基于SKYLINE的水庫(kù)三維管理系統(tǒng)

梁 亮,宋立松,張澤鋒,嚴(yán)云杰

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問(wèn)題的提出

水庫(kù)是儲(chǔ)蓄、調(diào)節(jié)地表水資源的重要設(shè)施,是重大的水利樞紐工程,承擔(dān)著所屬流域的防洪、蓄水、灌溉、供水、調(diào)節(jié)生態(tài)平衡等多項(xiàng)任務(wù),水庫(kù)安全管理一直是我國(guó)防汛抗洪的難點(diǎn)和重點(diǎn)[1-2]。地理信息系統(tǒng) (GIS)是以計(jì)算機(jī)為手段,用于采集、存儲(chǔ)、管理、分析、描述整個(gè)或部分地球表面空間 (包括大氣層)和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng),是計(jì)算機(jī)化的空間信息系統(tǒng)[3-4]。借助地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立水庫(kù)信息查詢系統(tǒng)可以有效地管理地理空間圖形和水庫(kù)屬性數(shù)據(jù),使上級(jí)主管部門和水庫(kù)管理人員能夠方便快速地實(shí)現(xiàn)二者之間的雙向檢索查詢,為相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策提供依據(jù),提高水庫(kù)管理的效率和質(zhì)量。

2 三維管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

采用B/S的技術(shù)框架,集成數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)、Web技術(shù)、WebGIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)[5-6]、多媒體技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等,采取功能控制流和數(shù)據(jù)流交叉組織的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)防汛信息的管理、預(yù)警等功能。系統(tǒng)采用Skyline公司的三維地理信息系統(tǒng)軟件TerraExplorer Pro作為開發(fā)平臺(tái),充分利用三維組件式地理信息系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和易開發(fā)性,后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)MS-SQLServer2008,開發(fā)環(huán)境是Vistual Studio 2008。系統(tǒng)以B/S方式,在IE端實(shí)現(xiàn)水庫(kù)流域的飛行、互操作瀏覽,“真實(shí)”展示水庫(kù)全貌,在三維地形模型基礎(chǔ)上,管理人員不到現(xiàn)場(chǎng)就可以對(duì)研究區(qū)域有直觀的認(rèn)識(shí),可以彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)視野受限的局限,方便地為相關(guān)人員展示宏觀的環(huán)境變化,為管理人員和專家領(lǐng)導(dǎo)提供生動(dòng)、形象、直觀的瀏覽、查詢、分析工具,為輔助領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。

作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)——三維地形場(chǎng)景(MPT),即數(shù)據(jù)檢查入庫(kù)后生成的結(jié)果,是承載三維景觀數(shù)據(jù)的平臺(tái)和基礎(chǔ),運(yùn)用海量數(shù)據(jù)流量管理方式和壓縮優(yōu)化的數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的最優(yōu)化管理(見(jiàn)圖1)。

圖2 三維場(chǎng)景建設(shè)技術(shù)路線圖

3 三維管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

根據(jù)水庫(kù)管理領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)應(yīng)用的需求和實(shí)際工作的需要,分析水庫(kù)區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料,完成水庫(kù)信息的管理、查詢與分析,實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的三維場(chǎng)景顯示和分析,從而為水庫(kù)的合理利用與科學(xué)決策提供信息支持和服務(wù)。水庫(kù)三維管理系統(tǒng)的建立可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(GIS)、遙感數(shù)據(jù)(RS)的基礎(chǔ)上,結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)等計(jì)算機(jī)技術(shù),建立一個(gè)由數(shù)據(jù)支持和驅(qū)動(dòng)、可以在三維場(chǎng)景下進(jìn)行交互使用的工具(見(jiàn)圖2)。系統(tǒng)主要功能包括:

(1)水庫(kù)業(yè)務(wù)信息管理與分析:實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(包括水域、周邊建筑物、環(huán)境等)的存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)等信息化管理,與工情、水情信息相整合,實(shí)現(xiàn)工情、水情信息的三維瀏覽查詢與展示,實(shí)現(xiàn)水庫(kù)管理的信息化,提高水庫(kù)管理的效率。同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種專題圖的生成和輸出,為決策部門提供各種圖片資料。

(2)水庫(kù)區(qū)域三維顯示與分析:在Skyline軟件的基礎(chǔ)上,采用最新的遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù),構(gòu)建水庫(kù)三維場(chǎng)景,同時(shí)加載3DSMAX軟件制作的三維景觀模型,建立一套以瀏覽、查詢、展示功能為主,分析功能為輔的水庫(kù)三維瀏覽系統(tǒng),完成信息的輸入、傳輸、可視化、查詢和部分分析等功能,為水庫(kù)的規(guī)劃、建設(shè)、管理提供科學(xué)的依據(jù)。

(3)水庫(kù)政務(wù)信息管理:提供地理信息和日常管理工作的整合功能,作為三維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái),與日常政務(wù)辦公相集成,為水庫(kù)日常管理提供服務(wù)。

圖2 水庫(kù)三維管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

4 三維管理系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)能夠顯示水庫(kù)樞紐工程及管理區(qū)三維景觀,實(shí)現(xiàn)整個(gè)樞紐工程及庫(kù)區(qū)、下游河道場(chǎng)景的任意方式交互式漫游 (如二維地圖導(dǎo)航、工程全局瀏覽、重點(diǎn)部位查看、三維飛行漫游、自定義路徑漫游等),并可以設(shè)置工程虛擬場(chǎng)景的環(huán)境(如光線明暗度、天氣等);在三維環(huán)境中,基于三維實(shí)體目標(biāo),實(shí)現(xiàn)整個(gè)樞紐各個(gè)單元工程和分部工程的基本屬性的信息管理與查詢;與已建立的水利信息系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的工情、水情、雨情數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行無(wú)縫連接,查詢包括水文站點(diǎn)、大壩、閘、水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)、堤壩等工程基礎(chǔ)屬性、通過(guò)二、三維集成技術(shù)查詢與GIS庫(kù)關(guān)聯(lián)的二維地圖及其相關(guān)屬性信息?；谌S實(shí)體目標(biāo),對(duì)庫(kù)區(qū)實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)、閘壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示;實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)區(qū)水位超安全值報(bào)警和淹沒(méi)分析(見(jiàn)圖3)。

圖3 三維業(yè)務(wù)應(yīng)用展示圖

5 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)三維管理系統(tǒng)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和3DGIS平臺(tái)支持下,采用現(xiàn)代信息技術(shù)及可視化技術(shù),根據(jù)水庫(kù)管理需要,將水庫(kù)管理業(yè)務(wù)和政務(wù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的三維平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)管理的信息化,為水庫(kù)綜合管理體系建設(shè)和水庫(kù)規(guī)劃建設(shè)提供了一個(gè)高效的工具,提高了各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性,使業(yè)務(wù)信息的使用真正具有空間性,展現(xiàn)更加直觀、真實(shí)、具體,對(duì)提高管理水平起到了很大作用,提高了水庫(kù)的管理效率。同時(shí)為制定減災(zāi)措施、應(yīng)急預(yù)案、公眾宣傳方案和預(yù)警措施等提供必需的信息,為水庫(kù)防災(zāi)減災(zāi)工作提供必要的資料,為決策者提供多樣的決策依據(jù)和精確的技術(shù)支持。

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