淺談GIS 在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用

李 鑫

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 117200）

在科技發(fā)展過程中，政府為推動各個領(lǐng)域相互合作，共同發(fā)展，充分體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)越性，提出了“數(shù)字中國”的發(fā)展戰(zhàn)略。最為突出的就是GIS 技術(shù)，作為“數(shù)字中國”的重要組成部分，在水利水電工程建設(shè)中起到了不可或缺的作用。在保障社會經(jīng)濟(jì)效益的前提下，通過提高工作效率，創(chuàng)造了更多經(jīng)濟(jì)收益。

1 GIS

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種現(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)以及用戶等三部分做成，能夠利用數(shù)據(jù)的空間屬性，將圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合，在可視化平臺上多維地將相關(guān)數(shù)據(jù)展示出來，揭示數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性和隱藏在數(shù)據(jù)之后的信息[1]。在該系統(tǒng)中，具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)被作為系統(tǒng)處理的對象，借助系統(tǒng)工程以及信息科學(xué)的相關(guān)理論，對相關(guān)信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析，為相關(guān)工程的決策、管理以及規(guī)劃等工作提供可靠的依據(jù)。

GIS 系統(tǒng)一般情況下包含三個基本部分：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟件和硬件）、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及應(yīng)用人員與組織機(jī)構(gòu)。具有四個基本功能：①數(shù)據(jù)的采集和編輯；②數(shù)據(jù)的存儲和處理；③數(shù)據(jù)處理；④空間分析。

2 GIS 在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于施工總布置可視化動態(tài)演示

GIS 采用較為先進(jìn)的混合數(shù)據(jù)庫模式，由圖形數(shù)據(jù)庫和圖素屬性數(shù)據(jù)庫組成，前者主要對各種專題圖以及組成專題圖的各種圖素進(jìn)行儲存，能夠根據(jù)需要將不同性質(zhì)的圖素放置于不同的圖層之上，便于進(jìn)行相關(guān)信息的查詢和分析，而后者則主要對描述圖素的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。在GIS 之中，不同的空間數(shù)據(jù)能夠通過內(nèi)部代碼和用戶標(biāo)識碼將其與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)合起來，作為公共數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和管理(如圖1)，使得描述圖素的屬性數(shù)據(jù)能夠與相對應(yīng)的圖素一一對應(yīng)。在具體的應(yīng)用中使得GIS 能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾種功能：①以三維全景形式顯示樞紐施工的總體布置情況；②使用三維動態(tài)形象對樞紐施工的全部過程進(jìn)行有效演示，能夠讓相關(guān)人員能夠較為直觀地了解到施工流程；③在實(shí)現(xiàn)三維樞紐布置模型建立的基礎(chǔ)上，能夠?qū)屑~布置的各項(xiàng)信息進(jìn)行可視化的查詢，使得相關(guān)人員能夠詳細(xì)地了解建筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)圖紙以及工程施工進(jìn)度等情況；④能夠?qū)⒖傮w施工的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果采用動態(tài)柱狀圖的形式進(jìn)行展示，使得相關(guān)人員對施工的整體情況有較為明確的掌握；⑤能夠?qū)屑~工程中主要建筑物施工全過程進(jìn)行動態(tài)演示[2]。

圖1 GIS 內(nèi)部數(shù)據(jù)管理

2.2 應(yīng)用于混凝土壩施工

混凝土壩施工是整個水利過程極為重要的施工部分，直接影響到整個水利水電工程施工的進(jìn)度情況和費(fèi)用高低，施工較為復(fù)雜，澆筑量十分巨大，壩塊數(shù)量較多，加之受到多種因素的影響，極大地增加了工程管理者對相關(guān)施工內(nèi)容進(jìn)行管理的難度。而GIS 則能夠與系統(tǒng)仿真技術(shù)相結(jié)合（圖2），將工程的相關(guān)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)進(jìn)行模擬和重建，進(jìn)而在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)和模擬，模擬在建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的情況和危險(xiǎn)，進(jìn)而從多種方案中選擇較為合理、經(jīng)濟(jì)以及安全的施工方式，并且對目前的施工計(jì)劃進(jìn)行必要的調(diào)整和改進(jìn)，在提高工程安全性的同時(shí)，保證工程可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 GIS 與系統(tǒng)仿真的集成方式

2.3 應(yīng)用于施工導(dǎo)截流三維動態(tài)可視化

導(dǎo)截流是水利水電工程建設(shè)中十分重要的一個環(huán)節(jié)，對水利水電工程河流起到引導(dǎo)和截流的作用，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，因此在進(jìn)行導(dǎo)截流工作前需要進(jìn)行嚴(yán)密設(shè)計(jì)和安排，盡量降低其對周圍環(huán)境的影響和風(fēng)險(xiǎn)。而GIS 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理能力和圖形顯示輸出能力在這一環(huán)節(jié)中能夠充分的體現(xiàn)其重要性，導(dǎo)截流相關(guān)信息輸入到GIS 系統(tǒng)之中，通過系統(tǒng)中相應(yīng)的仿真模塊，對工程主體和擋泄水建筑物進(jìn)行充分的模擬，模擬在施工過程中不同施工單元的開始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間以及水流情況等，使得相關(guān)人員能夠?qū)?dǎo)截流工程有較為清晰的認(rèn)識，對整體的工程內(nèi)容有一定的把握，通過模擬結(jié)果來對導(dǎo)截流工程進(jìn)行詳細(xì)的安排和管理，同時(shí)也能夠針對具體的流程和單元進(jìn)行詳細(xì)的研究和探討，盡量降低導(dǎo)截流工作對周圍影響和工程風(fēng)險(xiǎn)，保證水利水電整體工程能夠順利進(jìn)行。

3 GIS 的發(fā)展及展望

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS 在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，相信在未來的水利水電工程建設(shè)中，GIS 將會得到更加有效的應(yīng)用[4]。

3.1 與三維建模技術(shù)協(xié)同使用

GIS 具有良好的可視化模擬技術(shù)，并且能夠進(jìn)行較為有效的三維地質(zhì)模型建立，但是在GIS 中其模擬依舊只是停留于面模型的建立之中，在整體區(qū)域的全面模型建立方面仍舊存在著一定的不足。因此在以后的研究發(fā)展中要增強(qiáng)GIS 與三維建模技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，增強(qiáng)GIS 的模擬能力，為工程建設(shè)提供更加全面、可靠的信息。

3.2 4DGIS

GIS 目前的研究階段主要仍舊是對三維GIS 的研究，著重于三維數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及運(yùn)用方面的研究，但是在DIS 的實(shí)際應(yīng)用過程中，不僅要對區(qū)域基礎(chǔ)信息進(jìn)行分析和整理，還要將區(qū)域時(shí)態(tài)加入到數(shù)據(jù)分析之中，即對環(huán)境的時(shí)間屬性進(jìn)行分析。而目前尚未進(jìn)行相應(yīng)方面的研究，在GIS 未來的發(fā)展中要將時(shí)間屬性納入到實(shí)際應(yīng)用之中。

3.3 WebGIS

隨著全國范圍水利信息的建立，為了保證工程建設(shè)的有效性，將其對周圍水域、城市等影響降到最低，建立完整的WebGIS 已經(jīng)成為未來GIS 發(fā)展的主要方向之一。通過現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)不同數(shù)據(jù)的交互和分析，提高區(qū)域的協(xié)同性，有效利用水資源，進(jìn)行完整有效的水利建設(shè)。

4 結(jié)語

水利水電工程是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)措施，是促進(jìn)社會發(fā)展的重要因素，可以提高水利水電工程建設(shè)的高效性和安全性，對于國家發(fā)展具有十分重要的意義。GIS 強(qiáng)大的分析能力和圖形顯示能力使其成為現(xiàn)代水利水電工程建設(shè)中不可或缺的輔助手段，不同技術(shù)與GIS 的融合，使得水利水電工程的建設(shè)愈發(fā)順利，能夠最大化實(shí)現(xiàn)工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但是這并不意味著GIS 已經(jīng)發(fā)展到了最終的階段，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，GIS 仍然具有較大的發(fā)展空間，我們要在應(yīng)用GIS 的同時(shí)，不斷在其中融入其他技術(shù)，增加GIS 的分析能力和模擬能力，保證其能夠更加全面有效地促進(jìn)水利水電工程建設(shè)發(fā)展。