淄博市太河水库管理局 山东省淄博市 255178
摘要：随着信息技术的快速发展，计算机技术得到广泛应用。地理信息系统（GIS，geographic information system）作为信息技术的新兴学科，是地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的融合，GIS三维可视化技术是将计算机硬件、软件、地理数据进行集成，并对任一形式的地理信息进行获取、存储、更新、操作、分析及显示，GIS可视化系统在太河水库运行管理的应用，将能够提升水库信息化管理水平。
关键词：太河水库；信息化；GIS三维可视化；现代化管理
一、前言
太河水库位于淄河（山东省淄博市）干流中上游，控制流域总面积780平方公里，总库容1.83亿立方米，是一座集防洪、灌溉、城乡供水等综合利用的大（2）型水库。经过多年运行，因管理需要，2015年完成了水库库区地形测量，为更好地将测量成果应用于实践，通过建立太河水库GIS三维可视化系统，能够提升水库的现代化管理水平。
二、太河水库GIS三维可视化系统建设背景
太河水库现应用的水位～库容～面积数据信息是省地质厅于1961年对太河水库进行万分之一地形图测量而确定的，距今已50余年，受冲刷演变的影响，库区地形地貌、河床淤积发生了很大变化，原水位～库容～面积曲线已与实际情况不符。2015年年初，委托省水利勘测设计院进行了太河水库水位～库容～面积曲线复核及库区地形测量工作，主要包括：淄博市太河水库水位～库容～面积关系曲线复核工作，绘制库区、枢纽工程及管理局管理设施1：2000地形图（含电子版）；提交库容、面积曲线复核报告、太河水库水源保护区准保护范围内以及水库大坝～桐古渡槽范围内数字正射影像图（DOM）；数字高程模型（DEM）等。至8月下旬，实地地形测量、数据整理、分析、汇总等工作已全部完成。测量项目的顺利完成，能够更好得为防洪调度决策提供参考。为了能够更好得对测量成果进行应用，现对基于数字高程模型的太河水库GIS三维可视化系统研究进行探讨。
三、GIS在水利行业的应用与发展趋势
GIS是一门与和计算机硬件和操作系统、数据库的建设、数据挖掘、遥感技术、网络技术和数据库管理、数字摄影与自动成象等技术有着紧密相关的学科，GIS在水利行业的应用和发展，不仅仅取决于GIS技术的发展，更取决于水利行业数字化的进程。在国家水利信息化和水利现代化的战略方针指导下，GIS在水利行业的应用越来越广，用途也将会越来越大，而且迅速成为管理和决策主要支撑技术。其发展趋势主要包括：
1、网络GIS（WebGIS）。网络是实现资源共享和远程遥控的基础技术，WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW功能得以扩展，成为一种更为直观的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析。它可用于除一般数据外的特殊数据类型，尤其是矢量数据的处理，以网络浏览器为应用工作平台，在客户端可以实现对矢量数据的操作，可以在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功能，并可通过网络远程调用和发布各类数据、图形、图像。
2、“3S”技术集成。“3S”不是全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感系统（RS）的简单组合，而是将其通过数据接口严格地、紧密地、系统地集合起来，使其成为一个更具有应用价值的大系统，GIS则对多源时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，形成新的集成系统的基础平台。
3、VR-GIS技术。VR-GIS技术是虚拟现实技术与GIS技术的结合，包括与WebGIS和ComGIS结合的技术，专门用于研究地学或以地球系统为对象的虚拟现实技术。
4、地理信息建模系统（GIMS）。GIS成功应用于专门领域的关键，在于支持建立该领域特有的空间分析模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆GIS应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策，这种GIS系统又称为地理信息建模系统（GIMS），基于RS和GIS的分布式流域水文模型成为当前研究的前沿。
鉴于以上特点，在太河水库GIS三维可视化系统宜选用先进的三维GIS开发系统（Supermap GIS系列、MapGIS系列、MyGIS系列等）进行开发，进一步加强标准化、规范化的基础上，大力开展基础数据库的建设，充分发挥GIS现有的和潜在的功能，提高网络通讯等与GIS紧密相关的技术的水平。
四、太河水库GIS三维可视化系统三维建模技术实现形式
为了构造虚拟现实的水库三维场景，需要对水库库区地形、大坝、东西溢洪道、输水洞模型、水库上下游等相关地物进行三维建模，并利用三维场景管理技术对各种模型进行无缝的组织和管理，以支持应用的实现。在对虚拟现实三维模型的建模与空间分析中，如何高效地组织和管理三维模型数据是三维GIS中的核心问题[2]。在比较现有三维数据模型优缺点的基础上，综合考虑源数据的格式特点和三维开发平台的特征，将系统中的三维模型分为三维地形和大坝实体2种模型。三维地形模型主要包括水库库区地形、水库上下游地形等，为此基于DEM和遥感影像数据建立三维地形模型，基于坝体建筑物（大坝、东西溢洪道、输水洞模型、水电站等）数据构建三维大坝模型。
1、数据采集。三维GIS建模所需要的数据主要有平面数据（二维矢量数据）、影像数据、高度数据（主要是建筑物的高度数据）、数字高程模型数据（用于地面建模）。
二维矢量数据中最重要的是建筑物周边的地理要素数据和建筑物的几何要素数据。建筑物的几何要素数据可以通过建筑物的规划设计图纸（CAD图纸）获取，也可以从航空或高分辨率卫星影像上获取地面建筑物的特征线。
影像数据可以在遥感卫星或者航空影像中采集获得，建筑物的纹理影像可以通过航空摄影、卫星遥感相片提取等方法获取，建筑物顶部的纹理一般从遥感影像或者航测相片提取，侧面的纹理主要通过数码相机拍摄获取，由于拍摄的照片会受到光线、拍摄角度、拍摄范围、建筑物高度等影响，因此需要用Photoshop等图像处理软件进行进一步的加工处理，得到正射的纹理图片。
建筑物的高度数据主要从建筑物的规划图纸和相关资料获取。数字高程模型目前主要的获取方法有：通过航天、航空遥感影像立体像提取DEM；利用现有的地形图扫描数字化等高线，获取高程数据生成DEM。
2、三维建模。三维地形建模主要是把获取到的数字高程模型和遥感影像数据进行融合。建筑物实体模型主要是利用3Dmax软件基于建筑物的长度、宽度和高度等数据构建三维实体模型，再把纹理数据贴到建筑物上。
3、数据管理。对获取到的相关数据要进行不同的处理，然后放入不同的数据库中。
4、场景可视化。把构建好的三维地形和建筑物的模型统计加载到ArcScene中，并设置好建筑物的朝向及光照角度。
五、太河水库GIS三维可视化系统实现的功能
1、太河水库枢纽工程的三维仿真展示。
2、结合水库工程安全监测数据的工程安全状态的展示、模拟和工程运用的仿真。
3、基于水雨情监测数据的水库水位的变化过程及库区淹没状况
4、基于上游河道洪水演进计算结果实现与下游河道三维洪水演进。
5、基于三维分析模型的计算结果仿真展现。
结束语
综上所述，在当前太河水库信息化建设的过程中，我们要充分认识到GIS三维可视化技术对于水库提高现代化管理水平的重要作用，使其为水库的运行管理提供一种更为直观的决策工具。
参考文献：
[1]陈常松，何建邦，面向数据共享目的的GIS语义数据模型，中国图象图形学报，2012，4：33—36
[2]刘刚，吴冲龙，何珍文，等.地上下一体化的三维空间数据库模型设计与应用[J].地球科学（中国地质大学学报），2011（2）：367-374.
论文作者:李明天,刘长柱,李伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：数据论文; 模型论文; 建筑物论文; 水库论文; 地形论文; 技术论文; 河水库论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;