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VRMap在水利虚拟现实可视化管理中的应用
2010年9月14日    评论:    分享:

    来源:北京灵图软件技术有限公司

    一、水利信息化概述

    1.1 现代化水利

  水利行业是关系到我国国计民生的重要基础行业,是国家经济可持续发展的基础,我国政府历来对于水利行业的发展及其重视。为了加快提高我国水利的现代化水平,水利部提出了“以信息化带动水利现代化”,在2001还专门召开了“GIS技术在水利中的应用”的研讨会。

  目前我国的水利信息化建设在防汛抗旱决策支持、水资源规划与管理、水环境保护、水土保持监汛、流域规划、水利设施管理、水利工程规划、农田水利等方面取得了良好的成果。

VRMap在水利虚拟现实可视化管理中的应用

    1.2 GIS在水利信息化建设中的应用

  在水利信息化的建设中,GIS的应用大致经历了从认识了解、初步应用和深入研究几个阶段。先是从电子地图式的背景显示,到利用它来管理、查询水利设施,再到利用GIS平台融合数学模型实现辅助分析、辅助决策以及模拟甚至预测的工具,其社会经济价值日益显现。

  在水利工程方面,GIS以信息的数字化、直观化、可视化为出发点,可以将复杂施工过程用动画图像形象地描绘出来,为全面、准确、快速地分析掌握工程施工全过程提供有力的分析工具,实现工程信息的高效应用与科学管理,以及设计成果的可视化表达,进而为决策与设计人员提供直观形象的信息支持。这给施工组织设计与决策提供了一个科学简便、形象直观的可视化分析手段,有助于推动水利水电设计工作的智能化、现代化发展,极大地提高工程设计与管理的现代化水平,促进工程设计界的“设计革命”。

VRMap在水利虚拟现实可视化管理中的应用

  在水文与水资源方面,可以分析区域水资源、管理区域水资源,规划地下水禁采、限采区域以及水环境的规划。

  在水土保持方面,利用GIS可以通过对不同采样点水质检测结果的分析寻找水质污染源头,可实现对水量的模拟与预测、排放管理与控制、取水选址等。

  在防洪抗旱方面,可以分析模拟洪水的演进,利用地理、社会、经济等背景数据可以对灾害区域进行灾情评估。

  在农田水利方面,利用GIS可以实施灌溉计划及进度管理、用水管理及模拟、各类灌溉地面积统计及分布、灌溉区域划分、水路系统管理、区域排水管理、工程图表存盘、输配水调整等,还可以进行土壤别统计及分布、水文数据管理及查询。

    1.3 水利信息化对GIS的新需求

  GIS在水利信息化中的价值和作用近年越来越凸现,同时GIS技术、计算机技术也在不断的发展提高,水利信息化建设对GIS的要求也逐渐提高。过去单纯的二维GIS展示已经不能完全满足需求,当前需要的是可以直观模拟地理环境,可以三维展示水位的变化等进行环境模拟的系统。

  3D GIS相比传统的二维GIS,它能够建立直观逼真的地理环境,实现立体的防汛指挥、动态模拟洪水演进,还能够立体管理水利设施。

VRMap在水利虚拟现实可视化管理中的应用

    二、VRMap在水利信息化建设上的应用价值

    2.1 三维场景展示

  通过对真实地理环境以及人工建筑的模拟,在计算机中再现一个虚拟现实世界,能够任意角度浏览观察地形状况、水利设施周边建筑及植被等情况。

    2.2 预演模拟

  在三维地理信息系统中进行动态演示分两种情况:一是根据历史数据以时间维度变化为参考基准,模拟水位的变化情况,另一种是通过与其他专业系统的结合将专家系统(调洪演算、日径流模拟、导流实时风险率计算等模块)计算出的预计未来的水文变化数据,利用GIS将专家系统的计算结果展示出来,模拟未来的洪水演进等。

    2.3 空间分析

  依据数据库中已有的社会、经济信息数据,通过对水利灾害可能发生区域的叠加分析,能够辅助决策者对可能的灾害损失进行评估,也能对于灾害的预防和指挥调度提供参考资料。

    2.4 信息化管理

    2.4.1 水资源管理

  我国水资源短缺,而且分布极不均匀。在资源性缺水的同时又有水质性缺水、在水资源严重短缺 又有水资源浪费,对于这样的状况惟有利用现代信息化手段 对水资源进行严格监管和有效调配利用。利用VRMap对历史的水文气象、地理、地质、水质、水利工程、水处理工程等数据以图形形式叠加到三维地形上,可以直观提供水资源的利用状况,方便科学决策。

    2.4.2 水利设备管理

  水电站、水坝等人工设施不仅可以多角度浏览还可以通过对模拟设备的选择查看其属性信息,同时也可以通过属性查找对应的设备并定位,能够有利于设备的维护和保养。

VRMap在水利虚拟现实可视化管理中的应用

    三、VRMap在水利信息化建设中的特点

    3.1开放性

  VRMap支持公开的标准GIS数据格式,能够对接市面流行的二维GIS软件系统。系统开放接口可以与其他专业系统、管理系统融合,实现信息的共享。

    3.2 可扩展性

    VRMap支持用户自己在平台上的开发,也可以将用户开发的功能模块嵌入到VRMap平台软件中应用。全组件化的VRMap也能够提供客户开发自己的应用系统,调用VRMap相应的组件即可。

    3.3 海量管理

  VRMap可以支持通用商用数据库的存储如,Oracle、SQL Server等,通过异步载入等技术、LOD技术等可以保证系统对精细地形数据、影像数据、模型数据、水文数据、实时水雨情数据、工程信息、社会经济信息、以及超文本数据等多源数据的流畅操作和应用。

    3.4 网络应用

  VRMap在实际开发中不但考虑到了对决策者、业务人员的使用,而且还考虑了普通公众的参与,因此还提供了数据网络发布平台。水利部门可以借助VRMapIMS发布水利数据,利用网络资源实现水力资源的跨部门、跨地域共享。

    3.5 成熟度

  VRMap经历八年的发展,如今在国内拥有数千家用户,在国外也有多家企业的成功应用。安全、稳定是VRMap产品研发中一直贯穿的理念,软件还提供7*24小时安全稳定运行的保障。

    四、VRMap水利应用方案

    4.1 水利工程的选址、规划、管理和模拟控制

   ·水淹分析。可以按需要计算不同区域的蓄水量,分析比较不同区域蓄水量情况,直接计算查询水库的蓄水量和蓄洪区的蓄洪情况。

   ·工程运转模拟、景观展示。通过创建三维场景,可预先了解水利工程全貌,利用动画集技术可以模拟各种水利设施的运转情况。通过触发器,传感器等软件插件可以模拟控制各种设备,表现运作情况,模拟水利设施各种复杂的变化。

   ·空间分析。距离量算、面积量算、通视分析。

   ·信息查询、地物定位、统计分析。

   ·多种交互式浏览控制方式。

   4.2 水利三维演示、多媒体汇报系统

   水利演示,多媒体汇报系统是为配合各种水利信息的浏览介绍,水利工程展示,向领导和专家介绍工程建设情况和建设过程等场合中常要用到的系统。传统的多媒体演示系统大多数只会简单的把图纸,文字,照片资料罗列在一起,而对于三维信息的表示更是无能为力。

   ·VRMap平台不但提供了对多种数据三维实时显示的支持,还能够和其它多媒体信息结合,包括图片,声音,文字信息,多媒体信息的支持。

   ·不但能够反映工程外观,而且可以反映工程内部构造。

   ·利用动画集还可以记录三维场景中任何变化情况,包括物体的运动,图片的显示与否,同时可以组合动画集表示工作原理和运作情况等。

   ·自定义用户界面可以设计出演示时需要的风格,如可以添加菜单,按钮,工具栏。

   ·自由控制演示流程。演示时进行可循环播放,暂停,链接,触发操作,可以随心所欲的控制整个演示流程。

   ·支持输出AVI文件,效果图等。

   4.3 水利数据管理信息系统和可视化

   ·可任意挂接各类属性数据库中的数据信息,如:地形数据、地名数据、气象数据、历史灾情数据、工程设施数据、人口及经济发展数据等。以上任何数据均可在浏览终端实现检索、查询,也可通过网络服务器设置不同的权限。

   ·在VRMap平台上,可以直接开发管理信息系统,可以对各种实时水利数据进行浏览,添加,删除,修改。各种操作结果可以实时反映到三维场景中,属性信息的改变也可直接反映到三维场景中。

   ·系统支持模糊查询和范围查询,可以输入所查询的物体名称或属性进行模糊查询,也可以圈定一个范围或缓冲区,查询范围内的物体属性。

   ·对查询到的地物可以快速在三维场景中定位。

   ·可以方便查询历史灾害范围和信息,查询现实数据和资料,查询救灾预案和方法,方便决策者了解整体情况。

   4.4 水资源监测、调用、水质监控

   ·可以在三维场景中以各种方式直接查询任意地点的水资源信息。

   ·可以模拟跨流域调水过程。

   ·用可视化方式实时的表现蓄水量的变化情况,水质变化情况。

    4.5 水利灾情预演、评估分析,辅助决策

   ·利用VRMap开发平台,可以直接显示水情,工情,洪水信息,并对这些信息进行直观显示,如可以用二维或三维方式图形显示雨量,水位变化或过程线等。

  ·系统可根据历史数据、数学分析模型、预测气象及水情信息对灾情进行仿真预演,并生成相应的动态视频文件和灾情评估数据,预演过程可任意中止、调整、重新开始。

  ·系统可根据水情水量和水位数据,分析洪水演进过程和评估造成损害,可预演洪水漫堤、溃坝过程并分析评估所造成损害,可分析旱灾区域并查询周围有水情况,预演抗旱工作。

  ·支持实时灾情(洪灾、旱灾)分析并根据水情数据实时浏览流域水情,判断蓄洪区和流域蓄水、分洪情况,做出防灾减灾决策。

  五VRMap在水利行业应用的部分案例简述

    5.1 永定河流域水利信息管理系统 

  对永定河流域所有水文站、雨量站的管理。包括可以查询所有水文站,雨量站的信息,并可以定位到相应的位置。

  可以在三维场景上分层显示不同区域,如人口稠密区,易涝区等区域信息。

  对一些主要特征地物(如水库)可以实现双击察看其相关属性信息。

  对所有水淹区域进行管理,分析,统计。查询淹没面积,受灾房屋,人口等。

    5.2 浙江水利水电研究院的应用

 利用高分辨率出图插件出高清晰的三维景观图。

 挂接水利属性数据库,查询水利信息。

 跟实时水情挂接,进行预测和决策。

   5.3 万家寨水利工程演示汇报系统

 实时浏览的大坝和发电厂,可以交互式的浏览外观和内部构造。

 表现黄河水的流动状态。

 水库库区的淹没和河水的涨落情况。

 加载图片,动画,声音等多媒体信息。

 可以用线框图形式显示外部设施,观查内部构造。

 表现大坝的泄洪时的三维景观。

 实现闸门开关和机组运作等动作。

 通过添加菜单和按钮定制的演示所需界面,如切换到不同地点观察,触发闸门开关和机组转动。

    5.4 黄河流域下游三维虚拟实景系统

  该系统采用虚拟现实的方法,把黄河下游河道研究区的防洪工程及河道情况直观的表现出来,同时可以把各个工程作为对象进行选取,对各个工程的特征属性进行查询显示。采用1:25万DEM表现地形,采用工程三维模型(3DS)表现防洪工程(堤防、控导工程、涵闸、居民地),采用区域贴图的方式表现平面地物(水系、湖泊、道路、植被、滩区等)。所表现的虚拟景观可以给人以身临其境的感觉,有比较好的视觉效果。

  可以根据提供的研究区的地形数据(DEM)、工程三维模型(3DS格式)数据,表现地物分布情况的矢量数据(水系、湖泊、道路、植被、滩区等),生成研究区三维虚拟景观。

    可以通过鼠标及键盘控制虚拟三维景观的自动或交互式漫游浏览。自动漫游通过用户设置线路的方式进行飞行浏览,可以通过控件调整自动漫游的速度及高度;交互式漫游则是用户利用鼠标、键盘控制键或控制面板来控制三维景观的漫游浏览,调整景观的视角,拉近(远)与景观的距离。

  在漫游过程中,用户可用鼠标点击感兴趣的工程,将该工程的属性数据调出。工程的属性数据可以是文本、数字表格、图片、影像等多种类型。

标签:VRMap水利可视化
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