三维仿真系统在环境监控领域的应用与研究

【摘 要】本文通过分析环境信息化各个业务应用模式，较为深入地研究了三维仿真技术在环境领域中业务应用，并对三维仿真技术与传统环境信息技术进行对比分析，重点分析了三维仿真技术在环境监控监测、环境应急、环境行政、环境监察、环境生态等环境领域中的业务应用，为未来环境信息化建设的发展方向提供了参考。

【关键词】三维仿真;地理信息系统;环境决策

1、引言

随着数字环保概念和虚拟现实技术的发展，三维仿真系统在环境业务领域的应用日益成为人们关注的焦点。三维仿真系统全方位、多角度、高效率的管理方法和技术特性奠定了其在环境业务领域的多方面应用优势。三维仿真系统以直观、形象的可视化表达方式[1]，真实展现三维环境要素，为环境监控、环境执法监察、环境影响评价（战略环评、规划环评、项目环评）、行政审批、环境应急、环境日常业务管理及环境生态领域提供很好的“所见即所得”的平台。

2、三维仿真系统在环境领域中的应用分析

2.1基于三维仿真系统在环境领域中的应用优势分析

目前环境业务多是基于二维地理信息系统，对环境现场的分析多是使用现场平面图和现场图片等相关资料进行分析，缺乏直观性。难以对环境地域进行三维综合研究和空间分析，无法使领导部门及时得到对空间清晰、直观的认识[2]。同时环境领域涉及地形地貌，如地形起伏较大、管网密集、排口众多等，用二维的表示方法很难准确描述和进行信息精确管理。

三维仿真系统通过对大范围海量环境数据进行一体化管理，实现无缝三维实时漫游、空间多媒体信息查询、表示、分析和辅助决策，为环境管理部门进行更加清晰、直观、准确的管理环境信息提供技术支持，如：灵活漫游全面巡视重点污染源；真实的还原事故现场用于应急决策[3]；真实的模拟重要治污设施的日常运作状态。

三维仿真系统在环境业务领域的应用优势：

（1）重点风险源工艺管线跟踪分析，为企业环境安全提供可视化监控支持

三维仿真系统可对环境重点风险源如石油石化企业工艺管线进行模拟，动态显示管线内物质流向，便于管理者实时查看管线运行情况，为查堵泄漏点提供可视化技术支持。

（2）全方位展示重要治污设施运行状态，为环境安全提供基础保障

通过三维仿真系统，可实现全厂区漫游，全面展示重要治污设施分布情况及其运行状态。当某一设施出现异常，系统会进行异常报警，使管理者不必亲临现场即可了解治污设施运行状态，为环境安全提供保障。

（3）快速还原环境事故现场，为环境应急提供科学决策支持

环境突发事故现场具有不可再现性。为了对事故进行更准确的分析，可通过三维仿真系统对事故现场进行模拟还原，再现事故发生过程，为领导提供更详尽的现场信息，为环境应急提供科学决策支持。

（4）更真实表现地形地貌，辅以模型分析，为指挥调度、优化路径提供辅助支持

三维仿真系统既有地理信息系统的图形展示功能，又有真实模拟地貌的优势。在环境应急中可以通过三维仿真系统展现事故现场及周边敏感区分布情况，真实展现地势起伏及路况信息，通过模型分析为应急指挥调度及路径优化提供辅助支持。

2.2三维仿真系统在环境监控领域中的应用分析

目前环境监控领域中采用视频、红外、数采仪等形式将监控数据传至监控中心，无法对整个监控场所进行全面、多角度的监控。三维仿真系统可通过对监控场所的真实模拟实现对环境的日常监控，包括：重大风险源企业厂区漫游仿真；围绕风险单元多角度查看周边地貌信息；真实模拟工况运行状态；真实模拟设备运行状态；全面立体展现三维空间污染源分布；对环境空间及风险单元等进行属性查询等。

三维仿真系统可为环保系统领导提供了多角度、可视化的监控平台，不用亲临现场，即可掌控所有环境监控区域的风险源及工况等多种信息，提高工作效率，为决策的质量和效率提供保障。

2.3三维仿真系统在环境应急领域中的应用分析

目前的二维信息平台由于立体表现不完整，无法整体直观反映环境事故现场情况，容易导致宏观分析、决策的偏差[4]。三维仿真系统能够全面分析事故现场及周边情况，进行三维扩散模型分析，包括气象应急模型、地质应急模型、水应急模型（水淹模型、泥沙模型、水污染模型）及化学/核污染应急模型，通过模型分析直观立体展现污染扩散趋势及周边敏感源，为应急监测、指挥调度及现场处置提供重要依据；可依据地势，通过路径优化分析，为应急疏散提供直观、可视化指导，为领导决策提供全方面、直观、真实的决策支持。领导不必深入事故现场就能掌握现场真实情况，并组织专家讨论并制定正确的应急措施，发出正确的调度指令，保证应急指挥和应急调度的科学性和正确性。

同时，通过三维仿真系统可进行事故应急演练及事故回放[5]，真实模拟事故应急演练，直观展示应急流程，为完善应急预案体系、强化应急指挥体系提供参考依据；事故回放是针对事故现场不可保存性，进行事故现场还原，通过仿真事故发生过程，为领导提供应急决策支持，并为事故后评估提供有力依据。

2.4三维仿真系统在环境日常业务领域中的应用分析

三维仿真系统在环境日常业务领域的应用包括：与12369结合，快速定位事故现场，直观查看事故现场地势地形三维景观，为准确预警提供更为详尽的可视化三维信息；建设项目审批，通过三维仿真系统进行区域地形地貌查看，将设计方案导入三维场景中进行审查，在真实再现规划现状的前提下，用户可以从任意路径，以任意视点、任意视角考察设计方案，对方案进行从全局到细部的推敲和修改；环境监察、移动执法，通过三维仿真系统可真实模拟环境监察、移动执法车辆的出勤路径，为执法监督提供可视化督查功能。

2.5三维仿真系统在环境生态领域中的应用分析

环境生态日益受到人们重视，如何有效保护生态，形成良好生态人文环境已成为人们关注的热点。三维仿真系统为生态保护、生态规划提供三维仿真技术支持，领导无需到达现场即可通过三维仿真系统漫游重要生态区域并进行分析，如漫游引用水水源地、防洪堤坝、库区防洪堤拆除后对周边生态的影响分析等。对环境生态区域的规划也可通过三维仿真系统进行模拟展示，将规划前及规划后的场景进行真实模拟对比，为领导进行正确、科学的生态规划提供直观可视化的科学依据。

3、结语

随着数字环保的推进、物联网技术及三维仿真技术的发展，三维仿真系统在环境业务领域的应用越来越显现出无法替代的优势。通过三维仿真系统可真实展现环境业务领域现时情景，并可漫游于场景之中，为环境业务领域提供立体化、全方位展示，为领导进行科学的环境决策提供支持。因此，应加强三维仿真技术的研究，使其在环境业务领域的应用更为深入，为环境管理部门更加清晰、直观、准确的管理环境信息提供技术支持。

参考文献

[1]李云花.虚拟现实技术综述[J].重型机械科技,2004年04期

[2]谢义林,汪云甲.利用虚拟场景实现3DGIS的研究与应用[J].测绘工程,2006年06期

[3]邹志文.环境污染应急系统中虚拟场景的研究与实现[D].江苏大学硕士学位论文,2006

[4]苏虎,周美玉.面向对象的实时三维视景仿真系统的实现[J].计算机工程与应用,2002年06期

[5]廖振良,刘宴辉,徐祖信.基于案例推理的突发性环境污染事件应急预案系统[J].环境污染与防治,2009,31(1): 86-89