基于数字孪生流域的防汛“四预”平台设计

针对我国防洪减灾业务流程未打通、数字底板不完全、孪生场景难构建、决策支持不到位等现状问题,基于水利部数字孪生建设和流域防汛“四预”能力提升的总体要求,研究一站式防汛流程搭建、数字孪生场景实现、防汛结构化知识体系构建等关键技术,应用关键技术梳理平台数字化需求,设计并研发数字孪生流域防汛“四预”平台,实现流域自预报预警、形势研判、决策调度至抢险支持等全流程封闭的一站式防汛。“四预”平台先后在浙江钱塘江、雄安白洋淀、济宁泗河流域及郑州贾鲁河等上线应用,实践应用表明：“四预”平台有助于提高流域防汛的“四预”能力,对加强水库拦蓄、保障大坝安全、提高抢险效率、降低人员影响、减少经济损失等起重要作用,具有一定的实用价值。     

基于三维GIS的城市防汛系统的设计与实现

针对基于二维GIS的城市防汛系统存在的无法全面展示水利设施、地形地势、城市内涝等水利场景的不足,分析三维GIS在城市防汛系统建设中的优势,并立足于三维GIS技术,从总体架构、三维数据底板构建及业务应用等维度进行城市防汛系统的分析、设计与研发,形成一套集空间信息存储展示、防汛信息监测预警、防汛调度管理与规划评估等多功能的基于三维GIS的城市防汛系统。该系统从汛前规划方案的科学部署、汛时监测信息的及时预警、汛后应急对策的快速响应的全过程辅助防汛工作的进行,有效满足了城市防汛需求。实践应用表明：基于三维GIS的城市防汛系统可有效支撑城市防汛工作的开展,提高城市汛情的应对及治理能力,为城市防汛信息化建设提供可靠案例。     

防汛多尺度预演可视化技术研究与应用

针对当前防汛预演中存在的场景加载慢、表达不直观等问题,研究并实现了防汛多尺度预演可视化技术。首先,根据洪水防御需要考虑的因素众多,包括洪水的量级、影响的范围,防洪过程中关注的保护对象等,将预演按照空间分为流域宏观、河段中观、城镇/水工程等三个尺度;其次,基于GPU Shader、粒子系统、BIM、缓存加载等技术,研究实现了不同尺度下相应的洪水传播、淹没模拟、工程调度等预演可视化呈现及场景快速加载技术;最后,以流域一张图为数据支撑,结合预报模型、调度模型、淹没模型的计算结果,构建了流域宏观、河段中观、城镇/水工程等多尺度的可视化预演场景,实现了洪水流量过程、水工程调度、洪水淹没等的快速、直观、动态仿真模拟。珠江水旱灾害防御“四预”平台的应用表明,该技术改善了不同尺度下的防汛预演效果,提高了预演效率,为流域防汛调度会商决策提供了强力支撑。     

国产化辽宁省防汛抗旱指挥平台建设

为满足国家政务系统安全可靠要求，从服务器、操作系统、数据库等国产自主可控产品的类型、功能特点、性能与安全性等方面进行综合比较，并进行国产化适配，最终组成一套适合工作实际的国产化产品组合，搭建基于国产化自主可控的辽宁省防汛抗旱指挥平台。平台遵循水利部数字孪生流域技术框架，结合辽宁省防汛抗旱业务需求，形成四横两纵技术框架。“四横”由物理流域、数字孪生流域、业务应用和客户端组成。“两纵”由网络安全体系和保障体系组成，集成实时基础信息展示查询、信息监测、水利一张图、防洪“四预”等功能模块，实现流域防洪业务智能化管理，实现场景数字化、模拟精准化、决策智慧化。研究成果可为日后建设国产化水利业务系统提供示范。     

数字孪生乐安河助力提升小流域防洪决策支撑能力

江西省乐安河流域防汛工作具有小流域防洪的典型特征，针对小流域防洪存在的“四预”体系不完备、决策支持能力不能满足业务需要等问题，开展数字孪生乐安河流域的建设试点。将 WebGIS 引擎和游戏引擎相融合， 结合使用新型水文监测感知体系、BIM + GIS + IoT、多源数据融合等先进技术，搭建视觉真实、数据准确的三维数字孪生场景，构建未来降雨、水文预报、水工程调度、一维/二维演算等多模型耦合的流域防洪智能模拟仿真平台，实现乐安河上游暴雨集中区（婺源）洪水预报全过程的精准化模拟和预报调度一体化，为决策部门提供受灾影响范围这一关键性决策依据研究成果，对构建中小流域（县域）防洪“四预”体系，助力提升小流域（县域）防洪决策支撑能力具有示范性作用。     

变电站三维模型可视化交互研究

随着电网信息化建设的加快,通过对变电站主设备和辅助设备进行三维场景建模,实现变电站场景的数字化还原,并根据变电站内设备信息将三维节点与数据库点进行逻辑关联,将变电站监控推向数字化、可视化、智能化的全新高度。本文旨在研究一种通用的三维交互方法,通过规范化三维模型的动态节点命名的方法,实现三维模型和三维程序之间的交互信息的自动化提取和控制,从而对变电站主设备监测数据、辅助设备监测数据等进行了全面监视,构建智慧变电站三维可视化交互平台,更加高效直观地全面监视变电站,增强设备的管控力。     

WebGL技术的三维WebGIS平台研究与应用

针对WebGIS平台上的三维技术存在着开发平台成本高、需要额外插件、扩展性差、运行速度慢,以及二、三维数据坐标易偏移和模型UV变形等问题,采用WebGL的三维引擎技术和地理信息服务技术结合构建了三维WebGIS平台,通过对WebGL场景坐标的分析,设计了基于WebGL场景坐标转换算法,实现了地理坐标转WebGL场景坐标,解决了二、三维数据坐标易偏移的问题。通过对WebGL坐标与UV面的空间关系的研究,设计了模型UV算法,建立重构面的UV计算方程,解决了模型UV变形问题。实验结果表明,本文实现的三维WebGIS平台无需产品平台依靠和额外插件,扩展性好,响应速度快,二、三维坐标数据准确,解决了坐标偏移和模型UV变形的问题,为三维WebGIS平台的开发提供了一种新的技术平台。     

医学三维图像显示平台的开发与研究

在医疗辅助诊断软件系统中,三维显示越来越重要。文章研究并开发了一种适用于医学图像三维显示的图形平台。该平台基于场景图的概念架构,取名为SceneGraph。该平台采用OpenGL作为图形硬件接口,提供了多种交互功能。该平台目前在多个项目中都获得了应用。     

插件式三维地下管网管理系统研究与应用

现有地下管网管理系统存在质检数据入库标准不一、三维场景展示效率不足、数据共享度不高、系统功能面向多场景应用不易扩展等缺点。分别从集成管网数据质检引擎、地上地下管网一体化三维场景建模,插件式管网空间分析模型扩展架构、地下管网多源异构数据共享等方面开展关键技术研究,并基于ArcGIS、Skyline平台,使用C#开发语言实现插件式三维地下管网管理系统。以河南省西平县为应用案例,涉及8类管线,管网长度共计1 252.139余千米,管线点数55 374个,构建全县倾斜摄影三维场景模型,总数据大小约为6.8 GB,应用结果显示该系统能够为城市安全管理以及管线突发应急事件提供科学的辅助决策功能。     

大场景虚拟仿真平台设计与实现

简要介绍了基于实景三维地理信息技术及虚拟现实技术,利用通用三维渲染引擎实现的大场景虚拟仿真平台,重点探讨海量数据管理、多层地形渲染等大场景虚拟仿真的关键技术,并利用该平台实现了消防模拟演练及会商决策平台的原型。     

黄河防汛抗旱综合信息服务系统设计与实现

黄河防汛综合信息服务系统是黄河水利委员会防汛抗旱业务门户,按照"大平台、大数据、大系统"的集成整合建设思路,充分利用统一的身份认证、"黄河一张图"等应用支撑平台资源,实现Web、移动双平台的集中统一服务。对已建系统的用户整合、信息汇聚、展示提升的方式进行实践和探索,与水利部和流域省区的协同交互异地会商进行尝试,提出"统一集中门户、综合信息汇聚、单点登录原有系统"的整合模式,并对黄河防汛抗旱信息化发展方向进行展望。     

OSG引擎在Android Studio中的移植和运行

基于OSG(Open Scene Graph)设计并实现一个在Android Studio平台三维场景的展示系统。分析OSG引擎和Android Studio平台的优势,以三维飞机场景为模拟案例,重点对Android Studio平台上建立可视化三维模型的步骤和构建三维模型的关键技术进行研究。结果表明,基于OSG的三维飞机模型应用在Android Studio平台上运行流畅,响应速度快,图形质量高,具有很好的交互性,为OSG在移动平台的整体移植提供了实践参考。     

基于三维仿真的输（调）水系统实时调控实现平台研究

以南水北调中线工程为例,研制基于三维仿真的输(调)水系统的实时调控实现平台。研究虚拟仿真平台的构建、海量数据的分页调度、碰撞检测、闸门建模等技术,实现场景三维可视化与漫游、二维导航图与三维场景的实时联动、基于三维场景的集成查询与显示、基于水量调度模型的调水方案的分层显示、基于水动力学模型的三维水面动态模拟和流场动态可视化、基于实时调控的闸门可视化动态仿真等功能。该平台可为南水北调中线工程运行管理决策支持系统建设提供技术支撑,并为相似工程提供借鉴。     

航天测控任务三维场景可视化的设计及实现

从航天测控任务三维场景可视化的需求出发，归纳航天测控任务三维场景的表现方式、数据组织结构和系统体系结构，探索航天测控任务三维场景可视化技术流程。着重研究三维地形生成技术、场景地物建模技术、场景融合技术和视点控制技术等关键技术。从场景数据组织、植被建模和纹理贴图三个方面优化场景。构建航天测控任务三维空间可视化平台，在实时数据的驱动下，实现了航天测控任务三维场景显示，为航天测控任务执行提供可视化技术支持。     

基于场景图的实时交互视景系统平台设计

三维场景组织管理中经常采用的空间数据结构--场景图的具体实现,包括场景数据的组织管理,可见性剔除、节点遍历、优化处理、碰撞检测等.在基于场景图的基础上设计并实现了一个实时交互式视景系统开发平台,给出了系统的结构框图、工作流程与信息交互关系,并对视景系统平台的视点控制、场景参数的应用定义文件输出以及场景图像捕捉和视频输出功能进行了详细介绍.平台同时提供了一套基于场景图的可供二次开发的三维图形应用程序接口.     

地下矿山开拓运输VR仿真系统研究

采用虚拟现实技术构建虚拟矿山,辅助进行矿山规划与设计,是一种管理上的创新。详细介绍了虚拟矿山场景的建模流程和井下矿车运输系统的调度仿真,以OpenGL和VS2005为平台,开发了云锡区域矿山开拓运输VR仿真系统。系统分为数据管理、场景建模、虚拟场景和立体表现四个功能模块,成功地将矿山的地表、地层、矿体赋存情况、开拓运输系统和井下矿车运输调度过程等三维立体表现出来,并可对场景漫游和运输调度系统实时交互。系统的开发对云锡区域矿山三大平台的优化管理取得了良好的效果。     

虚拟拉伸实验的设计和实现

利用虚拟现实技术开发了虚拟拉伸实验,阐述了该虚拟实验的功能特点、结构模式以及设计原理,分析了其实现流程及方法,包括三维场景建模、虚拟场景动态生成以及交互式虚拟场景的开发。提出了利用可视化编程语言VB开发一个实现复杂交互动作功能的平台,该平台提供了友好界面,使用户能够直观地组成虚拟三维实验场景,利用键盘或鼠标来控制三维试验机在虚拟场景中运动,并根据用户的指令实现从静态界面对虚拟场景的调用及虚拟场景中试验仪器、工具及其事件的交互,从而控制虚拟模型的动作进行实验。     

重庆市智慧洪水灾害防御研究

结合重庆市洪水特点,提出重庆市智慧洪水灾害防御的总体框架和建设内容,并结合已经完工的重庆市防汛管理信息化建设项目(一期),梳理总结在智慧洪水灾害防御方面所取得的成果,提出一套集实时洪水预报、水库防洪调度、河道洪水演进、水库回水模拟、水库溃坝模拟、洪水淹没及洪灾损失计算、防汛形势分析、应急预案智能研判、水库大坝安全评估、三维动态仿真等于一体的流域洪水过程全链条分析功能体系,并以重庆市主城区为核心的6个流域43条河流、49个重要区域的洪水进行实验验证,验证结果表明,效果良好,可为重庆市防汛决策管理打造智能的信息支撑体系,具有较大的推广应用价值。     

钱塘江江道三维GIS模型的研究

本通过对钱塘江江道(包括其主要支流)三维GIS模型的建模实践，简要阐述钱塘江江道三维GIS建模过程，希望对其他江道三维GIS建模有一定的借鉴价值，从而提供能满足防汛精度要求的基础三维平台，为防汛决策提供科学依据。     

基于WTK的虚拟现实组态软件研究与开发

针对传统组态软件二维工艺运行界面的不足,提出了基于虚拟现实技术的三维组态软件开发,利用3DMAX建模软件及其二次开发技术开发工业现场三维虚拟场景的组态平台.通过该平台完成三维虚拟场景文件的配置输出。介绍了虚拟现实软件开发包WTK,并利用WTK和MFC编程开发三维场景运行平台,实现了虚拟场景的四种交互方式,对场景中虚拟对象的材质纹理属性及其表现方法进行了研究,利用力控DBcom控件实现三维运行场景与力控实时数据库的数据交互,给出了系统运行的简单示例,对基于虚拟现实组态软件的研究及意义进行了展望。