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黄河流域生态场景三维监测模型技术研究

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武创举

摘要：黄河流域自然资源丰富，流经9个省区，是世界第五长河，是中华民族最主要的发源地，给人类文明带来了巨大的影响。建立黄河流域局部性的综合生态监测三维模型，并结合一定时间序列的遥感影像信息及其土地整理数据，对该区域生态变化及其作用机制进行分析，形成综合性质的，能够在一定意义上对黄河流域的生态环境进行实时动态监测分析，形成共建共享黄河中下游流域生态监测平台。

Abstract： The Yellow River Basin is rich in natural resources， flows through 9 provinces and autonomous regions， is the fifth longest river in the world， and is the main birthplace of the Chinese nation. It has brought a huge impact on human civilization. This paper establishes a local comprehensive three-dimensional ecological monitoring model of the Yellow River Basin， and combines the remote sensing image information and land consolidation data of a certain time series to analyze the regional ecological changes and their action mechanisms， and form a comprehensive ecological monitoring platform in the middle and lower reaches of the Yellow River which can realize real-time and dynamic monitoring and analysis of the ecological environment of the Yellow River Basin.

關键词：黄河流域;生态监测模型;经济发展;共建共享

Key words： Yellow River Basin;ecological monitoring model;economic development;co-construction and sharing

中图分类号：X171? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）02-0252-02

1? 黄河流域生态保护和高质量发展战略思路

黄河是我国重要的经济地带，但黄河的治理和新时代的要求还有很大差距。2019年8月19日生态环境部相关会议强调，完善生态环境分区管控体系，推动黄河流域生态保护和高质量发展，开展生态保护红线勘界定标等问题。

习总书记的讲话及国家相关政策的发布为项目研究的进一步实施与发展提供了政策指引。黄河中下游地区的水生态损害问题是黄河流域较为突出的生态问题之一，对其生态机制进行有效监测是一项至关重要的研究。本项目的研究过程中，遵循国家政策，以先进的航空摄影测量与遥感技术为手段，大数据为支撑，鼓励校政企三方合作，建立黄河湿地公园生态场景监测模型，共建共享黄河中下游流域生态监测平台。

2? 无人机在多源遥感监测技术中充当着重要角色

20世纪80年代以来，无人机的性能得到了快速提升，无人机应用得以迅速发展。而利用无人机倾斜摄影技术，建立高分辨率、高品质颜色、高清晰度的三维模型，实现三维可视化，随着计算机处理技术的发展，在21世纪之后迅速应用起来。无人机在多源遥感数据获取中具有非常重要的作用，可以机载遥感设备，如轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、高分辨率CCD数码相机、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。

3? 构建三维模型的基础数据源

在传统的遥感发展中，主要是以遥感数据为主导的数据销售阶段，目前遥感技术已经得到充分的发展，市场需求量逐步增加，已经过渡到应用层面上。无人机遥感技术在海洋行业由无人机海面低空单视角转换为海面超低空多视角，并获取SAR、高光谱、高空间分辨率多种海况海难、海洋环境的监测数据。

遥感飞机上可进行不同电磁波范围如紫外、可见光、短波红外、热红外、微波的遥感仪器的飞行试验，用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据，并用计算机对图像信息加工处理。建立高分辨率成像、夜间热红外探测及微波穿透云雾和全天侯工作的航空遥感业务化的生态监测运行系统，全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了遥感、遥控、遥测技术与计算机技术的新型应用技术，为构建黄河流域生态场景监测模型提供实时更新数据。

4? 动态监测三维模型实施方案

研究区域为郑州市区附近黄河流域，研究目的是建立黄河流域局部性的综合的生态监测三维模型，并结合一定时间序列的遥感影像信息及其土地整理数据，对该区域生态变化及其作用机制进行分析，形成综合性质的，能够在一定意义上对黄河流域的生态环境进行动态监测分析的模型。通过该模型对黄河流域的生态防治工作提供数据基础。

本项目的研究主要分为以下几个方面：

①建立生态三维模型。利用无人机航空飞行平台、光学遥感载荷，获取对郑州市区附近黄河流域的多源遥感数据。应用采集到的数据，根据黄河流域具体不同特点，建立有针对性的三位生态场景模型。

②建立研究区域时间序列土地利用生态环境变化模型。获取本研究区域2010、2012、2015、2018年HJ遥感数据。首先，通过解译数据提取研究区域NDVI、DVI指数因子，应用归一化植被指数与植被覆盖度的数学关系，计算研究时段内区域的植被覆盖率，得到研究区土地利用覆盖现状数据，分析研究区域土地利用动态变化和土地利用结构的时空变化。其次，提取与生态环境相关的地表温度、土壤湿度等指数，评价研究区域水生态变化状况。综合研究郑州周边黄河流域的生态变化情况，分析时间序列变化，建立时间序列曲线。

③建立生态综合监测分析模型。结合航空摄影测量三维模型、信息分类提取后的遥感数据分类地图、土地利用生态环境变化模型，同时把获取的近几年土地整理数据库信息、植被指数、土壤指数信息进行关联，并分析生态变化作用机制，最后实现研究区域生态场景动态监测三维可视化模型的总集成。

5? 构建黄河流域生态场景监测三维模型以及技术关键

本研究以航空摄影测量和遥感技术为手段，大数据为支撑，建立综合监测模型，三维建模主要运用Smart3D软件，建模技术包括基于过程和基于图像的建模技术。基于过程建模主要通过无人机获取有限参数来控制场景，常用的建模有分形方法、随机过程和L-system模型等;基于图像的建模主要是通过无人机获取的图像与绘制技术融合形成三维生态环境场景的建模。（图1）

倾斜摄影测量技术主要从5个不同角度同时采集信息，真实客观地反应测量物体。遥感信息提取技术主要包括，NDVI指数、DVI指数、PVI指数、温度指数的提取技术。

通过黄河流域生态场景监测三维模型的建立，能够对郑州周边的黄河流域的生态环境进行监测，并且从一定程度上预测模拟该地区的生态变化。能节省大量的监测时间，大大提高监测效率。监测的真实性对于黄河流域的生态治理提供了非常重要的基础数据。黄河流域的生态保护，有效提升了市场需求、有利于加快环保企业项目落地及推进，环保企业融资有望边际改善。

6? 黄河流域生态治理社会效益

郑州周边黄河流域实施无人机航空影像数据采集，然后针对其生态情况建立三维模型，实现三维可视化模拟，真实地再现了所拍摄区域的实际三维场景信息，这样对黄河流域的生态环境实现了真实展现，对于政府、企业进行黄河流域生态治理工作起到了基础决策依据作用。黄河流域的生态监测为生态治理提供了精准真实的监测数据，对于黄河流域的生态保护起到不可忽视的作用。

7? 结束语

建立郑州周边的黄河流域生态场景监测模型，对加大湿地恢复力度、继续实施湿地恢复工程、扩大湿地恢复面积，开展大规模荒碱地改良、湿地内修建围堰、蓄淡压碱等提供科学决策;构建生态环境监测网络体系，对优化黄河生态用水配置，优先满足河道基流及保护区湿地生态用水，合理修复和科学保护功能受损的河口湿地生态系统提供科学规划。

获取黄河流域的三维场景与生态信息，为黄河流域的生态保护和治理工作提供至关重要的数据依据，对加快推进生态文明建设，践行“绿水青山就是金山银山”理念具有重要意义。

参考文献：

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