水利工程論文-錢塘江江道三維GIS模型的研究.doc

水利工程論文-錢塘江江道三維GIS模型的研究摘要：本文通過(guò)對(duì)錢塘江江道（包括其主要支流）三維GIS模型的建模實(shí)踐，簡(jiǎn)要闡述錢塘江江道三維GIS建模過(guò)程，希望對(duì)其他江道三維GIS建模有一定的借鑒價(jià)值，從而提供能滿足防汛精度要求的基礎(chǔ)三維平臺(tái)，為防汛決策提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：GIS模型TIN江道地形1概述錢塘江為浙江省第一大河流，全長(zhǎng)668km，流域面積5555km2。錢塘江北源為新安江、南源為蘭江，南北兩源在建德匯合后，下行至浦陽(yáng)江口東江嘴河段稱富春江，東江嘴以下稱錢塘江。新安江、蘭江、富春江組成了錢塘江的干流。錢塘江的主要支流有江山港、金華江、分水江、浦陽(yáng)江等。其中江山港與常山港匯合后稱為衢江，衢江右納入金華江后稱蘭江。金華江是錢塘江的最大支流。錢塘江流域沿江工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，人口眾多，市場(chǎng)繁榮，有許多重鎮(zhèn)臨江而置，沿江兩岸村舍較多。浙江省位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，進(jìn)入2月后冬去春來(lái)，雨量漸增，因此錢塘江流域的防洪工作顯得較為重要。為了準(zhǔn)確掌握錢塘江兩岸地形，滿足錢塘江河道管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)和信息化建設(shè)的需要，同時(shí)為防洪抗旱指揮提供準(zhǔn)確可靠的基本資料，有必要建立錢塘江江道地理信息系統(tǒng)（GIS）。本次GIS開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)測(cè)繪資料包括1：10000和1：2000地形圖。為了獲得符合實(shí)際最新地形現(xiàn)狀，浙江省水利水電設(shè)計(jì)院測(cè)繪分院及錢塘江管理局測(cè)繪院在對(duì)已有資料的分析、評(píng)價(jià)和利用的基礎(chǔ)上進(jìn)行了江道測(cè)繪工作。2數(shù)據(jù)加工原始資料CAD圖有1：10000和1：2000兩種，共477張,其中包括1：2000地形圖453張(其中富春江193張,浦陽(yáng)江54張,新安江19張,蘭江44張,衢江101張,金華江42張,分水江暫缺)；1：10000地形圖24張(其中富春江1張,浦陽(yáng)江1張,新安江1張,分水江1張,蘭江7張,衢江9張,金華江4張)。由于開(kāi)發(fā)的需要,首先將各條江的1：10000和1：2000兩種地形圖分別進(jìn)行拼接和圖層處理加工，之后再將各條江的1：10000和1：2000兩種地形圖疊加并形成各條江的各圖層CAD匯總圖?；跍y(cè)繪資料1：10000及1：2000地形圖，將每條江的CAD圖形統(tǒng)一分成堤防、等高點(diǎn)、等高線、交通及附屬設(shè)施、控制點(diǎn)、植被、水邊線、說(shuō)明注記、地貌土質(zhì)、居民點(diǎn)和恒柵及其他等11個(gè)CAD圖層。為了能建立錢塘江江道的三維GIS模型，我們對(duì)二維CAD圖形的等高線、等高點(diǎn)、堤防等進(jìn)行高程屬性賦值。3江道三維GIS模型的建立3.1TIN的構(gòu)建3.1.1TIN的構(gòu)建基本原理通過(guò)矢量化地形圖的等高線及等地形等高點(diǎn)獲得三維離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，再將離散點(diǎn)轉(zhuǎn)換成TIN（三角形網(wǎng)面），通常采用的方法是Delaunay三角剖分法，實(shí)現(xiàn)Delaunay三角剖分法，由Bowyer-Watson算法完成。Bowyer-Watson算法的基本思想：假定已生成了連接若干個(gè)頂點(diǎn)的Delaunay三角網(wǎng)格；加入一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，找出所有外接圓包含新加入節(jié)點(diǎn)的三角形，并將這些三角形刪除，形成一個(gè)空腔；將空腔的節(jié)點(diǎn)與新加入的節(jié)點(diǎn)連接，形成新的Delaunay三角網(wǎng)格；調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新生成的三角形的數(shù)據(jù)填充被刪除三角形的數(shù)據(jù)，余者添加在數(shù)組的尾部；返回第二步，直至所有的節(jié)點(diǎn)都加入為止。圖1三角網(wǎng)Tin3.1.2TIN的構(gòu)建過(guò)程本項(xiàng)目經(jīng)性價(jià)比比較最后選擇ArcGis為平臺(tái)。我們利用ArcScene中的3D工具中的Create/ModifyTin工具生成3D模型Tin。具體過(guò)程如下：1）邊界設(shè)置在ArcScene中,生成3D模型Tin的默認(rèn)范圍是一種方格,但由于江道范圍是不規(guī)則的,所以需要重新設(shè)置構(gòu)建Tin的邊界。先在AUTOCAD中沿江道的走勢(shì)繪制一個(gè)閉合的邊界(即構(gòu)建Tin的范圍)。打開(kāi)ArcScene3D工具中的Create/ModifyTin工具,加載dwg文件中邊界的Polygon文件，將其Triangulate屬性設(shè)置為hardclip，其它兩項(xiàng)設(shè)置為None。然后分別加載等高點(diǎn)、等高線、堤防的Polyline文件及Point文件，將Heightsource設(shè)置為Elevation,另外屬性按照默認(rèn)格式即可。這樣，模型在構(gòu)建Tin后自動(dòng)切除邊界以外的部分。2）模型高程分層設(shè)置顏色選擇Tin層的屬性維護(hù)，選擇symobogy,將Elevation中的ColorRamp設(shè)置為某一種顏色組，將classes設(shè)置為默認(rèn)值（如32），并在classify中設(shè)置其不同的高程段的顏色。這樣模型的立體感就產(chǎn)生了。3）文字和建筑物等的顯示首先在AUTOCAD中將文字和建筑物等賦上高程值,然后利用ArcScene的數(shù)據(jù)加載工具，將其DwgPolygon文件加載到ArcScene中便可顯示。圖2金華江段三維gis模型3.2DEM（數(shù)字高程模型）的生成將3D模型Tin做好之后，利用ArcGis工具toolbox中的TintoGrid和GridtoDEM工具，將Tin轉(zhuǎn)換成3D模型DEM格式的文件。3.3三維GIS模型的基本應(yīng)用模型建立后可以進(jìn)行三維直觀漫游，為錢塘江領(lǐng)域的防汛提供基礎(chǔ)平臺(tái)；同時(shí)，可對(duì)模型上的任何地物及堤防等進(jìn)行高程查詢，并可進(jìn)行包括坡度分析的三維分析，為防汛提供基礎(chǔ)決策數(shù)據(jù)。也可在此三維平臺(tái)上建立防汛指揮系統(tǒng)，為防汛系統(tǒng)提供科學(xué)決策的地形基礎(chǔ)資料。4結(jié)語(yǔ)1）由于錢塘江防汛對(duì)江道的高程精度要求較高，數(shù)十厘米的誤差就可能造成防汛決策上的失誤。我們?cè)诮?shí)踐中發(fā)現(xiàn)按1：2000可以對(duì)地形進(jìn)行很有效的控制，誤差可以控制在允許的范圍內(nèi)。因此我們建議對(duì)江道按1：2000的地形圖精度進(jìn)行等高點(diǎn)實(shí)測(cè)，以便對(duì)江道地形進(jìn)行有效控制。2）建議沿著堤防、陡坎等高程突變處進(jìn)行實(shí)測(cè)斷面，以便對(duì)堤防、陡坎等的形態(tài)進(jìn)行有效控制。我們?cè)诮?shí)踐中發(fā)現(xiàn)按常規(guī)地形圖測(cè)量數(shù)據(jù)建模，模型對(duì)堤防、陡坎等突變處沒(méi)有有效地顯示，同時(shí)也會(huì)減弱模型的立體感。3）對(duì)不同高程進(jìn)行科學(xué)分層并設(shè)置合適顏色，會(huì)大大增加模型的立體感。建議采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高程色帶并結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行高程分層設(shè)色。參考文獻(xiàn)1凌云.地