三維GIS在水電水利工程中的應(yīng)用

1、三維GIS在水電水利工程中的應(yīng)用1引言地理信息系統(tǒng)作為獲取、存儲(chǔ)、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科，經(jīng)過(guò)了近50年的 發(fā)展，到今天巳經(jīng)逐漸成為一門相當(dāng)成熟的技術(shù)。當(dāng)前，三維GIS也從理論研究走向了實(shí)際工程應(yīng)用，三 維GIS是近年發(fā)展起來(lái)的以真實(shí)三維場(chǎng)景描述并結(jié)合傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的新技術(shù)，具有真實(shí)、直觀等優(yōu)越 性，又繼承了傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的分析、處理和數(shù)據(jù)組織模型。水電工程的設(shè)計(jì)與決策是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，往往需要多方案的比較來(lái)確定最佳選擇。這就使得用 文字及二維圖紙的形式來(lái)描述一個(gè)方案，很難讓人有直觀的了解。建立一個(gè)能將設(shè)計(jì)成果進(jìn)行可視化表達(dá)， 實(shí)現(xiàn)工程信息的高效應(yīng)用與科學(xué)管理的可

2、視化系統(tǒng)，不但可以很好地對(duì)不同設(shè)計(jì)方案和成果進(jìn)行可視化表 達(dá)、分析和比較，而且在三維模型的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)工程信息的三維可視化查詢，有助于提高工程設(shè)計(jì) 的效率和質(zhì)量。本文介紹了將GIS應(yīng)用于水電水利工程，利用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理及分析功能，結(jié)合三維 可視化等先進(jìn)技術(shù)與方法，為傳統(tǒng)的水電工程設(shè)計(jì)提供一個(gè)實(shí)用的、可視化的三維地理信息系統(tǒng)，推動(dòng)水 電工程設(shè)計(jì)數(shù)字化、可視化、為工程設(shè)計(jì)和施工管理等提供有力的支持。2三維GIS平臺(tái)自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，空間信息三維可視化技術(shù)一直是業(yè)界研究的熱點(diǎn)，尤其是近幾年，相關(guān)技 術(shù)的研究呈現(xiàn)出前所未有的壯麗景象，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)紛紛認(rèn)準(zhǔn)了三維空間技術(shù)的良好發(fā)展

3、勢(shì)頭， 進(jìn)行了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域合作和三維技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了一批各具特色的優(yōu)秀產(chǎn)品。美國(guó)率先推出了 Google Earth、SkylineGlobe、Virtual Earth、ArcGIS Explorer、WorldWind 等軟件。國(guó)內(nèi)也先后推出了類似產(chǎn) 品如 LTEarth、GeoGlobe、EV-Globe 等軟件。SkylineGlobe是起源于以色列的一家美國(guó)私營(yíng)高科技公司，其推出的TerraSuite系列產(chǎn)品巳廣泛應(yīng) 用于水利、電力、石油、城市規(guī)劃等行業(yè)，它是目前應(yīng)用比較廣、整體性能較優(yōu)的商業(yè)化大場(chǎng)景三維可視 化基礎(chǔ)平臺(tái)軟件，并且提供了豐富的二次開(kāi)發(fā)接口，支持絕大部分主流矢量數(shù)據(jù)格

4、式。本文就是選擇了 SkylineGlobe作為三維GIS平臺(tái)，研究其在水電水利工程中的應(yīng)用。3 SkylineGlobe 軟件SkylineGlobe是全球領(lǐng)先的三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，可以支持桌面、移動(dòng)終端、多屏投影等顯示終端， 可以為每個(gè)用戶提供量身定做的軟件和服務(wù)。該軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型等信息源 創(chuàng)建的一個(gè)交互式環(huán)境，是一套獨(dú)立于硬件之外、多平臺(tái)、多功能的軟件系統(tǒng)。SkylineGlobe軟件系列平 臺(tái)從數(shù)據(jù)生產(chǎn)、編輯、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布提供了成熟的商業(yè)解決方案，給用戶提供一站式服務(wù)。不論是在網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境中還是單機(jī)應(yīng)用，用戶能夠根據(jù)自己的需求定制功能，建立個(gè)性化的三維地理信息

5、系統(tǒng)，通過(guò)三維交互 的方式來(lái)展示大量的空間地理數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上整合自身的業(yè)務(wù)平臺(tái)。利用SkylineGlobe構(gòu)建三維GIS 平臺(tái)的主要步驟如下：根據(jù)等高線、高程點(diǎn)、航空影像、衛(wèi)星影像等數(shù)據(jù)獲取數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像(DOM);根據(jù)得到的DEM和DOM數(shù)據(jù)利用TerraBuilder制作生成三維地理場(chǎng)景數(shù)據(jù)；集成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如行政界線、村名等矢量數(shù)據(jù)；集成水電水利工程設(shè)計(jì)、施工、規(guī)劃、環(huán)保移民和地質(zhì)災(zāi)害等專題數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)；針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行功能定制開(kāi)發(fā)；形成三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)。4三維GIS在水電水利工程中的應(yīng)用4.1工程踏勘應(yīng)用水電項(xiàng)目通常地處高山峽谷地區(qū)，樞紐

6、區(qū)位置往往植被茂盛、山高坡陡、交通及通視條件差。工程前 期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)，往往由于現(xiàn)場(chǎng)的交通、通視條件，無(wú)法準(zhǔn)確的判斷項(xiàng)目所處為位置、相關(guān)地形地勢(shì)， 利用所建立的三維GIS平臺(tái)，在前期方案研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行查勘規(guī)劃與策劃，完成查勘前的技術(shù)準(zhǔn)備， 以增強(qiáng)查勘的針對(duì)性，提高工作有效性。4.2前期方案研究根據(jù)三維地理場(chǎng)景數(shù)據(jù)以及鉆孔、地質(zhì)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，可在項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作啟動(dòng)初期開(kāi)展方案研究工作，初 步對(duì)壩段、工作壩址及樞紐布置格局適應(yīng)性進(jìn)行初步分析，為擬定工作思路、確定工作范圍，缺資料條件 下設(shè)計(jì)投標(biāo)以及項(xiàng)目投資前期決策等具有積極作用。此外，在前期方案研究階段，可實(shí)現(xiàn)前期研究的快捷、多方案比選并可在初步估

7、算的精度上，實(shí)現(xiàn)點(diǎn) 位信息查詢、距離量算、淹沒(méi)分析、剖面分析等功能，滿足初步分析使用。圖1距離量算圖2剖面分析4.3道路交通規(guī)劃通過(guò)三維GIS平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可獲取路線所經(jīng)區(qū)域的地形、地貌、河流、居民地及交通網(wǎng)系等，以便 了解其對(duì)路線的影響，對(duì)所選路線進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同地理?xiàng)l件的要求，靈 活設(shè)計(jì)、修改交通規(guī)劃方案，同時(shí)可以在三維場(chǎng)景中形象直觀地展示交通規(guī)劃方案，整體規(guī)劃水電站場(chǎng)內(nèi) 外交通，形成更加科學(xué)合理的規(guī)劃方案。圖3 道路交通規(guī)劃4.4施工總布置規(guī)劃方案展示基于三維GIS平臺(tái)，獲取水電工程區(qū)域三維地形與影像，制作真實(shí)的三維可視化場(chǎng)景，將水電工程設(shè) 計(jì)的施工場(chǎng)地、渣場(chǎng)

8、、料場(chǎng)、主要施工生產(chǎn)生活設(shè)施場(chǎng)地、業(yè)主營(yíng)地、場(chǎng)內(nèi)交通等相關(guān)信息有效整合，并 在三維可視化場(chǎng)景中進(jìn)行集成展示，將設(shè)計(jì)成果可視化表達(dá)，進(jìn)而為決策與設(shè)計(jì)人員提供直觀形象的信息 支持，極大地提高工程設(shè)計(jì)與管理的現(xiàn)代水平。圖4 設(shè)計(jì)方案展示1圖5 設(shè)計(jì)方案展示24.5水庫(kù)征地移民統(tǒng)計(jì)分析在三維地理信息系統(tǒng)中，可以開(kāi)展水庫(kù)移民統(tǒng)計(jì)分析工作，包括水庫(kù)淹沒(méi)范圍分析和淹沒(méi)實(shí)物指標(biāo)統(tǒng) 計(jì)、規(guī)劃搬遷和安置人口分析等。使用水庫(kù)移民專題數(shù)據(jù)可方便地計(jì)算和統(tǒng)計(jì)出某流域或單個(gè)工程水庫(kù)的 耕地、林地、草地等土地面積，還可在三維場(chǎng)景中形象展示移民安置點(diǎn)位置及其規(guī)劃的三維效果，為水庫(kù) 征地移民提供一種直觀、高效的手段，從而提高移民工作的系統(tǒng)性、科學(xué)性和前瞻性。5結(jié)語(yǔ)全球數(shù)字化的趨勢(shì)下，三維數(shù)字信息豐富、真實(shí)、具體的表現(xiàn)力以及可視化的優(yōu)勢(shì)逐漸成為應(yīng)用的主流， 隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展和完善，基于SkylineGlobe的三維GIS平臺(tái)依靠其強(qiáng)大