18008063797
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GIS是近年來迅速發(fā)展起來的一門地學(xué)空間數(shù)據(jù)與計算機相結(jié)合的新型空間信息技術(shù)，它把現(xiàn)實世界中對象的空間位置和相關(guān)屬性有機地結(jié)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，進行各種輔助決策。
將GIS應(yīng)用于水利水電工程建設(shè)，以信息的數(shù)字化、直觀化、可視化為出發(fā)點，可以將復(fù)雜施工過程用動畫圖像形象地描繪出來，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(xiàn)工程信息的高效應(yīng)用與科學(xué)管理，以及設(shè)計成果的可視化表達，進而為決策與設(shè)計人員提供直觀形象的信息支持。這給施工組織設(shè)計與決策提供了一個科學(xué)簡便、形象直觀的可視化分析手段，有助于推動水利水電設(shè)計工作的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，極大地提高工程設(shè)計與管理的現(xiàn)代化水平，促進工程設(shè)計界的“設(shè)計革命”。
一、方法和技術(shù)
采用GIS是軟件系統(tǒng)與其他平臺結(jié)合的模式中集成模式與擴展連接模式相結(jié)合的方式來開發(fā)施工導(dǎo)截流三維動態(tài)可視化仿真系統(tǒng)。將水文實時數(shù)據(jù)庫和大壩施工實時數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫存放在GIS是平臺的表Ｔａｂｌｅ中，通過Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＤＤＥ技術(shù)將數(shù)據(jù)傳遞給調(diào)洪演算、日徑流模擬、導(dǎo)流實時風險率計算等模塊，這些模塊用ＶＣ＋＋、ＶＢ等平臺開發(fā)１６，模擬所得數(shù)據(jù)再傳回GIS是平臺，以圖形、報表的形式輸出。ＧＩＳ強大的數(shù)據(jù)庫管理和圖形顯示輸出能力在這種開發(fā)模式中得到了充分利用。數(shù)據(jù)在GIS是平臺和ＶＣ＋＋、ＶＢ等平臺間簡便迅速地傳遞，保證了系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
通過系統(tǒng)分解，對各子系統(tǒng)分別進行仿真計算和圖形建模，形成初始圖形數(shù)據(jù)庫。各子系統(tǒng)的圖形在GIS是中以主題地圖Ｔｈｅｍｅ的形式分層存放，圖形有其對應(yīng)的屬性ＡｔｔｒｉｂｕｔｅｓｏｆＴａｂｌｅ與之對應(yīng)，圖形與屬性信息具有一一對應(yīng)的聯(lián)系。
GIS是中三維可視化過程具體表現(xiàn)為：首先創(chuàng)建和組裝三維場景，接著通過三維實體建模創(chuàng)建三維形狀。三維實體模型可以直接由其三維形體坐標參數(shù)構(gòu)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，或由表面紋理數(shù)據(jù)提取。三維實體模型再經(jīng)過紋理、光照、消隱、陰影等計算顯示在三維場景中。
借助GIS是強大的空間查詢能力可以方便地查詢?nèi)我鈺r刻施工導(dǎo)流面貌及相應(yīng)信息。
具體實現(xiàn)途徑是：通過仿真模塊得到施工系統(tǒng)各方面的信息，包括主體及擋泄水建筑物幾何形體面貌及其屬性，各施工單元的開始時間、持續(xù)時間、水流幾何形狀及其屬性，由此得到各施工單元任意時刻的面貌，組合起來得到施工導(dǎo)流系統(tǒng)任意時刻的整體面貌，把它貯存在施工圖形庫中并與其一一對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，通過用戶輸入的查詢時刻，查找該時刻施工圖形庫對應(yīng)的記錄，激活其所對應(yīng)的圖素，利用GIS是的條件查詢與圖形顯示機制，顯示出該時刻施工導(dǎo)流場景及導(dǎo)流信息。
二、技術(shù)的應(yīng)用
GIS是三維空間數(shù)據(jù)模型主要是表達空間目標的幾何信息和屬性信息，同時相對獨立的表達空間目標的拓撲關(guān)系。動態(tài)演示是依靠對任意時刻施工面貌的再現(xiàn)實現(xiàn)的。首先運行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(shù)（持續(xù)時間、開始時間、結(jié)束時間）、進度參數(shù)、強度參數(shù)，將這些參數(shù)按工序以電子表格的形式輸出。GIS是讀取這些數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。利用其中的時間參數(shù)，通過編程生成任一工序任意時刻的面貌。演示時通過對施工面貌數(shù)據(jù)庫的循環(huán)，逐條讀取數(shù)據(jù)庫中每條記錄的形體數(shù)據(jù)及其他的相關(guān)信息，形體數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示在三維圖上，其他信息以文本的形式顯示在信息框中。從地下廠房施工面貌動態(tài)演示系統(tǒng)中可以獲得以下信息：
１、虛擬的工程環(huán)境。應(yīng)用三維動畫技術(shù)，制作工程的三維模型，在計算機內(nèi)虛構(gòu)一個完整的工程布置，從各種各樣的視角和路徑都能看見。既能在遠處觀看工程全貌，也能就近了解細部結(jié)構(gòu)。廠房、引水洞、母線洞、尾水管等建筑物結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系清晰、明了。由于GIS是所特有的地形顯示功能，使得地下洞室群所處的地形地貌一目了然。
２、地下洞室在各個時刻的形象進度。在施工面貌動態(tài)演示系統(tǒng)有時間坐標軸，可觀察任意時刻的形象進度和對應(yīng)于該時刻的地下洞室群施工面貌。
３、單項洞室開挖過程、工作面數(shù)量和開挖程序等信息。
４、洞室群施工中各單洞施工的邏輯關(guān)系。
５、施工期間任一時刻同時施工的活動。
實時演示能夠清晰地顯示單洞施工、洞群施工等時間、空間上的邏輯關(guān)系，幫助設(shè)計人員對施工方案的分析、確認。有助于信息溝通，為決策者提供信息服務(wù)。同時，利用ＧＩＳ強大的空間信息處理能力來表現(xiàn)混凝土壩的復(fù)雜施工過程具有極大優(yōu)越性。GIS是特有的空間數(shù)據(jù)組織形式能夠充分反映混凝土壩施工系統(tǒng)復(fù)雜的空間關(guān)系和施工過程。在混凝土壩施工全過程三維動態(tài)演示系統(tǒng)中，GIS是的可視化過程，即實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)到圖像的變換，分為三個子過程：
（１）數(shù)據(jù)操縱
數(shù)據(jù)操縱主要完成數(shù)據(jù)的過濾，是原始數(shù)據(jù)的加細或增強，并轉(zhuǎn)化為適合后續(xù)可視化操作的表示形式。
（２）可視化映射
可視化映射將數(shù)據(jù)過濾導(dǎo)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為抽象可視化對象（ＡＶＯ），體現(xiàn)為各種可視化技術(shù)。GIS是的可視化過程是基于信息處理的，模型以信息鏈的形式表示，并存放在數(shù)據(jù)庫中。
（３）繪制
繪制將ＡＶＯ轉(zhuǎn)換為可顯示的圖像?？梢岳?span style="font-family: 微軟雅黑, " microsoft="">GIS是強大的動畫及圖形圖像處理技術(shù)實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)、仿真過程的可視化表達。通過建立坐標系，把現(xiàn)實世界的事物在計算機中對應(yīng)位置重現(xiàn)出來，及建立實體的數(shù)字模型，并按照一定方式將實體與其屬性一一對應(yīng)，從而反映實體的靜態(tài)空間特征?；炷翂问┕は到y(tǒng)的三維可視化仿真數(shù)學(xué)模型的建立分為兩個步驟。首先建立數(shù)字地形模型。數(shù)字地形是整個施工系統(tǒng)布置和活動的場所，是三維圖像展示的重要“背景”。通過人工輸入或掃描儀、數(shù)字化儀等將地形原始數(shù)據(jù)（等高線）輸入到系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾后轉(zhuǎn)化為三維矢量數(shù)據(jù)，進一步生成三維地表面模型ＤＴＭ。利用內(nèi)插手段，可以生成更高精度的ＤＴＭ。ＤＴＭ在經(jīng)紋理、光照等圖先渲染操作，即生成逼真的壩區(qū)數(shù)字地形模型，然后建立混凝土壩施工系統(tǒng)中建筑物的三維實體模型。GIS是中提供了ｐｏｉｎｔ，ｌｉｎｅ，ｐｏｌｙｇｏｎ三種最基本的形（ｓｈａｐｅ），利用它們可以反映任意復(fù)雜的對象。GIS是的３Ｄ模塊提供了實現(xiàn)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屬性信息。實體與屬性的一一對應(yīng)可以利用GIS是的空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。另外為了體現(xiàn)施工的動態(tài)過程，在反映實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中還應(yīng)包括時間特征，以便在三維演示中根據(jù)時間順序調(diào)用不同的實體單元組成施工面貌。把工程施工任意時刻的整體面貌儲存在圖形庫中，并與其一一對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，從而在動畫演示時，按時間順序讀取圖形庫中的形體數(shù)據(jù)及相應(yīng)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，當圖像快速連續(xù)時，由于視覺的暫留，從而實現(xiàn)了整個混凝土壩施工過程的三維面貌及相應(yīng)信息的動態(tài)顯示。同時利用過程信息，生成三維動畫。
三、存在問題：
GIS技術(shù)在環(huán)境資源領(lǐng)域取得進展的同時，不可否認GIS的應(yīng)用還存在諸多問題，主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證（數(shù)據(jù)來源廣泛，但數(shù)據(jù)質(zhì)量不高）。資源與環(huán)境問題涉及土壤學(xué)、環(huán)境學(xué)與地理學(xué)等各個學(xué)科領(lǐng)域，其影響因素復(fù)雜，需要數(shù)據(jù)量大且要求質(zhì)量高。然而由于儀器設(shè)備以及人力物力的限制,許多數(shù)據(jù)難以獲取。而且現(xiàn)有數(shù)據(jù)也往往由于數(shù)據(jù)來源不一、數(shù)據(jù)格式各異、年代不同等原因造成土地資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證,特別是數(shù)據(jù)格式不一，使各地區(qū)的數(shù)據(jù)難以共享，嚴重影響了GIS的應(yīng)用。同時,地理信息系統(tǒng)最基本特點是每個數(shù)據(jù)項都有空間坐標，而傳統(tǒng)的人工采集與野外調(diào)查數(shù)據(jù)空間定位能力差,并且往往以點代面,不可避免的帶來了各種誤差。因此數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)精度一直是GIS技術(shù)真正解決資源與環(huán)境問題的一個“瓶頸”。應(yīng)用水平低，目前的資源環(huán)境管理型地理信息系統(tǒng)，還停留在簡單的資源瀏覽查詢、制圖及簡單的分析。
而真正意義上以資源環(huán)境合理配置、決策支持方面的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)仍十分缺少；GIS的功能沒有充分發(fā)揮出來，管理者的認識水平、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型方法欠缺等方面的限制，使GIS的空間分析功能在資源環(huán)境管理沒有發(fā)揮效益；標準規(guī)范不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享程度低，由于資源環(huán)境管理的專業(yè)性比較強，在相應(yīng)GIS建立的過程中技術(shù)標準、數(shù)據(jù)交換標準、元數(shù)據(jù)標準等方面存在著很大的差別，使不同的信息系統(tǒng)之間難以共享；集成化程度低，目前的許多資源環(huán)境管理GIS功能相對單一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)性差，沒有實現(xiàn)與全球定位系統(tǒng)、遙感信息的集成應(yīng)用，難以滿足現(xiàn)代資源環(huán)境管理相集成化、綜合化方向發(fā)展的需要。
