GIS在水利水電工程建設中的應用與展望

1、.：.；GIS在水利水電工程建立中的運用與展望摘要：地理信息系統作為一種工具在許多領域中得到了越來越廣泛的運用。結合近年來在水利水電工程建立中的運用情況，從技術角度綜述了在水利工程建立中的運用現狀，并展望了在水利水電工程建立領域運用的開展前景。 關鍵詞：地理信息系統水利水電工程仿真運用 水利水電工程多數較為龐大而復雜。如何采用科學有效的設計方法以提高設計效率，怎樣直觀明晰地描畫復雜工程建立的施工動態(tài)過程，是提高工程設計和管理現代化程度的關鍵。因此，尋求新的技術和計算機輔助設計的方法成為必然趨勢。是近年來迅速開展起來的一門地學空間數據與計算機相結合的新型空間信息技術，它把現實世界中對象的空間位置

2、和相關屬性有機地結合起來，滿足用戶對空間信息的管理，并借助其特有的空間分析功能和可視化表達，進展各種輔助決策。 一、在水利水電工程建立中的運用綜述 將運用于水利水電工程建立，以信息的數字化、直觀化、可視化為出發(fā)點，可以將復雜施工過程用動畫圖像籠統地描畫出來，為全面、準確、快速地分析掌握工程施工全過程提供有力的分析工具，實現工程信息的高效運用與科學管理，以及設計成果的可視化表達，進而為決策與設計人員提供直觀籠統的信息支持。這給施工組織設計與決策提供了一個科學簡便、籠統直觀的可視化分析手段，有助于推進水利水電設計任務的智能化、現代化開展，極大地提高工程設計與管理的現代化程度，促進工程設計界的“設計

3、革命。 運用于施工導截流三維動態(tài)可視化 采用軟件系統與其他平臺結合的方式中集成方式與擴展銜接方式相結合的方式來開發(fā)施工導截流三維動態(tài)可視化仿真系統。將水文實時數據庫和大壩施工實時數據庫等數據庫存放在平臺的表中，經過的技術將數據傳送給調洪演算、日徑流模擬、導流實時風險率計算等模塊，這些模塊用、等平臺開發(fā)，模擬所得數據再傳回平臺，以圖形、報表的方式輸出。強大的數據庫管理和圖形顯示輸出才干在這種開發(fā)方式中得到了充分利用。數據在平臺和、等平臺間簡便迅速地傳送，保證了系統開發(fā)環(huán)境的協調一致。 經過系統分解，對各子系統分別進展仿真計算和圖形建模，構成初始圖形數據庫。各子系統的圖形在中以主題地圖的方式分層存

4、放，圖形有其對應的屬性與之對應，圖形與屬性信息具有一一對應的聯絡。 中三維可視化過程詳細表現為：首先創(chuàng)建和組裝三維場景，接著經過三維實體建模創(chuàng)建三維外形。三維實體模型可以直接由其三維形體坐標參數構建，也可由二維形體生成，其高度由形體特征的幾何屬性提供，或由外表紋理數據提取。三維實體模型再經過紋理、光照、消隱、陰影等計算顯示在三維場景中。 借助強大的空間查詢才干可以方便地查詢恣意時辰施工導流容顏及相應信息。詳細實現途徑是：經過仿真模塊得到施工系統各方面的信息，包括主體及擋泄水建筑物幾何形體容顏及其屬性，各施工單元的開場時間、繼續(xù)時間、水流幾何外形及其屬性，由此得到各施工單元恣意時辰的容顏，組合起

5、來得到施工導流系統恣意時辰的整體容顏，把它儲存在施工圖形庫中并與其一一對應的屬性數據建立聯絡，經過用戶輸入的查詢時辰，查找該時辰施工圖形庫對應的記錄，激活其所對應的圖素，利用的條件查詢與圖形顯示機制，顯示出該時辰施工導流場景及導流信息，如圖所示。 運用于地下廠房施工動態(tài)演示系統 三維空間數據模型主要是表達空間目的的幾何信息和屬性信息，同時相對獨立的表達空間目的的拓撲關系。動態(tài)演示是依托對恣意時辰施工容顏的再現實現的。首先運轉仿真程序得到確定方案下的洞室施工過程的信息，包括洞室開挖時間參數繼續(xù)時間、開場時間、終了時間、進度參數、強度參數，將這些參數按工序以電子表格的方式輸出。讀取這些數據并將其轉

6、換成相應的數據庫。利用其中的時間參數，經過編程生成任一工序恣意時辰的容顏工序時辰的容顏，那么地下廠房系統恣意時辰的整體容顏。演示時經過對施工容顏數據庫的循環(huán)，逐條讀取數據庫中每條記錄的形體數據及其他的相關信息，形體數據以圖形的方式顯示在三維圖上，其他信息以文本的方式顯示在信息框中。從地下廠房施工容顏動態(tài)演示系統中可以獲得以下信息： 虛擬的工程環(huán)境。運用三維動畫技術，制造工程的三維模型，在計算機內虛擬一個完好的工程布置，從各種各樣的視角和途徑都能看見。既能在遠處觀看工程全貌，也能就近了解細部構造。廠房、引水洞、母線洞、尾水管等建筑物構造的相互關系明晰、明了。由于所特有的地形顯示功能，使得地下洞室

7、群所處的地形地貌一目了然。 地下洞室在各個時辰的籠統進度。在施工容顏動態(tài)演示系統有時間坐標軸，可察看恣意時辰的籠統進度和對應于該時辰的地下洞室群施工容顏。 單項洞室開挖過程、任務面數量和開挖程序等信息。 洞室群施工中各單洞施工的邏輯關系。 施工期間任一時辰同時施工的活動。 實時演示可以明晰地顯示單洞施工、洞群施工等時間、空間上的邏輯關系，協助 設計人員對施工方案的分析、確認。有助于信息溝通，為決策者提供信息效力。 運用于混凝土壩施工全過程三維動態(tài)演示系統 利用強大的空間信息處置才干來表現混凝土壩的復雜施工過程具有極大優(yōu)越性。特有的空間數據組織方式可以充分反映混凝土壩施工系統復雜的空間關系和施工

8、過程。在混凝土壩施工全過程三維動態(tài)演示系統中，的可視化過程，即實現模擬數據到圖像的變換，分為三個子過程： 數據支配。數據支配主要完成數據的過濾，是原始數據的加細或加強，并轉化為適宜后續(xù)可視化操作的表示方式。 可視化映射?？梢暬成鋵祿^濾導出的數據轉換為籠統可視化對象，表達為各種可視化技術。的可視化過程是基于信息處置的，模型以信息鏈的方式表示，并存放在數據庫中。 繪制。繪制將轉換為可顯示的圖像。可以利用強大的動畫及圖形圖像處置技術實現模擬數據、仿真過程的可視化表達。 經過建立坐標系，把現實世界的事物在計算機中對應位置重現出來，及建立實體的數字模型，并按照一定方式將實體與其屬性一一對應，從而反

9、映實體的靜態(tài)空間特征?；炷翂问┕は到y的三維可視化仿真數學模型的建立分為兩個步驟。首先建立數字地形模型。數字地形是整個施工系統布置和活動的場所，是三維圖像展現的重要“背景。經過人工輸入或掃描儀、數字化儀等將地形原始數據等高線輸入到系統，經過數據過濾后轉化為三維矢量數據，進一步生成三維地外表模型。利用內插手段，可以生成更高精度的。在經紋理、光照等圖先渲染操作，即生成逼真的壩區(qū)數字地形模型，然后建立混凝土壩施工系統中建筑物的三維實體模型。中提供了，三種最根本的形，利用它們可以反映恣意復雜的對象。的模塊提供了實現三維圖形的拓撲運算、繪制、渲染、紋理和顯示的功能。與地形模型不同的是，實體模型尚需反映其

10、屬性信息。實體與屬性的一一對應可以利用的空間數據組織構造來實現。另外為了表達施工的動態(tài)過程，在反映實體的數據構造中還應包括時間特征，以便在三維演示中根據時間順序調用不同的實體單元組成施工容顏。把工程施工恣意時辰的整體容顏儲存在圖形庫中，并與其一一對應的屬性數據建立聯絡，從而在動畫演示時，按時間順序讀取圖形庫中的形體數據及相應的屬性信息，不斷更新繪圖變量和屬性變量賦值，并不斷刷新屏幕顯示。這樣高速地顯示一系列靜止圖像，當圖像快速延續(xù)時，由于視覺的暫留，從而實現了整個混凝土壩施工過程的三維容顏及相應信息的動態(tài)顯示。同時利用過程信息，生成三維動畫，如圖。 運用于水利水電工程施工總布置可視化動態(tài)演示系

11、統 以軟件為平臺，建立數字化地形，施工場地布置系統中各系統部件的三維數字化模型。系統部件的數據信息與其他相關信息，經過映射關系聯絡構成根底數據庫，成為系統的底層支持。這樣就實現了各系統部件表層的獨立性和深層的耦合性。根據不同工程的施工期長短，選擇恰當的根本時間步長，再輔以典型時辰容顏，可以使施工消費管理者對工程進展情況有一個全面直觀的了解。中信息的可視化組織表如今對系統數據庫的操作及管理上。由于特有的混合數據庫設計構造，把數據儲存方式分為兩個部分：一是圖形數據庫，它主要是存放各種專題圖及組成它們的一切圖素。根據需求，可將不同性質的圖素放在不同的圖層上，以便今后查詢或進展圖層疊加分析。二是圖素的

12、屬性數據庫，它主要用來存放描畫圖素的屬性數據?？臻g數據和屬性數據經過內部代碼和用戶標識碼作為公共數據項銜接起來，使得描畫圖素的屬性數據與其圖素建立一一對應的關系。 該系統實現的總體功能概括如下： 顯示樞紐施工總布置三維全景。 演示樞紐施工全過程三維動態(tài)籠統，直觀反映各組成部分空間上和時間上的相互關系。 基于三維樞紐布置模型上實現樞紐布置的各種信息可視化查詢，包括建筑物設計參數、設計圖紙、根底數據、附屬物信息、工程施工進度等。 實現樞紐施工全過程總體施工強度的實時統計及統計結果動態(tài)的柱狀圖顯示，包括混凝土澆筑強度、施工機械設備消費率、砂石料等原資料需求量及人力需求量等信息的統計顯示。 實現樞紐工

13、程主要建筑物施工全過程動態(tài)演示，包括地下洞室群施工全過程仿真及演示、大壩混凝土澆筑全過程仿真及演示、施工場內交通運輸系統仿真與演示等。二、討論與展望 本身在不斷開展，它在水利水電工程建立中的運用亦需不斷開展。運用的開展不僅要與本身的開展相結合，還要與水利水電工程專業(yè)相結合。在水利水電工程未來的建立中，與其他技術的結合將更加嚴密，運用更加廣泛。 三維建模 中三維幾何外型技術已很成熟，對于三維地質模型的建立、圖形顯示目前均有較多研討。但水利水電工程中三維數字地形模型的建立大多只是停留在面模型這一層面上。對諸如壩區(qū)地形模型等的地質模型的構造，除層狀地層外仍有一定難度。常用模型方法有兩種：外表模型和實

14、體模型。兩種模型對復雜地質體非均勻性的描畫均感缺乏。用于水利水電工程中地質建模是今后運用研討的主要內容之一。但影響數據質量的要素繁多，存在許多不確定性，把握適度質量有一定難度。假設進入數據庫的數據質量過高，那么呵斥浪費；反之，質量偏低，那么達不到要求。 三維目前研討重點集中在三維數據構造的設計、優(yōu)化與實現技術的運用，三維系統的功能和模塊設計等方面。但是，地理信息系統所描畫的地理對象往往具有時間屬性，即時態(tài)。隨著時間的推移、地理對象的特征會發(fā)生變化，而目前大多數地理信息系統都不能很好地支持地理對象和組合事件維的處置。實踐上許多用戶要求都是基于時間特征的，如洪水的最高水位變化等。對這樣的運用背景，

15、僅采取作為屬性數據庫中的一個屬性不能很好地處理問題。故，如何設計并運用來描畫、處置對象的時態(tài)特征也是個重要研討領域。 水利水電工程中地理信息和數據的交流范圍要求越來越廣泛。隨著的開展，利用技術在上發(fā)布空間數據供用戶閱讀、運用是開展的必然趨勢。網絡，以網絡閱讀器為運用任務平臺，使得從的任一個節(jié)點，用戶可以閱讀站點中的空間數據，制造專題圖，并進展各種空間檢索和空間分析，且能在多個客戶端實現原來在本機上才干實現的功能。由于水利工程中地理信息和大量的空間數據都是以文字、數字、圖形和影像方式表示的，將它們數字化，便可方便、快速和及時地將地理信息傳送到需求的地方，發(fā)揚在整個水利水電工程中的運用價值。數據的嚴密性需加以控制。 水利水電工程布置方案的可視化的要求已不局限在單純的表現上。對于布置方案交互式修正，組件式也是重要的運用開展趨勢之一。 三、結語 強大的空間分析功能和圖形顯示功能為工程設計和研討成果的可視化表達提供了有力的現代化手段。但是，運用到水利水電工程建立中還有許多不盡如人意的地方，如計算功能相對薄弱等，可經過與不同技術之間的交融來抑制。隨著運用的深