三維定位技術下區域植被生態環境重度污染地質測繪方法研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0168-04

中圖分類號：X171.1文獻標志碼：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

植被生長狀態和變化反映環境質量，對生態平衡和人類安全至關重要[1]。但區域植被污染問題復雜多樣，傳統監測方法難以全面準確反映。準確劃分植被生態環境重度污染區域，對制定科學修復策略[2-3]、促進可持續發展具有重要意義。張東悅等[4]提出基于分層均勻采樣法的監測點優化布設方法，通過空間分層和模擬退火算法提升監測點均勻性和代表性，但污染風險層劃分不準確可能影響效果。王海洋等[5采集潼關礦區農田土壤樣本，分析重金屬含量和分布，發現 Hg，Cd 和Pb為主要污染元素，但樣本數量或分布問題可能影響全面評估。馮鋒等[利用隨機森林分析土壤鎘污染影響因子，構建RF-XGBoost模型預測空間分布，但樣本采集和測試誤差影響結果。ZEPENGWANG等[7]以柳林縣為例，采用GIS技術和隨機森林模型評估地質災害易感性，發現1：5樣本比例最佳。

地質測繪作為一種重要的測繪技術手段，通過對地球表面的地形、地貌、地質結構等進行精確測量和描繪，可以獲取植被生長區域的地形地貌特征、土壤類型、地質構造等關鍵信息，進而分析這些因素對植被生長和生態環境的影響。因此，提出三維定位技術下區域植被生態環境重度污染地質測繪方法，實現對污染區域的空間定位、污染程度評估以及污染源識別等功能的綜合應用。

1基于位置域的污染源三維定位

受到地形復雜、資源有限等因素的影響，區域植被生態環境的地質數據可能存在缺失，導致研究的局限性。通過三維定位技術，可以獲取到污染源的空間分布、排放強度等關鍵信息，更加準確地追溯污染源的位置和來源，從而全面反映區域植被生態環境的污染狀況。因此，利用超連續譜激光雷達系統收集區域地理、環境、植被等相關數據[8]，對采集的數據實施校正、去噪以及增強等預處理，由此提升所采集數據的準確性與可靠性。

由于污染源往往會對周圍環境產生特定的影響，如形成特定的陰影或反射模式，這些特征可以在激光雷達的掃描數據中識別出來，并與陰影匹配位置解相結合，為污染源定位提供額外的信息。因此，基于預處理后的數據，采用基于位置域的三維定位技術，通過確定GNSS（全球導航衛星系統）測距與陰影匹配位置解的加權平均值，得到區域范圍內的整體位置解 x₀ ，公式描述見式（1）：

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

通過 x_Sp 和 x_R 的協方差矩陣倒數對其實施加權處理，為不同的數據源分配不同的權重，以更準確地反映污染源的位置和污染狀況。

選取最小二乘估計在激光雷達采集的數據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， 和 分別表示估計的位置解向量和預期的位置解向量， H_G 和 W_p 分別表示測量矩陣和加權矩陣，和 分別表示測量向量和基于位置解向量預測的測量向量。

綜上，通過結合超連續譜激光雷達系統收集的數據和基于位置域的三維定位技術，可以更精確地識別和定位污染源。

2 區域植被生態環境污染地質測繪

三維定位技術主要確定的是污染源的空間位置，但對于區域植被生態環境污染的情況仍需要其他手段進行進一步的監測和分析。

針對區域三維空間模型，建立科學的區域植被生態環境污染程度評估指標體系與評估模型，通過三維定位技術中的GIS技術實施植被生態環境污染度計算和圖形顯示，并基于評估結果確定區域植被生態環境重度污染區域。表1所示為區域植被生態環境污染評估指標體系。

基于表1所示的區域植被生態環境污染評估指標確定變量賦值，依照不同評估準則生成相應的屬性字段，并輸入GIS系統內，以 1km×1km 為標準劃分柵格，在各個柵格中分別識別植被生態環境污染評估指標，根據不同區域植被生態環境污染評估準則層的指標疊加可以確定該區域植被生態環境污染評估準則的污染指數，通過全部區域植被生態環境污染評估準則的污染指數疊加確定區域植被生態

環境污染指數結果。

基于表1所示的區域植被生態環境污染評估指標體系以及不同評估指標的權重確定結果，獲取區域植被生態環境污染綜合指數，并進行歸納，得到區域植被生態環境污染度計算公式見式（3）：

單一區域植被生態環境污染度 S_i 計算公式描述見式（3）：

式（3）內， w_i 和 z_ij 分別表示區域植被生態環境污染評估指標權重值計算結果與不同區域植被生態環境污染評估指標賦值結果。

依照所得 S_i 值將區域植被生態環境污染度從高至低劃分為四個等級，分別是無污染、輕度污染、中度污染與重度污染。

針對評估確定的植被生態環境重度污染區，采用三維定位技術中的GIS進行詳細的地質測繪工作，利用雷達采集雷達相位中心至區域植被生態環境重度污染點的距離向縮參考信號，集合距離波束的非線性變換得到區域植被生態環境重度污染點的返回波信號，在此基礎上利用傅氏反變換將回波信號轉換到空域中，由此利用GIS準確記錄各個地質測繪相關信息，并繪制地質平面圖和剖面圖，完成區域植被生態環境重度污染地質測繪，

3 實驗與分析

文章研究三維定位技術下區域植被生態環境重度污染地質測繪方法，選取中國某區域（如圖1所示）為研究對象，采用文章方法對研究對象進行區域植被生態環境重度污染地質測繪，所得研究區域植被生態污染現狀分布見圖1。

針對圖1所示的5個區域，采用文章方法對植被生態環境污染度進行評估，所得結果見表2。

由表2可知，文章方法針對研究對象5個區域內的植被生態環境污染度評估結果與各區域實際污染情況完全一致，這表明文章方法的評估結果較好，能夠準確實現區域植被生態環境污染度評估。

在確定研究對象范圍內的植被生態環境重度污染區域后，在重度污染區域布設若干個測繪點，采用高程比例尺對研究對象地質圖像實施縮放處理，利用激光雷達技術實施多點影像采集，生成研究對象區域植被生態環境重度污染地質測繪點云圖。以此為基礎，整理測量的測繪數據，以表格形式呈現，對比同測繪點的高程數據測繪結果與誤差是否符合實際測繪標準，所得結果見表3。

由表3可知，采用文章方法進行地質測繪時，測繪結果的誤差范圍均控制在 ±1.0mm 內，該值符合中國地質測繪相關標準，由此說明文章方法具有較高精度的三維空間定位性能，具有較強的應用價值。

4結束語

為區域植被生態環境重度污染地質測繪提供新的思路和方法。提出三維定位技術下區域植被生態環境重度污染地質測繪方法。通過實驗得出以下結論：文章提出的區域植被生態環境重度污染地質測繪方法能夠準確評估植被生態環境的污染度，評估結果與實際情況完全一致。采用文章方法進行地質測繪時，測繪結果的誤差范圍均控制在較小范圍內，符合中國地質測繪相關標準。綜上所述，這充分證明了該方法在評估準確性和可靠性方面具有顯著優勢，能夠為相關決策者提供有力的數據支持。文章方法在三維空間定位性能方面表現出色，具有較高的精度和較強的應用價值，有望為區域植被生態環境的保護和治理提供有力的技術支持。

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