淺淡Skyline三維可視化在洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中的應(yīng)用

摘 要：目前廣泛使用的二維靜態(tài)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在表示洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深、淹沒范圍等信息存在一定的局限性，表達(dá)方式不夠直觀便捷，特別在時(shí)間維度，不能連續(xù)展現(xiàn)。通過Skyline三維可視化的運(yùn)用，能夠動(dòng)態(tài)的展示洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的演進(jìn)過程，以動(dòng)畫的方式，將洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深、淹沒范圍等信息直觀顯示出來，提供必要的決策參考。

關(guān)鍵詞：洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；Skyline；三維可視化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.124

1 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是對可能發(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)洪水的洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進(jìn)行預(yù)測，以標(biāo)示洪泛區(qū)內(nèi)各處受洪水災(zāi)害的危險(xiǎn)程度的一種重要的防洪非工程措施[1]。洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以為城鎮(zhèn)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)布局、防洪指揮方案、水利設(shè)施修建等提供重要的決策參考。

2 技術(shù)方法

（1）Skyline三維可視化。三維可視化技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的一個(gè)快速發(fā)展研究方向，三維展示符合用戶獲取復(fù)雜信息的處理過程，即首先通過視覺效果來對信息進(jìn)行直觀獲取及判斷。傳統(tǒng)簡單的紙質(zhì)二維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖已不能完全滿足用戶的需要，將城市、山地、水庫、河流等元素，顯示在直觀的三維地圖場景中，以動(dòng)畫方式，疊加DEM高程模型，讓用戶獲取信息更直觀。三維地圖能夠?yàn)檎暧^決策、防汛抗旱、城市規(guī)劃等提供更精確的決策服務(wù)。

Skyline三維套件是基于GIS、RS、GPS以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維可視化地理信息系統(tǒng)。能夠利用數(shù)字正射影像圖、DEM、矢量數(shù)據(jù)、瓦片數(shù)據(jù)、空間模型和屬性數(shù)據(jù)等作為信息源，創(chuàng)建可交互式的三維可視化地圖。具備迅速創(chuàng)建、編輯、瀏覽、處理和分析真實(shí)世界中的地形地貌，進(jìn)行三維地表模擬、建筑物景觀呈現(xiàn)等功能，并且支持現(xiàn)有的關(guān)系型大型數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)信息通訊，同時(shí)提供二次開發(fā)接口，能通過C#、JAVA等編譯型語言定制用戶更為復(fù)雜的需求。

（2）遙感技術(shù)。遙感影像包含豐富的地形地貌信息，是建設(shè)三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)源之一。但在使用前需采用多種影像處理技術(shù)，如圖像增強(qiáng)、影像糾正、影像配準(zhǔn)與影像融合等操作，處理成可供使用的基礎(chǔ)圖層。

（3）系統(tǒng)集成。三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)使用大量不同結(jié)構(gòu)、不同格式的數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像圖、DEM數(shù)據(jù)、矢量格式數(shù)據(jù)、文本屬性數(shù)據(jù)、洪水?dāng)?shù)據(jù)等，采用了ArcGloble、SkyLine三維套件、SQL Server數(shù)據(jù)庫以及MIKE等專業(yè)的洪水演進(jìn)軟件等多種軟件平臺(tái)。為了達(dá)到統(tǒng)一的效果，需采用數(shù)據(jù)適配轉(zhuǎn)換技術(shù)，包括數(shù)據(jù)集成技術(shù)和多軟件應(yīng)用集成技術(shù)等。

3 三維場景展示

（1）分層展示。三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)要求展示豐富的基礎(chǔ)地理信息以及動(dòng)態(tài)展現(xiàn)洪水演進(jìn)的過程。為了達(dá)到更好的展示效果，需要對這些信息進(jìn)行分類和分級。將基礎(chǔ)地理信息作為底圖，在底圖上進(jìn)一步分層疊加水利工程數(shù)據(jù)、洪水?dāng)?shù)據(jù)，按洪水演進(jìn)的過程，從潰壩源頭開始，逐漸展示，逐級推進(jìn)。也可以根據(jù)不同應(yīng)用和需求，從局部區(qū)域開始，在不同級別之間進(jìn)行切換展示。

（2）自動(dòng)切換。根據(jù)不同的視野范圍、不同的水利工況以及不同比例尺的三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖場景，展示的信息及內(nèi)容不同，系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求及視角體驗(yàn)，自動(dòng)在不同場景之間進(jìn)行切換。如從全局場景開始，演進(jìn)到具體水利工況時(shí)，切換到具體場景。

（3）自動(dòng)飛行。為了便于展示三維場景及洪水演進(jìn)過程，三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)還提供了自動(dòng)飛行功能，可沿洪水演進(jìn)預(yù)定的路線，以適合的角度和高度飛行，并可適時(shí)調(diào)整俯視角和飛行高度，方便決策者通過各種角度進(jìn)行查看洪水的演進(jìn)變化及造成的損失情況。

4 功能概述

三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)是基于Skyline三維套件進(jìn)行二次開發(fā)的軟件，包括對象查看、場景操作、信息查詢、動(dòng)態(tài)展示洪水淹沒過程、災(zāi)情信息顯示等功能。

（1）對象查看。系統(tǒng)具備查詢和定位對象的功能，方式有兩種：

1）屏幕直接定位到所選擇的對象上，這種定位方式的優(yōu)點(diǎn)是迅速快捷、操作方便，缺點(diǎn)是視野轉(zhuǎn)換過快，且不能了解對象在防汛區(qū)域的宏觀位置；2）從當(dāng)前位置通過縮放和顯示范圍的移動(dòng)將視野平滑移動(dòng)到所查詢的對象，這種定位方式的優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)平滑，可以清晰地反應(yīng)出對象防汛區(qū)域內(nèi)的具體方位，缺點(diǎn)是因帶有動(dòng)畫效果，所需時(shí)間稍長。

（2）場景操作?！皥鼍安僮鳌卑瞬僮鲌鼍暗幕竟ぞ摺０?“飛行”、“移動(dòng)”、“縮放”、“中心定位”、“目標(biāo)放大”、“視圖切換”、“全景圖”、“場景切換”、“要素選擇”場景操作工具。

（3）動(dòng)態(tài)展示洪水淹沒過程。系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先計(jì)算的洪水淹沒數(shù)據(jù)，以三維動(dòng)畫的方式，按時(shí)間幀順序，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)淹沒動(dòng)畫。同時(shí)，通過時(shí)間維度，顯示出各階段的演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深、淹沒范圍。

（4）信息查詢。信息查詢是三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)中不可或缺的功能，在任何時(shí)刻，均可通過鼠標(biāo)或鍵盤查詢必要的信息，包括：

高程查詢：查詢各點(diǎn)的高程和經(jīng)緯度信息。

點(diǎn)圖查詢：實(shí)現(xiàn)的是對地理對象的查詢。如果點(diǎn)中的對象有系統(tǒng)內(nèi)置的詳細(xì)信息，會(huì)彈出關(guān)于對象的介紹信息界面，如果沒有系統(tǒng)內(nèi)制的詳細(xì)信息，會(huì)彈出基本屬性信息窗口來顯示點(diǎn)中對象在圖層屬性表中的信息。

（5）災(zāi)情信息顯示。系統(tǒng)根據(jù)洪水淹沒情況，洪水演進(jìn)區(qū)域的水深、范圍及路線，實(shí)時(shí)計(jì)算所涉及范圍內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息，判斷可能受災(zāi)的情況，顯示出對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、房屋、農(nóng)業(yè)、人口等要素會(huì)受到的傷害程度，使用戶能全面清晰地了解各行政單元或者所關(guān)心區(qū)域的災(zāi)害狀況，作出必要的決策。

5 對防汛的指導(dǎo)作用

三維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可視化的方式能直觀地了解災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的破壞范圍，輔助汛期專家及相關(guān)部門進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)的宏觀決策。

系統(tǒng)可以查詢防洪工程相關(guān)基礎(chǔ)資料，實(shí)時(shí)水情進(jìn)行三維可視化分析、評價(jià)，為防災(zāi)工程調(diào)度，為會(huì)商決策及區(qū)域綜合減災(zāi)決策提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]lyjmxx.洪水風(fēng)險(xiǎn)圖[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/洪水風(fēng)險(xiǎn)圖/8203132，2016-03-26/2018-06-22.

作者簡介：晏偉（1985-），男，湖北武漢人，本科，助教，研究方向：GIS在洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。