GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用與展望

董海波

摘 要：地理信息系統(tǒng)GIS是一種決策支持系統(tǒng)，具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)，一方面，它是一門(mén)介于地球科學(xué)與信息科學(xué)之間的交叉類(lèi)學(xué)科，另一方面它是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)的支持下對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、模擬、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，主要針對(duì)GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，在水利水電工程未來(lái)的建設(shè)中，GIS與其他技術(shù)的結(jié)合將更加緊密，應(yīng)用更加廣泛。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；水利水電；布置；地質(zhì)勘查

當(dāng)前水利水電行業(yè)已經(jīng)看到GIS技術(shù)的重要價(jià)值，由于各自為戰(zhàn)，導(dǎo)致GIS技術(shù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)多種，數(shù)據(jù)格式多樣，沒(méi)有完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這個(gè)水利水電信息交流和共享帶來(lái)了極大的不便，影響GIS技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。

1 GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用

GIS是與現(xiàn)代化技術(shù)緊密結(jié)合在一起的，然而隨著各門(mén)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)GIS技術(shù)的發(fā)展影響深遠(yuǎn)。GIS技術(shù)在水利方面被廣泛的應(yīng)用，并持續(xù)的發(fā)揮著不可替代的作用。

1.1 GIS在水利水電工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

水利水電工程地質(zhì)勘察是水利水電工程建設(shè)中的重要工作，地質(zhì)勘察是水利水電工工程相關(guān)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是及時(shí)發(fā)現(xiàn)水利水電工程建設(shè)的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，并制定合理的解決措施，從而降低地質(zhì)環(huán)境對(duì)水利水電工程建設(shè)的影響。將GIS應(yīng)用到水利水電工程地質(zhì)勘察中，能夠有效的推動(dòng)地質(zhì)勘察信息系統(tǒng)的建立，提高勘察信息的準(zhǔn)確度和廣度，促進(jìn)地質(zhì)勘察管理水平的提升。

GIS能夠獲取有效的空間數(shù)據(jù)，對(duì)水利水電工程建設(shè)的地理空間位置、方向、幾何拓?fù)潢P(guān)系等相關(guān)信息進(jìn)行獲取，通過(guò)GIS技術(shù)能夠自動(dòng)生生成水利水電工程相關(guān)數(shù)據(jù)的平面圖、柱狀圖、剖面圖等工程圖件。還能對(duì)所收集的地質(zhì)圖形、圖像、空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理、分析。能夠有效的增加水利水電工程建設(shè)的前期數(shù)據(jù)收集和分析，有助于將降低地質(zhì)環(huán)境對(duì)水利水電工程的影響。

1.2 GIS在水利水電工程總布置中的應(yīng)用

以GIS軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，建立數(shù)字化地形。將施工場(chǎng)地布局錄入GIS以形成三維數(shù)字化模型。施工場(chǎng)地的地貌信息及相關(guān)施工信息，通過(guò)映射形成底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)不同工程的施工期長(zhǎng)短，選擇與之對(duì)應(yīng)的基本時(shí)間步長(zhǎng)，進(jìn)一步完善水利水電工程建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)，使得整個(gè)施工過(guò)程立體的呈現(xiàn)在生產(chǎn)管理者面前，讓其對(duì)工程進(jìn)展情況有一全面直觀的了解。

通過(guò)GIS錄入相關(guān)施工信息可以顯示施工總布置三維全景。加入各工程施工周期后可動(dòng)態(tài)演示施工全過(guò)程，直觀反映各組成部分空間上和時(shí)間上的相互關(guān)系[3]。此外基于三維布置模型上能實(shí)現(xiàn)各工程相關(guān)信息可視化查詢(xún)，包括建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)圖紙、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、附屬物信息、工程施工進(jìn)度等。通過(guò)GIS還能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)施工強(qiáng)度的及實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)的柱狀圖，包括混凝土澆筑面積、施工機(jī)械工作時(shí)間、黃沙石子等原材料使用量及人力需求量等信息的統(tǒng)計(jì)顯示。

1.3 GIS應(yīng)用于地下廠房施工動(dòng)態(tài)演示

GIS三維空間數(shù)據(jù)模型主要是表達(dá)空間目標(biāo)的幾何信息和屬性信息，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立的表達(dá)空間目標(biāo)的拓?fù)潢P(guān)系。動(dòng)態(tài)演示是依靠對(duì)任意時(shí)刻施工面貌的再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。首先運(yùn)行仿真程序得到確定方案下的洞室施工過(guò)程的信息，包括洞室開(kāi)挖時(shí)間參數(shù)（持續(xù)時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間）、進(jìn)度參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)，將這些參數(shù)按工序以電子表格的形式輸出。GIS讀取這些數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。演示時(shí)通過(guò)對(duì)施工面貌數(shù)據(jù)庫(kù)的循環(huán)，逐條讀取數(shù)據(jù)庫(kù)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。

2 GIS技術(shù)展望

GIS本身在不斷發(fā)展，它在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用亦需不斷發(fā)展。應(yīng)用的發(fā)展不僅要與GIS本身的發(fā)展相結(jié)合，還要與水利水電工程專(zhuān)業(yè)相結(jié)合。在水利水電工程未來(lái)的建設(shè)中，GIS與其他技術(shù)的結(jié)合將更加緊密，應(yīng)用更加廣泛。

2.1 三維建模

GIS（中三維幾何造型技術(shù)已很成熟，對(duì)于三維地質(zhì)模型的建立、圖形顯示目前均有較多研究。但水利水電工程中三維數(shù)字地形模型的建立大多只是停留在面模型這一層面上。對(duì)諸如壩區(qū)地形模型等的地質(zhì)模型的構(gòu)造，除層狀地層外仍有一定難度。常用模型方法有兩種：表面模型和實(shí)體模型。兩種模型對(duì)復(fù)雜地質(zhì)體非均勻性的描述均感不足。GIS用于水利水電工程中地質(zhì)建模是今后應(yīng)用研究的主要內(nèi)容之一。但影響GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素繁多，存在許多不確定性，把握適度質(zhì)量有一定難度。若進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量過(guò)高，則造成浪費(fèi)；反之，質(zhì)量偏低，則達(dá)不到要求。

2.2 GIS

三維GIS目前研究重點(diǎn)集中在三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的運(yùn)用，三維系統(tǒng)的功能和模塊設(shè)計(jì)等方面。但是，地理信息系統(tǒng)所描述的地理對(duì)象往往具有時(shí)間屬性，即時(shí)態(tài)。隨著時(shí)間的推移、地理對(duì)象的特征會(huì)發(fā)生變化，而目前大多數(shù)地理信息系統(tǒng)都不能很好地支持地理對(duì)象和組合事件維的處理。實(shí)際上許多用戶(hù)要求都是基于時(shí)間特征的，如洪水的最高水位變化等。對(duì)這樣的應(yīng)用背景，僅采取作為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)屬性不能很好地解決問(wèn)題。

2.3 Web GIS

水利水電工程中地理信息和數(shù)據(jù)的交流范圍要求越來(lái)越廣泛。隨著Internet的發(fā)展，利用Internet技術(shù)在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)供用戶(hù)瀏覽、使用是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)?；赪eb的GIS系統(tǒng)綜合利用了信息處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Internet、地理信息系統(tǒng)（GIS）、軟件工程等先進(jìn)技術(shù)，借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，使各類(lèi)數(shù)據(jù)能夠很方便的發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。達(dá)到了由用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)檢索方式、自定義圖形層結(jié)構(gòu)、在網(wǎng)絡(luò)上直接處理數(shù)據(jù)，顯示各類(lèi)圖形等目標(biāo)，進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，且能在多個(gè)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)原來(lái)在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能。由于水利工程中地理信息和大量的空間數(shù)據(jù)都是以文字、數(shù)字、圖形和影像方式表示的，將它們數(shù)字化，便可方便、快速和及時(shí)地將地理信息傳遞到需要的地方，發(fā)揮GIS在整個(gè)水利水電工程中的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)據(jù)的保密性需加以控制。

結(jié)束語(yǔ)

GIS是現(xiàn)階段水利水電工程建設(shè)中常用的技術(shù)手段，通過(guò)GIS能夠有效的增加施工前期的地質(zhì)測(cè)量工作，還能夠通過(guò)GIS的三維可視化動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)對(duì)施工中的復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行演示，便于相關(guān)工作人員對(duì)施工的時(shí)間，進(jìn)度等相關(guān)信息進(jìn)行掌握，從而實(shí)現(xiàn)水利水電工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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