大學生“三下鄉”暑期社會實踐項目中三維可視化技術在環境監測中的應用探究

彭燕青　趙雅妮　江媚　余飛亞　曹紅進

摘? ?要：近年來，隨著三維可視化技術的快速發展，其技術已經應用到各行各業，尤其是環境監測領域，而將三維可視化技術與環境環境監測領域相結合，可更好地對環境數據進行監測，從而更好地對環境進行保護。本文就環境監測的發展現狀、三維可視化技術的構建和三維可視化技術在環境監測中的應用和發展進行分析，旨在為今后的環境監測等方面的發展和建設提供參考。

關鍵詞：環境監測? 三維可視化? 實時監測? 三維模型

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

隨著社會經濟的發展，人們在生活水平提高的同時對環境的要求也越來越高，因此在信息技術高速發展的時代，將三維可視化技術與環境監測領域相結合，以三維空間模型為基礎，運用互聯網技術實現環境信息自動采集、處理、傳輸等，將環境保護的重心轉移到環境監測上，從而對環境進行實時監測和預防、分析、預警等，推動環境信息向可視化、智能化方向發展，促進環境與經濟可持續發展，有利于更好地預防環境進一步惡化，從而更好地對環境進行保護。

1? 環境監測的發展現狀

環境監測即是利用科學有效的方法對反映環境質量的指標進行監視和測定。我國在70年代開始就對環保事業高度重視，不僅在技術、人才隊伍等方面得到迅速發展，還初步形成具有本國特色的環境監測和管理體系[1]，為我國的生態環境可持續發展奠定了基礎。

現階段，我國在環境監測方面也取得了不錯的成績，其監測能力不斷提升、監測網絡日益完善，據不完全統計，截止到2017年底，我國已經設置了國家、省、市、縣四個層級的5000余個監測站點，其中1436個國控監測站遠程質控系統，部分監測站在監測的同時還采用自動化技術對監測區域進行科學管控，而且在監測點數量不斷增加的同時，其監測能力也在不斷提升。目前市場上對于環境監測的技術也層出不窮，其中最有代表性的就是環境監測中的3S技術，將衛星定位系統、地理信息系統以及遙感技術系統三者有機結合，在水資源和濕地環境監測上得到了廣泛應用。但是目前市場上監測設備在獲取數據還存在一定的問題，如無法實時進行數據采集、傳輸、顯示等，從而無法實現信息數據向智能化、可視化方向發展。

2? 三維可視化技術的構建

三維可視化技術主要就是以三維空間模型為基礎、互聯網作為傳輸紐帶、信息數據采集作為工具、web網頁為顯示方式，實現信息數據實時采集、顯示，從而實現可視化，而且這樣可還原真實場景。運用這種技術在環境監測過程中有著極大的幫助。

2.1 三維場景構建

三維場景構建是三維可視化平臺的關鍵，主要利用三維激光掃描儀對實景進行掃描，從而獲得實景點云數據，但進行掃描時，因機器誤差、環境、天氣、物體結構等因素，會導致獲取的點云數據存在一些噪點、空洞等，將會嚴重影響點云數據的拼接精度，因此將掃描獲得的點云數據先進行預處理，從而提高點云數據精度，使得數據拼接的誤差更小。對點云數據預處理之后，將處理后的點云導入scene（Focus3D? X330激光掃描儀配套點云數據處理軟件）軟件中，提取標靶點，利用標靶拼接原理，以其特征為基礎，進行定位管理，最后進行模型細節處理，從而拼接合并為完整的三維場景，從而構建完整的三維可視化平臺，在進行環境治理時，可更快的找到污染源頭，進行定位監測。

2.2 信息采集與傳輸

信息數據的采集主要利用各種傳感器進行數據采集。主要傳感器有PM2.5、PM10、溫濕度、PH、TOC、電導率、ORP等傳感器，對環境相關數據進行采集。將傳感器采集上來的數據通過無線網絡傳輸進入數據處理終端與計算機存儲器中，經過A/D處理后，傳輸進入協調器，再進入網絡基站，基站以TCP/IP的處理方式發送給網關，網關再發送到后臺三維可視化系統中，從而實現三維信息數據的采集與傳輸。

2.3 信息智能化

三維可視化平臺以三維空間模型為基礎，信息數據為紐帶，用PHP技術調用數據庫文件，將分布在空間的各種信息數據進行統一管理，使其可以能隨時對數據進行調用。推動空間數據向著集成化、動態化、智能化發展。同時利用各種大數據分析挖掘技術架構，對相關數據進行深度的分析與挖掘，實現動態預警、查詢等，達到真正意義的可視化、智能化。

3? 三維可視化技術在環境污染防治中的具體應用

環境監測是多層面的，不僅有水質監測、空氣檢測、生態監測等，通過傳感器對環境情況進行實時采集、傳輸、分析，從而對環境情況進行分析處理。

3.1 水質監測中的應用

對于環境監測中水質監測是非常重要的，而三維可視化技術推動了水質監測的進一步發展。水質檢測主要是利用和中傳感器設備或視頻監測系統，對水質情況進行監測，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，傳感器對水質情況全方位實時監測，并進行實時定位，最快幫助工作人員確定污染源頭，且在進行數據采集時，可方便工作人員作出正確的處理方式。

3.2 大氣監測中的應用

在社會經濟發展中，大氣污染是城市快速發展所帶來的后果，因此對大氣污染進行監測對于我們的生活至關重要，將三維可視化技術應用于大氣空氣監測中，對大氣污染的監測水平可進一步提升。通過布設多個自動監測站點，以三維可視化技術，對相應區域實現三維場景構建，針對三維真實場景的實際情況，進行網格化布局，布設傳感器監測設備，保證對大氣污染的監測區域與效率達到最大。并通過傳感器對空氣質量進行采集，傳輸進入后臺管理系統，方便監測人員更好的對空氣質量進行監測。

3.3 生態與其他環境監測的應用

三維可視化技術在生態和其他環境監測的應用中都發揮著很多的優勢，通過三維激光掃描進行三維模型構建，并在指定地點安裝各種傳感器，進行空間定位、實時監控，數據實時采集，并根據獲得的數據進行分析，實現環境監測的動態化，讓數據智能化、可視化，為環境污染情況等監測、預警、預測提供依據，實現環境自動監測。

4? 三維可視化技術在環境監測方面的發展措施

4.1 加強環境監測技術人員的培訓

三維可視化技術中環境監測技術人員的工作質量、準確效率等直接影響環境監測的效率，因此對環境監測技術人員的專業技術、實際操作能力等具有較高的要求。由于我國對環境監測投入的時間較短，部分地區對環境監測概念等認識不夠深入，導致環境監測數據缺乏真實性、準確性和可靠性，進而影響污染治理等正確性。因此在實際環境監測過程中，通過提高監測技術人員水平、素質，加大培養力度，完善相關人員的質量控制準則，制定三維可視化平臺的操作指引等，確保相關員工科學合理使用三維可視化技術，從而不斷提升環境監測質量，以保證數據的科學合理與真實，為環境保護提供數據支持。同時大力引進專業的技術人才，推進環境監測技術的進一步發展。

4.2 全面提升環境監測技術的發展

隨著我國信息時代的發展，我國環境監測技術也正在逐漸發展，雖然我國的環境監測系統初步形成，但由于環境監測的投入巨大，投資資金不足，導致環境監測相關配套設施無法得到落實。因此應該進行技術創新，研發新型技術，提高環境質量，滿足社會環保訴求。同時利用多樣化的環境監測設備，以三維可視化平臺為基礎，融入自適應環保大數據共享、處理平臺[2]，對環境情況進行實時監控的同時，對相關監測設備進行全方位監管，提高各項數據的處理效率與效果，從而更好的為監測技術人員提供數據支撐，提高數據精準度，充分發揮其優勢，更好的尋找污染物，為環境監測部門提供可靠數據。

4.3 加大政府投資力度

在環境監測工作中，政府應該加大資金投入力度，提高監測設備的裝備水平、加大技術人員的培養投入與監測站的建設力度、引進先進的技術和設備，從而提升環境監測水平的水平[3]。同時加大與民營企業的合作，壯大環境監測隊伍。

4.4 完善環境監測監督機制

環境監測在技術不斷更新的同時更需要進一步加強管理，但目前環境監測管理體制存在很大的問題，缺乏對各種環境監測的約束與監督，甚至部分機構為了個人利益篡改數據、售賣數據等，嚴重影響環境監測等發展。因此需完善環境監測等監督機制，建立三維可視化平臺規章制度，在一定程度下提高環境監測的透明度，完善環境監測質量的相關標準，科學監管各類設備，保證設備質量達標;根據各地區特點，簡化工作管理體制，保證環境監測質量管理體系科學性和有序性;完善各地區環境保護體系，明確地區環保部門體系要求，對環境監測管理、保護工作進行有效執行[4]。從本質上解決環境保護問題;使環保監測機制的作用在工作中充分發揮優勢。

5? 結語

綜上所述，隨著我國的發展，我國環境問題也越來越嚴重，空氣污染、水質污染等問題逐漸凸顯出來，進行環境監測也就顯得越來越重要。因此三維可視化技術的出現，在環境監測方面不僅可提高環境監測水平，還可提高數據采集的準確性、科學性和精確性等。希望能為我國的環境監測工作有一定的指導作用，促進環境監測事業的發展。

參考文獻

[1] 閆鵬. 淺談我國環保環境監測管理體系[J]. 資源節約與環保， 2014（2）：67.

[2] 詹志明， 尹文君. 環保大數據及其在環境污染防治管理創新中的應用[J]. 環境保護， 2016， 44（6）：44-48.

[3] 歐陽金浩. 淺談環境監測在生態環保中的作用及發展措施[J]. 資源節約與環保， 2018，200（7）：75-76.

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