武創(chuàng)舉

摘要：黃河流域自然資源豐富，流經(jīng)9個(gè)省區(qū)，是世界第五長河，是中華民族最主要的發(fā)源地，給人類文明帶來了巨大的影響。建立黃河流域局部性的綜合生態(tài)監(jiān)測三維模型，并結(jié)合一定時(shí)間序列的遙感影像信息及其土地整理數(shù)據(jù)，對該區(qū)域生態(tài)變化及其作用機(jī)制進(jìn)行分析，形成綜合性質(zhì)的，能夠在一定意義上對黃河流域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測分析，形成共建共享黃河中下游流域生態(tài)監(jiān)測平臺(tái)。

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(guān)鍵詞：黃河流域;生態(tài)監(jiān)測模型;經(jīng)濟(jì)發(fā)展;共建共享

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

中圖分類號(hào)：X171? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）02-0252-02

1? 黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略思路

黃河是我國重要的經(jīng)濟(jì)地帶，但黃河的治理和新時(shí)代的要求還有很大差距。2019年8月19日生態(tài)環(huán)境部相關(guān)會(huì)議強(qiáng)調(diào)，完善生態(tài)環(huán)境分區(qū)管控體系，推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，開展生態(tài)保護(hù)紅線勘界定標(biāo)等問題。

習(xí)總書記的講話及國家相關(guān)政策的發(fā)布為項(xiàng)目研究的進(jìn)一步實(shí)施與發(fā)展提供了政策指引。黃河中下游地區(qū)的水生態(tài)損害問題是黃河流域較為突出的生態(tài)問題之一，對其生態(tài)機(jī)制進(jìn)行有效監(jiān)測是一項(xiàng)至關(guān)重要的研究。本項(xiàng)目的研究過程中，遵循國家政策，以先進(jìn)的航空攝影測量與遙感技術(shù)為手段，大數(shù)據(jù)為支撐，鼓勵(lì)校政企三方合作，建立黃河濕地公園生態(tài)場景監(jiān)測模型，共建共享黃河中下游流域生態(tài)監(jiān)測平臺(tái)。

2? 無人機(jī)在多源遙感監(jiān)測技術(shù)中充當(dāng)著重要角色

20世紀(jì)80年代以來，無人機(jī)的性能得到了快速提升，無人機(jī)應(yīng)用得以迅速發(fā)展。而利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，建立高分辨率、高品質(zhì)顏色、高清晰度的三維模型，實(shí)現(xiàn)三維可視化，隨著計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展，在21世紀(jì)之后迅速應(yīng)用起來。無人機(jī)在多源遙感數(shù)據(jù)獲取中具有非常重要的作用，可以機(jī)載遙感設(shè)備，如輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀，激光掃描儀、高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、磁測儀等獲取信息，用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。

3? 構(gòu)建三維模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源

在傳統(tǒng)的遙感發(fā)展中，主要是以遙感數(shù)據(jù)為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)銷售階段，目前遙感技術(shù)已經(jīng)得到充分的發(fā)展，市場需求量逐步增加，已經(jīng)過渡到應(yīng)用層面上。無人機(jī)遙感技術(shù)在海洋行業(yè)由無人機(jī)海面低空單視角轉(zhuǎn)換為海面超低空多視角，并獲取SAR、高光譜、高空間分辨率多種海況海難、海洋環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

遙感飛機(jī)上可進(jìn)行不同電磁波范圍如紫外、可見光、短波紅外、熱紅外、微波的遙感儀器的飛行試驗(yàn)，用彩色、黑白、紅外、攝像技術(shù)拍攝空中影像數(shù)據(jù)，并用計(jì)算機(jī)對圖像信息加工處理。建立高分辨率成像、夜間熱紅外探測及微波穿透云霧和全天侯工作的航空遙感業(yè)務(wù)化的生態(tài)監(jiān)測運(yùn)行系統(tǒng)，全系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點(diǎn)，是集成了遙感、遙控、遙測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用技術(shù)，為構(gòu)建黃河流域生態(tài)場景監(jiān)測模型提供實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)。

4? 動(dòng)態(tài)監(jiān)測三維模型實(shí)施方案

研究區(qū)域?yàn)猷嵵菔袇^(qū)附近黃河流域，研究目的是建立黃河流域局部性的綜合的生態(tài)監(jiān)測三維模型，并結(jié)合一定時(shí)間序列的遙感影像信息及其土地整理數(shù)據(jù)，對該區(qū)域生態(tài)變化及其作用機(jī)制進(jìn)行分析，形成綜合性質(zhì)的，能夠在一定意義上對黃河流域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測分析的模型。通過該模型對黃河流域的生態(tài)防治工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目的研究主要分為以下幾個(gè)方面：

①建立生態(tài)三維模型。利用無人機(jī)航空飛行平臺(tái)、光學(xué)遙感載荷，獲取對鄭州市區(qū)附近黃河流域的多源遙感數(shù)據(jù)。應(yīng)用采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)黃河流域具體不同特點(diǎn)，建立有針對性的三位生態(tài)場景模型。

②建立研究區(qū)域時(shí)間序列土地利用生態(tài)環(huán)境變化模型。獲取本研究區(qū)域2010、2012、2015、2018年HJ遙感數(shù)據(jù)。首先，通過解譯數(shù)據(jù)提取研究區(qū)域NDVI、DVI指數(shù)因子，應(yīng)用歸一化植被指數(shù)與植被覆蓋度的數(shù)學(xué)關(guān)系，計(jì)算研究時(shí)段內(nèi)區(qū)域的植被覆蓋率，得到研究區(qū)土地利用覆蓋現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)變化和土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化。其次，提取與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的地表溫度、土壤濕度等指數(shù)，評(píng)價(jià)研究區(qū)域水生態(tài)變化狀況。綜合研究鄭州周邊黃河流域的生態(tài)變化情況，分析時(shí)間序列變化，建立時(shí)間序列曲線。

③建立生態(tài)綜合監(jiān)測分析模型。結(jié)合航空攝影測量三維模型、信息分類提取后的遙感數(shù)據(jù)分類地圖、土地利用生態(tài)環(huán)境變化模型，同時(shí)把獲取的近幾年土地整理數(shù)據(jù)庫信息、植被指數(shù)、土壤指數(shù)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并分析生態(tài)變化作用機(jī)制，最后實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域生態(tài)場景動(dòng)態(tài)監(jiān)測三維可視化模型的總集成。

5? 構(gòu)建黃河流域生態(tài)場景監(jiān)測三維模型以及技術(shù)關(guān)鍵

本研究以航空攝影測量和遙感技術(shù)為手段，大數(shù)據(jù)為支撐，建立綜合監(jiān)測模型，三維建模主要運(yùn)用Smart3D軟件，建模技術(shù)包括基于過程和基于圖像的建模技術(shù)?；谶^程建模主要通過無人機(jī)獲取有限參數(shù)來控制場景，常用的建模有分形方法、隨機(jī)過程和L-system模型等;基于圖像的建模主要是通過無人機(jī)獲取的圖像與繪制技術(shù)融合形成三維生態(tài)環(huán)境場景的建模。（圖1）

傾斜攝影測量技術(shù)主要從5個(gè)不同角度同時(shí)采集信息，真實(shí)客觀地反應(yīng)測量物體。遙感信息提取技術(shù)主要包括，NDVI指數(shù)、DVI指數(shù)、PVI指數(shù)、溫度指數(shù)的提取技術(shù)。

通過黃河流域生態(tài)場景監(jiān)測三維模型的建立，能夠?qū)︵嵵葜苓叺狞S河流域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并且從一定程度上預(yù)測模擬該地區(qū)的生態(tài)變化。能節(jié)省大量的監(jiān)測時(shí)間，大大提高監(jiān)測效率。監(jiān)測的真實(shí)性對于黃河流域的生態(tài)治理提供了非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。黃河流域的生態(tài)保護(hù)，有效提升了市場需求、有利于加快環(huán)保企業(yè)項(xiàng)目落地及推進(jìn)，環(huán)保企業(yè)融資有望邊際改善。

6? 黃河流域生態(tài)治理社會(huì)效益

鄭州周邊黃河流域?qū)嵤o人機(jī)航空影像數(shù)據(jù)采集，然后針對其生態(tài)情況建立三維模型，實(shí)現(xiàn)三維可視化模擬，真實(shí)地再現(xiàn)了所拍攝區(qū)域的實(shí)際三維場景信息，這樣對黃河流域的生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了真實(shí)展現(xiàn)，對于政府、企業(yè)進(jìn)行黃河流域生態(tài)治理工作起到了基礎(chǔ)決策依據(jù)作用。黃河流域的生態(tài)監(jiān)測為生態(tài)治理提供了精準(zhǔn)真實(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于黃河流域的生態(tài)保護(hù)起到不可忽視的作用。

7? 結(jié)束語

建立鄭州周邊的黃河流域生態(tài)場景監(jiān)測模型，對加大濕地恢復(fù)力度、繼續(xù)實(shí)施濕地恢復(fù)工程、擴(kuò)大濕地恢復(fù)面積，開展大規(guī)?；膲A地改良、濕地內(nèi)修建圍堰、蓄淡壓堿等提供科學(xué)決策;構(gòu)建生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，對優(yōu)化黃河生態(tài)用水配置，優(yōu)先滿足河道基流及保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)用水，合理修復(fù)和科學(xué)保護(hù)功能受損的河口濕地生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)規(guī)劃。

獲取黃河流域的三維場景與生態(tài)信息，為黃河流域的生態(tài)保護(hù)和治理工作提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)依據(jù)，對加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]習(xí)近平.共同抓好大保護(hù)協(xié)同推進(jìn)大治理讓黃河成為造福人民的幸福河[N].人民日報(bào)，2019-09-20（01）.

[2]Malekmohammadi B， Blouchi L R. Ecological risk assessment of wetland ecosystems using multi criteria decision making and geographic information system[J].Ecological Indicators， 2014， 41： 133-144.

[3]徐涵秋.城市遙感生態(tài)指數(shù)的創(chuàng)建及其應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（24）：7853-7862.

[4]單薇，等.基于多源遙感數(shù)據(jù)的土地整治生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35（1）：234-242.

[5]程建美.環(huán)境監(jiān)測在大氣污染治理中的作用及措施[J].價(jià)值工程，2019，38（32）：10-11.