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：本文通過對錢塘江江道（包括其主要支流）三維GIS模型的建模實踐，簡要闡述錢塘江江道三維GIS建模過程，希望對其他江道三維GIS建模有一定的借鑒價值，從而提供能滿足防汛精度要求的基礎三維平臺，為防汛決策提供科學依據(jù)。關鍵詞：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業(yè)發(fā)達，人口眾多，市場繁榮，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氣候區(qū)，進入2月后冬去春來，雨量漸增，因此錢塘江流域的防洪工作顯得較為重要。為了準確掌握錢塘江兩岸地形，滿足錢塘江河道管理、規(guī)劃設計和信息化建設的需要，同時為防洪抗旱指揮提供準確可靠的基本資料，有必要建立錢塘江江道地理信息系統(tǒng)（GIS）。本次GIS開發(fā)基礎測繪資料包括1：10000和1：2000地形圖。為了獲得符合實際最新地形現(xiàn)狀，浙江省水利水電設計院測繪分院及錢塘江管理局測繪院在對已有資料的分析、評價和利用的基礎上進行了江道測繪工作。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、等高線、交通及附屬設施、控制點、植被、水邊線、說明注記、地貌土質、居民點和恒柵及其他等11個CAD圖層。為了能建立錢塘江江道的三維GIS模型，我們對二維CAD圖形的等高線、等高點、堤防等進行高程屬性賦值。3江道三維GIS模型的建立3.1TIN的構建3.1.1TIN的構建基本原理通過矢量化地形圖的等高線及等地形等高點獲得三維離散點數(shù)據(jù)，再將離散點轉換成TIN（三角形網面），通常采用的方法是Delaunay三角剖分法，實現(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頂點的Delaunay三角網格；加入一個新的節(jié)點，找出所有外接圓包含新加入節(jié)點的三角形，并將這些三角形刪除，形成一個空腔；將空腔的節(jié)點與新加入的節(jié)點連接，形成新的Delaunay三角網格；調整數(shù)據(jù)結構，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)點都加入為止。圖1三角網Tin3.1.2TIN的構建過程本項目經性價比比較最后選擇ArcGis為平臺。我們利用ArcScene中的3D工具中的Create/ModifyTin工具生成3D模型Tin。具體過程如下：1）邊界設置在ArcScene中,生成3D模型Tin的默認范圍是一種方格,但由于江道范圍是不規(guī)則的,所以需要重新設置構建Tin的邊界。先在AUTOCAD中沿江道的走勢繪制一個閉合的邊界(即構建Tin的范圍)。打開ArcScene3D工具中的Create/ModifyTin工具,加載dwg文件中邊界的Polygon文件，將其Triangulate屬性設置為hardclip，其它兩項設置為None。然后分別加載等高點、等高線、堤防的Polyline文件及Point文件，將Heightsource設置為Elevation,另外屬性按照默認格式即可。這樣，模型在構建Tin后自動切除邊界以外的部分。2）模型高程分層設置顏色選擇Tin層的屬性維護，選擇symobogy,將Elevation中的ColorRamp設置為某一種顏色組，將classes設置為默認值（如32），并在classify中設置其不同的高程段的顏色。這樣模型的立體感就產生了。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轉換成3D模型DEM格式的文件。3.3三維GIS模型的基本應用模型建立后可以進行三維直觀漫游，為錢塘江領域的防汛提供基礎平臺；同時，可對模型上的任何地物及堤防等進行高程查詢，并可進行包括坡度分析的三維分析，為防汛提供基礎決策數(shù)據(jù)。也可在此三維平臺上建立防汛指揮系統(tǒng)，為防汛系統(tǒng)提供科學決策的地形基礎資料。4結語1）由于錢塘江防汛對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。我們在建模實踐中發(fā)現(xiàn)按1：2000可以對地形進行很有效的控制，誤差可以控制在允許的范圍內。因此我們建議對江道按1：2000的地形圖精度進行等高點實測，以便對江道地形進行有效控制。2）建議沿著堤防、陡坎等高程突變處進行實測斷面，以便對堤防、陡坎等的形態(tài)進行有效控制。我們在建模實踐中發(fā)現(xiàn)按常規(guī)地形圖測量數(shù)據(jù)建模，模型對堤防、陡坎等突變處沒有有效地顯示，同時也會減弱模型的立體感。3）對不同高程進行科學分層并設置合適顏色，會大大增加模型的立體感。建議采用國家標準高程色帶并結合本地區(qū)實際情況進行高程分層設色。參考文獻1凌云.地