终全面实现数字中国.到2021年,全国将根本建成由“一个网'全球卫星定位综合效劳网、“一张图'国家根本比例尺地形图、"一个平台'国家地理信息公共效劳平台组成的数字中国地理空间框架.因此,未来几年,越来越丰富的数据和应用也会

7、被参加到城市公共效劳平台.地理信息产业总体将从政府部门走向企业和群众信息效劳,其中,车载导航和个人移动LBS基于位置的效劳,LBS是典型的地理信息群众应用.研究显示,导航与位置效劳产业在国际上已成为继互联网、移动通信之后的发展最快的新兴信息产业之一,近年来持续保持50%以上的年增长势头,具有十分巨大的市场潜力.中国?导航与位置效劳科技开展“十二五专项规划?要求突破三大核心技术：1泛在精确定位：城市室内外米级无缝导航定位技术、全球室外亚米级实时精密定位技术；2全息导航地图：室内外三维米级全信息导航地图数据获取、迭加、融合与更新技术；3智能位置效劳：支撑亿级用户的位置信息搜索、智能推送和按需效劳技

8、术.因此,在大规模城市三维建模完成的根底之上,二维电子地图向三维电子地图升级,最终实现城市的三维可视化治理就是必然的大趋势,也是对环境监测行业发展的必然选择.四、全景呈现3DGIS智慧环保可视化治理平台贝尔信全景呈现3DGIS智慧环保可视化治理平台是以VIDC嵌入式可插拔海量数据处理城市中央主机为核心,通过遍布城市的、构建在智能视觉物联网根底之上的前端智能视频采集系统IVS,利用基于云计算的后台大数据分析、海量视频处理和检索系统,实现对城市环境平安状况的实时监控,智能感知城市中面临的环境平安威胁,一旦被监测环境发生报警可通过该平台全景呈现报警信息,做到“事前智能感知、事中精准处置、事后完整取证

9、,从而实现智慧城市环境监测体系的建设.图1:全景呈现3DGIS智慧环保可视化治理平台平台采用了智能视觉物联网技术、3DGIS可视化治理平台技术、VIDC云单元主机技术等三大核心技术.其中,在3DGIS可视化治理平台中嵌入了贝尔信3DCityEngine核心引擎.3DcityEngine是由贝尔信公司完全自主开发的,拥有完全自主知识产权的国际领先的三维地理信息处理核心技术,它以分布式的三维地理空间数据库为根底,采用模型流技术、海量数据存储技术、网络效劳分建共享技术、图形图像处理技术、多元实时数据接入技术、WFS和WMS技术、数据库技术、网络技术和其它相关信息技术,实现各种地理信息资源的统一治理、

10、整合、交换、协同和共享,建立跨地区、跨部门的“一站式网络协同效劳体系,为政府、企业、公众提供网络化三维地理信息效劳.三维地理信息海量数据处理的核心引擎的框架如下:地理空间数据行业应用政府决策互联互通数据共享*f/贝尔信、I3DCityEnginedI*公众效劳图2：3DcityEngine系统构架图3DCityEngine引擎功能特点：(a)可嵌入式贝尔信VIDC云计算-云存储-云分析-云限制主机平台(b)可以作为智慧城市运营综合治理中央平台的支撑引擎(c)高速的海量城市三维空间数据数据处理水平(d)出色的三维仿真效果与二维GIS的结合(e)组件式3DCityEngine平台与二次开发支持完整

11、的空间数据描述体系(g)三维矢量数据解决方案(h)良好的人机交互(i)二三维空间地理信息表现无缝整合(j)人性化浏览操作(k)事件触发机制(l)跨平台通信(m)强大的数据库驱动引擎五、地理信息应用系统地理信息应用系统主要包括专题图功能、环境质量分析功能、污染源治理功能、建设工程治理应用功能、危险源治理功能、环境专业模型支持功能等.(1)专题图功能建立及治理各类环境功能区划专题图,包括水源保护区划专题图、空气功能区划图、生态限制线图、水、气、声监测点位分布专题图(2)环境质量子系统(a)水环境质量分析通过GIS能查询出水源保护区的相关信息、各类水质监测点以及对应的监测数据和历史数据、查询河流水质

12、以及历史水质状态.主要数据来源是各污水排放点、河流、海域等的水质常规监测数据和各水质自动监测仪器(含蓝藻监控平台)的采集数据.对采集的数据进行分析,得出各水域、河流、地下水井点的水质等级,在数字地图上显示水质情况专题图.(b)空气环境质量分析按大气首要污染物分类,如可吸入颗粒物、二氧化硫等.每一种污染指标通过设立的各监测站、点采集的数据传输到GIS平台系统中,在数字地图上划分大气污染等级区域,通过采集的数据,动态的以专题图的形式显示各区域的各类污染指标.本功能要求同时在二维和三维地图上实现.(3)污染源治理基于GIS图形化界面,实现污染源的自动加载与更新,从地图查询到业务系统的污染源根本信息.

13、利用空间分析手段对污染源进行分析、统计.本功能要求同时在二维和三维地图上实现.(4)GIS在建设工程治理应用GIS系统与行政许可审批业务系统有效集成,系统功能包括录入、查询、空间数据维护、实时查询建设工程对环境空气、水源保护区、生态限制线以及周边环境敏感点可能造成的影响；对工程拟建位置周围的环境,根据数据中央数据和设置条件进行模拟显示,对理论缓冲区、边界、厂区和实际情况进行比拟,并在工程规划违反建设地点环境要求时以明显标志予以报警；系统同时可进行工程多厂址比照,初步确定工程的环境可行性.该系统可实现统一治理建设工程的区域位置、监测点,并与环境影响评价基础数据库建立联接关系,通过空间信息查询到建

14、设工程的信息和相关的环境影响评价文件.本功能要求同时在二维和三维地图上实现.(5)危险源治理建立应急治理中危险源、事故点、监测点的定位、查询和编辑效劳；同时,提供事故点周边环境敏感点查询和地图分布.快速定位事故点和显示事故监测点的分布以便应急治理.本功能要求同时在二维和三维地图上实现.(6)环境专业模型分析建立环境影响评价导那么水模型和大气模型的输入输出接口,将模型应用到建设工程的审批和应急事故处理中.(7)河流水网络模型分析应用初步建立河流水网络模型,根据环保部门现有资料建成水网“静态模型,并通过不同的条件对流域内污染源进行查询、统计分析.六、环境模拟及预测系统环境模拟与污染物扩散预测主要是

15、运用GIS工具强大的空间运算和分析水平,利用各种监测数据,结合地理信息数据与污染模拟模型对环境质量、污染物扩散进行模拟仿真,生成相关的环境专题图以及污染扩散模拟预测图.图3:基于3DGIS的环境监测示意图.(1)污染物扩散模拟模型定义功能根据大气、水与土壤环境污染机理,将常见的大气、水与土壤污染模拟数学模型与GIS集成,形成大气、水与土壤污染模拟的空间决策模型.可根据大气、水与土壤具体的环境污染事故快捷定义所需的模拟模型,进行污染扩散过程的模拟(2)基于GIS的模型参数可视化赋值功能可根据污染事故的地理位置,在电子地图上快速定位,确定受污染水体,土壤与空气污染模拟预测范围；基于GIS平台能够根据具体的数值模拟方法进行模型的可视化时空离散,自动生成空间离散格网与模拟边界的定义.(3)基于GIS的模拟结果的可视化表达以污染区域的三维场景为背景,将模拟结果进行二维与三维可视化.(a)