1、3DGIS在智慧環保系統的應用文/周世詠智慧城市研究院主任深圳市貝爾信智能系統引言智慧環保業務系統根據信息現代化建設的最新規劃和實際工作需求,整合環境質量、環境監管、環境監測、污染源等數據,并進行綜合分析,為政府提供對經濟開展建設所面臨的環境風險和影響分析；提升環境監管和快速響應水平,實現對城市環境狀況進行監控并實施動態治理.本文概要介紹環境監控的總體要求、對地理信息系統建設的要求、二維電子地圖向三維電子地圖升級的趨勢、貝爾信的全景呈現3DGIS智慧環保可視化治理平臺及其應用.正文：一、總體設計要求為了對環境監控與預警提供決策支撐,并為環保局領導提供環境信息及戰略管理和城市開展的輔助決策支持平

2、臺,主要建設內容和目標如下：(1)建立環境地理信息平臺建立環境地理信息平臺,可以方便其它系統進行調用,并在此根底上開發相關的地理信息應用.(2)開發典型環境地理信息應用依據環保部門的業務現狀,從環境質量、污染源、環境質量與污染源集成、生態環境、在線監測、建設工程審批主體業務局部,展示有關數據.(3)應急治理系統為增強突發環境事件應急體系建設,提升應對環境突發事件、事故和災害的能力,建立以信息技術、通信技術和GIS技術相結合的應急響應系統.對于環境應急治理系統而言,環境應急治理主要包括應急預防、應急準備、應急響應、應急總結與評估四局部來建立對應急事件的應對,提升對突發事件的處理水平.(4)企業可

3、視化建模和信息查詢同時實現對指定的重點企業進行三維仿真建模,并進行信息查詢二、對環境地理信息系統的要求環境地理信息系統是將各項環境業務數據和實際的地理信息結合起來,通過電子地圖全面地反映污染源和污染物排放的分布情況,真正實現環境業務數據與空間地理信息的一體化的連動查詢和應用交互,同時完成各類環境治理專題圖的制作和分析治理,實現地理數據與環境業務數據信息的銜接,并可進行空間分析、比照、預測等高級查詢,為環境治理決策提供依據.(1)構建地理信息共享與發布平臺,實現空間數據共享與發布機制,主要要求如下：1)實現空間數據的動態共享,內部各業務科室可以通過訪問本系統提供的Web地圖效勞(WMS)、Web

4、要素效勞(WFS)來實現對空間數據的共享應用；2)為環保部門應急治理系統及其他各業務系統提供地理信息應用效勞支撐,提供的應用效勞包括地圖根本操作(圖層限制、放大縮小、地圖量算卜地圖點位維護、空間查詢、空間統計、最正確路徑分析、緩沖區分析、插值分析等；(2)構建通用、統一的WebGIS平臺；(3)實現GIS根本操作(電子地圖的放大、縮小、漫游、鷹眼、圖層治理等功能)及業務數據的空間查詢、統計、分析(查詢統計結果可以圖表、表格、動畫結合電子地圖進行直觀展示)；(4)提供座標轉換工具；(5)提供一套專題圖制作模板和專題圖制作向導,使得業務人員可根據提供的專題圖制作向導,將環境業務專題數據與根底地理數

5、據模板相掛接,實現環境專題圖的快速定制及靈活地展現、輸出；(6)治理現有的空間數據,不同的用戶可按其權限來瀏覽查看或者下載共享的空間數據；提供空間數據瀏覽功能,用戶除了可以瀏覽共享的地圖效勞數據外,還可以瀏覽自有的數據,將自有的數據加載至已有地圖,實現地圖的疊加并能制圖打印；(7)提供相關空間數據操作和處理功能,包括地圖根本操作、污染源點位維護、空間查詢、空間統計、最正確路徑分析、緩沖區分析、插值分析等,并提供靈活的用戶接口和配置界面,使用戶可以自定義設置各種參數來完成以上功能；(8)用戶能夠在地圖上進行地理要素的標注和保存,并能共享給指定用戶.三、二維電子地圖向三維升級的要求地理信息涉及更為

6、廣泛的空間相關信息,測繪地理信息開展“十二五總體規劃綱提出“構建數字中國,監測地理國情,開展壯大產業,建設測繪強國總體戰略.截止2021年5月份,全國已有260余個地級以上城市開展了數字城市地理空間框架建設.根據國家測繪地理信息局的規劃,到2021年全國所有地級城市和有條件的縣級城市都完成地理信息公共平臺的建設,從而自下而上地建成數字省區,最終全面實現數字中國.到2021年,全國將根本建成由“一個網'全球衛星定位綜合效勞網、“一張圖'國家根本比例尺地形圖、"一個平臺'國家地理信息公共效勞平臺組成的數字中國地理空間框架.因此,未來幾年,越來越豐富的數據和應用也會

7、被參加到城市公共效勞平臺.地理信息產業總體將從政府部門走向企業和群眾信息效勞,其中,車載導航和個人移動LBS基于位置的效勞,LBS是典型的地理信息群眾應用.研究顯示,導航與位置效勞產業在國際上已成為繼互聯網、移動通信之后的發展最快的新興信息產業之一,近年來持續保持50%以上的年增長勢頭,具有十分巨大的市場潛力.中國?導航與位置效勞科技開展“十二五專項規劃?要求突破三大核心技術：1泛在精確定位：城市室內外米級無縫導航定位技術、全球室外亞米級實時精密定位技術；2全息導航地圖：室內外三維米級全信息導航地圖數據獲取、迭加、融合與更新技術；3智能位置效勞：支撐億級用戶的位置信息搜索、智能推送和按需效勞技

8、術.因此,在大規模城市三維建模完成的根底之上,二維電子地圖向三維電子地圖升級,最終實現城市的三維可視化治理就是必然的大趨勢,也是對環境監測行業發展的必然選擇.四、全景呈現3DGIS智慧環保可視化治理平臺貝爾信全景呈現3DGIS智慧環保可視化治理平臺是以VIDC嵌入式可插拔海量數據處理城市中央主機為核心,通過遍布城市的、構建在智能視覺物聯網根底之上的前端智能視頻采集系統IVS,利用基于云計算的后臺大數據分析、海量視頻處理和檢索系統,實現對城市環境平安狀況的實時監控,智能感知城市中面臨的環境平安威脅,一旦被監測環境發生報警可通過該平臺全景呈現報警信息,做到“事前智能感知、事中精準處置、事后完整取證

9、,從而實現智慧城市環境監測體系的建設.圖1:全景呈現3DGIS智慧環保可視化治理平臺平臺采用了智能視覺物聯網技術、3DGIS可視化治理平臺技術、VIDC云單元主機技術等三大核心技術.其中,在3DGIS可視化治理平臺中嵌入了貝爾信3DCityEngine核心引擎.3DcityEngine是由貝爾信公司完全自主開發的,擁有完全自主知識產權的國際領先的三維地理信息處理核心技術,它以分布式的三維地理空間數據庫為根底,采用模型流技術、海量數據存儲技術、網絡效勞分建共享技術、圖形圖像處理技術、多元實時數據接入技術、WFS和WMS技術、數據庫技術、網絡技術和其它相關信息技術,實現各種地理信息資源的統一治理、

10、整合、交換、協同和共享,建立跨地區、跨部門的“一站式網絡協同效勞體系,為政府、企業、公眾提供網絡化三維地理信息效勞.三維地理信息海量數據處理的核心引擎的框架如下:地理空間數據行業應用政府決策互聯互通數據共享*f/貝爾信、I3DCityEnginedI*公眾效勞圖2：3DcityEngine系統構架圖3DCityEngine引擎功能特點：(a)可嵌入式貝爾信VIDC云計算-云存儲-云分析-云限制主機平臺(b)可以作為智慧城市運營綜合治理中央平臺的支撐引擎(c)高速的海量城市三維空間數據數據處理水平(d)出色的三維仿真效果與二維GIS的結合(e)組件式3DCityEngine平臺與二次開發支持完整

11、的空間數據描述體系(g)三維矢量數據解決方案(h)良好的人機交互(i)二三維空間地理信息表現無縫整合(j)人性化瀏覽操作(k)事件觸發機制(l)跨平臺通信(m)強大的數據庫驅動引擎五、地理信息應用系統地理信息應用系統主要包括專題圖功能、環境質量分析功能、污染源治理功能、建設工程治理應用功能、危險源治理功能、環境專業模型支持功能等.(1)專題圖功能建立及治理各類環境功能區劃專題圖,包括水源保護區劃專題圖、空氣功能區劃圖、生態限制線圖、水、氣、聲監測點位分布專題圖(2)環境質量子系統(a)水環境質量分析通過GIS能查詢出水源保護區的相關信息、各類水質監測點以及對應的監測數據和歷史數據、查詢河流水質

12、以及歷史水質狀態.主要數據來源是各污水排放點、河流、海域等的水質常規監測數據和各水質自動監測儀器(含藍藻監控平臺)的采集數據.對采集的數據進行分析,得出各水域、河流、地下水井點的水質等級,在數字地圖上顯示水質情況專題圖.(b)空氣環境質量分析按大氣首要污染物分類,如可吸入顆粒物、二氧化硫等.每一種污染指標通過設立的各監測站、點采集的數據傳輸到GIS平臺系統中,在數字地圖上劃分大氣污染等級區域,通過采集的數據,動態的以專題圖的形式顯示各區域的各類污染指標.本功能要求同時在二維和三維地圖上實現.(3)污染源治理基于GIS圖形化界面,實現污染源的自動加載與更新,從地圖查詢到業務系統的污染源根本信息.

13、利用空間分析手段對污染源進行分析、統計.本功能要求同時在二維和三維地圖上實現.(4)GIS在建設工程治理應用GIS系統與行政許可審批業務系統有效集成,系統功能包括錄入、查詢、空間數據維護、實時查詢建設工程對環境空氣、水源保護區、生態限制線以及周邊環境敏感點可能造成的影響；對工程擬建位置周圍的環境,根據數據中央數據和設置條件進行模擬顯示,對理論緩沖區、邊界、廠區和實際情況進行比擬,并在工程規劃違反建設地點環境要求時以明顯標志予以報警；系統同時可進行工程多廠址比照,初步確定工程的環境可行性.該系統可實現統一治理建設工程的區域位置、監測點,并與環境影響評價基礎數據庫建立聯接關系,通過空間信息查詢到建

14、設工程的信息和相關的環境影響評價文件.本功能要求同時在二維和三維地圖上實現.(5)危險源治理建立應急治理中危險源、事故點、監測點的定位、查詢和編輯效勞；同時,提供事故點周邊環境敏感點查詢和地圖分布.快速定位事故點和顯示事故監測點的分布以便應急治理.本功能要求同時在二維和三維地圖上實現.(6)環境專業模型分析建立環境影響評價導那么水模型和大氣模型的輸入輸出接口,將模型應用到建設工程的審批和應急事故處理中.(7)河流水網絡模型分析應用初步建立河流水網絡模型,根據環保部門現有資料建成水網“靜態模型,并通過不同的條件對流域內污染源進行查詢、統計分析.六、環境模擬及預測系統環境模擬與污染物擴散預測主要是

15、運用GIS工具強大的空間運算和分析水平,利用各種監測數據,結合地理信息數據與污染模擬模型對環境質量、污染物擴散進行模擬仿真,生成相關的環境專題圖以及污染擴散模擬預測圖.圖3:基于3DGIS的環境監測示意圖.(1)污染物擴散模擬模型定義功能根據大氣、水與土壤環境污染機理,將常見的大氣、水與土壤污染模擬數學模型與GIS集成,形成大氣、水與土壤污染模擬的空間決策模型.可根據大氣、水與土壤具體的環境污染事故快捷定義所需的模擬模型,進行污染擴散過程的模擬(2)基于GIS的模型參數可視化賦值功能可根據污染事故的地理位置,在電子地圖上快速定位,確定受污染水體,土壤與空氣污染模擬預測范圍；基于GIS平臺能夠根據具體的數值模擬方法進行模型的可視化時空離散,自動生成空間離散格網與模擬邊界的定義.(3)基于GIS的模擬結果的可視化表達以污染區域的三維場景為背景,將模擬結果進行二維與三維可視化.(a)