GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用與展望（2）

王瑛昊+陳雷

摘 要：由于地理位置的關(guān)系，水利水電工程通常在高山峽谷中進(jìn)行，如何清楚描繪施工地點(diǎn)的地貌特征是當(dāng)前水利水電工程建設(shè)的難點(diǎn)之一。大多水利水電工程都是龐大且復(fù)雜的，因此選用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法來提高設(shè)計(jì)效率、選用合適的控制管理系統(tǒng)清楚地描述施工建設(shè)的動(dòng)態(tài)過程是提高工程設(shè)計(jì)和管理水平的關(guān)鍵。在此背景下尋求新興技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法成為必然趨勢(shì)。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)用與展望進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞：GIS；地理信息系統(tǒng)；水利水電工程

GIS的迅速發(fā)展和日趨成熟為我們水利數(shù)據(jù)及信息管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。由于我國(guó)水利數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，而國(guó)內(nèi)擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件在面對(duì)海量數(shù)據(jù)的同時(shí)又顯得力不從心，因此，我國(guó)地理信息系統(tǒng)需要進(jìn)一步發(fā)展和完善，協(xié)同我國(guó)的水利事業(yè)及其他學(xué)科和領(lǐng)域的共同協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用

GIS技術(shù)（地理信息系統(tǒng)）是當(dāng)前水利水電工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)性技術(shù)，由于GIS技術(shù)立依靠計(jì)算機(jī)的功能技術(shù)，這使得水利水電工作可以利用數(shù)字的新發(fā)展得到迅速的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水利水電科學(xué)的管理、水利水電政策合理的制定、防洪抗旱能力的提高，可見GIS技術(shù)對(duì)于水利水電工作的重要價(jià)值。

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 地下廠房動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)

GIS動(dòng)態(tài)演示的是通過對(duì)任意時(shí)刻施工面貌的再現(xiàn)。首先錄入相應(yīng)的洞室施工過程的信息，包括洞室開挖時(shí)間參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)等。GIS讀取這些數(shù)據(jù)并錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)列表中。利用錄入的時(shí)間參數(shù)，借助內(nèi)部函數(shù)生成任一工序任意時(shí)刻的面貌，則地下廠房系統(tǒng)任意時(shí)刻的整體面貌。模擬演示施工進(jìn)程時(shí)，通過內(nèi)部函數(shù)循環(huán)管讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，逐條分析讀取記錄的形貌數(shù)據(jù)及其他的相關(guān)信息，形貌數(shù)據(jù)通過圖像顯示于三維圖中，施工信息借助文本框作為注釋。通過動(dòng)態(tài)演示地下廠房施工面貌，借助最終形貌數(shù)值形成的三維圖能方便觀看工程全貌，也能就近了解細(xì)部結(jié)構(gòu)。借助圖形上的注釋可清楚了解地下洞室在各個(gè)時(shí)刻的形象進(jìn)度。借助形貌三維圖上的時(shí)間軸可觀察不同時(shí)刻的工程進(jìn)度和對(duì)應(yīng)于該時(shí)刻的地下洞室群施工面貌。實(shí)時(shí)演示功能清晰地顯示各工程時(shí)間、空間上的邏輯關(guān)系，有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)施工方案進(jìn)一步優(yōu)化。

1.3 總布置可視化動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)

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)演示施工全過程，直觀反映各組成部分空間上和時(shí)間上的相互關(guān)系。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，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。

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業(yè)相結(jié)合。在水利水電工程未來的建設(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)量過高，則造成浪費(fèi)；反之，質(zhì)量偏低，則達(dá)不到要求。

2.2 Web GIS

Web GIS是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與GIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的產(chǎn)物，GIS是以WWW功能成為一種普遍的工具的，網(wǎng)絡(luò)用戶可以瀏覽Web GIS中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，并對(duì)各種空間進(jìn)行檢索與分析，可用于處理各種數(shù)據(jù)，而且還可以使用多個(gè)客戶端操作原來只能在本機(jī)使用的功能，并可采用遠(yuǎn)程技術(shù)調(diào)用各項(xiàng)數(shù)據(jù)等。 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)供用戶瀏覽、使用是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。Web GIS以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器為應(yīng)用工作平臺(tái)，使得從WWW的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用戶可以瀏覽Web GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)，制作專題圖，并進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，且能在多個(gè)客戶端實(shí)現(xiàn)原來在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能。

結(jié)束語

GIS技術(shù)早已不限于地理學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域，目前已與各行各業(yè)和我們的日常生活產(chǎn)生了千絲萬縷的聯(lián)系，更重要的是它的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。GIS應(yīng)用到水利水電工程建設(shè)中還有許多不盡如人意的地方，如計(jì)算功能相對(duì)薄弱等，可通過與不同技術(shù)之間的融合來克服。隨著大型水利水電工程信息管理的實(shí)時(shí)、快速化要求，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡乩硇畔⑾到y(tǒng)應(yīng)用成為將來GIS與工程結(jié)合應(yīng)用研究的方向。

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