河道交互式三维可视化平台的建立

计算机三维虚拟、航空摄影、地理信息系统等技术,很好地实现了河道地形地貌的还原,并在此基础上实现了空间分析、信息查询功能,解决了以往地形仿真中数据海量,难于管理的问题.阐述了河道交互式三维可视化平台的总体框架结构,系统实现的技术路线、关健技术以及平台的基本功能.在"数字流域"的原型平台方面作了有益的尝试.提出了流域地形可视化过程中需要进一步解决的问题.     

建立三维数字长江模型的关键技术探讨

在过去的50余年中,已积累了大量的长江全程水道地形、水文、泥沙资料,为了反映长江水文变化过程的时空动态特征,需要开发能实现三维显示的软件用于水文模拟和水资源管理.中国地质大学信息研究所和长江水利委员会水文局联合开发了"长江水文泥沙信息分析管理系统(GeoHydrology)",并利用其中的三维可视化子系统建立了一套三维数字长江模型,实现了长江水文泥沙及河道原型观测和分析信息的三维可视化.就其中涉及的关键技术及其实现方法进行探讨.     

可视化技术在土石方平衡系统中的应用与研究

介绍了如何在水布垭面板堆石坝土石方平衡系统中实现三维地形、施工方案、施工进度、施工过程可视化的技术;提出了利用真实场景实时绘制技术、实时建模技术和网络通信实现施工方案、施工过程等的可视化设计思想.在PC机上利用Performer和OpenGL编程开发了可视化子系统.该子系统真实地再现了三维坝区景观,并能按多种方式进行漫游,实现了坝体填筑、料场开挖的工程进度的查询和施工方案、施工过程的动态仿真,有助于工程设计与决策人员全面、准确地掌握施工状况,促进大型水电站工程的施工管理.     

基于ArcGIS Engine的河道数字地形建模

河道数字地形建模是根据河道测点数据创建河道地形模型DEM,包括河道不规则三角网数据模型(TIN)、河道规则格网数据模型和河道等高线数据模型。以长江南京段的实际测点数据为例①,以ArcGIS Engine为开发工具,参考反映河道地形特征的控制测点构建河道TIN,以突出河道弯曲性、深槽连续性、边坡平滑性等地形特征;由TIN创建规则格网模型和等高线模型。同时,在三维显示时利用"加边"处理来填补岸边数据满足可视化效果。     

三维地形可视化在规划设计阶段实现方法的探讨

由于规划设计阶段常缺乏地形资料,导致不能进行准确计算,造成设计误差,提出了一种利用Google Earth、Global Mapper及3DMax等常用软件方便快捷地建立三维地形模型的方法,实现了地形三维可视化,获取大致地貌信息.介绍了模型建立的理论及具体操作步骤,并与常规三维模型成果进行比较和分析,满足规划阶段对地形精度需求不高时的设计要求,进一步论证了这种建模方法的可行性.     

地质三维体重构的算法研究及其计算机实现

三维空间建模和可视化技术成为GIS研究的热点之一。可视化技术是当今表达和分析复杂数据的有力工具,将可视化技术引入到DEM和三维地质模型,可以实现三维地形和地质体的生成与仿真。简要介绍了OpenGL三维图形工具软件包,以一门高级编程语言VC 6.0为开发平台,探讨了三维空间建模的方法,并在OpenGL图形应用程序的接口下,实现了算法的计算机演示。     

荆江三维可视化人机交互式河道信息管理系统

2004年长江水利委员会水文局为了更好地贯彻执行长江委信息化工作会议的精神,提出了充分利用水文泥沙河道监测技术和资料优势,建设长江三维可视化人机交互式河道信息管理系统的目标,确定了以荆江河段为突破口、分段实施的方针.重点介绍了系统建设的背景、功能、特点及关键技术.以开发三维可视化人机交互式河道信息管理系统为基础,完成了荆江河道DEM及堤防、险工护岸、跨河工程、涵闸、水文水位站在内的80多个重点目标三维模型的建立,实现了在三维逼真场景下对重点目标的信息管理、浏览和属性查询,具有便捷高效、查询方便、功能强大、技术先进等特点.     

基于ION Java的三维网络可视化初探

IDL是专门为海量的、多元的科学数据集的可视化和分析设计的第4代科学计算语言,Java2是基于网络应用开发的面向对象的新一代计算机编程语言,能够比较好地适应INTERNET编程.ION Java是将IDL与Java技术结合的一种应用,利用Java Applet技术,在网络环境下,实现IDL先进的图形可视化显示及分析功能.介绍了IDL的对象图形系统,并对ION Java体系结构进行说明,利用ION Java实现"三峡永久船闸"三维模型的网络可视化系统,利用IDL对象图形系统快速建立三维模型场景,利用ION Java提供的Java类实现了网络三维模型显示、查询及分析的功能.     

长江水文泥沙信息分析管理系统研究

阐述了长江水文泥沙信息分析管理系统的总体结构、设计理念和系统功能以及系统应用情况,重点介绍了矢量数据编辑子系统、对象关系数据库管理子系统、水文泥沙专业计算子系统、水沙信息可视化分析子系统、长江河道演变分析子系统、基本信息查询子系统、长江三维可视化子系统、水文泥沙河道信息网络发布子系统等8个子系统的功能实现.该系统采用数据库、GIS、遥感、网络融合技术,实现了对长江流域近110亿条水文泥沙监测数据和5万余幅地形观测资料的统一管理,提高了长江水文信息处理技术水平.     

基于EPS和VRML技术的水利三维地形生成的研究

目前国内对于局部已测离散点如何生成地形景观图研究文献很少,特别是对局部离散点如何生成地形景观可视化的研究文献更少。结合EPS文件,利用局部离散点构建水利工程常用的等高线地形图以及格网数字高程模型(DEM)。得到一套通用的虚拟现实建模语言(VRML)实现水利工程三维地形场景的可视化方法,从而可以实现水利工程土方开挖、回填计算、典型断面分析等的可视化、动态化的计算与分析。结果表明,该景观图生成文件具有通用性、交互性等功能,为水利工程的研究和设计提供了一种新的方法和手段。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

基于GIS佛山市河道数字水下地形管理系统的设计与实现

为了更好地管理和使用佛山市属河道地形资料,全面提升河道管理水平,研制了佛山市河道数字水下地形管理系统。该管理系统基于java与SQL Server组件的方式构件,既实现了GIS的基本功能,又实现了地图数字化管理功能,大大提高了工作效率,并将河床变化定性描述进一步提高到定量表达的水平,为河道管理决策、规划、治理提供了有力的技术支撑,具有一定的实践意义和推广价值。     

多溃口河网耦合模型在防洪保护区洪水分析中的应用

基于珠江三角洲流域堤防在大洪水情况下多处溃决的特点,以一维、二维非恒定流控制方程作为理论基础,建立珠江三角洲流域多溃口一二维耦合河网模型,在耦合位置采用堰流公式实现河网和保护区内水流的实时交互。模型采用堤防渐变展宽的溃决方式进行溃口参数设置,采用地形局部修正的方法处理保护区内道路和桥涵的导阻水作用,采用糙率分区和对村庄等密集区域局部加大糙率的方法进行地形的优化处理,采用"干湿判别"理论对动边界进行优化。将优化后的模型用于江新联围防洪保护区多溃口洪水耦合计算,对比分析了单一溃口洪水与多溃口洪水淹没结果,研究成果对珠江三角洲流域及其他类似区域的多溃口溃堤洪水风险评价具有重要参考价值。     

乌鲁瓦提水库建设对和田河的影响

通过对水库建成前后的水文系列进行对比计算,分析了乌鲁瓦提水库建设对和田河产生的影响。结果表明:水库建成后,和田河两条支流的径流过程不同步,导致初期洪水均消耗在河道中,河道损失水量增加。为合理开发、利用和田河水资源,建议在玉龙喀什河上规划建设必要的控制性水利枢纽,以实现联合调度。     

磨刀门水道近50年河床演变及其冲淤成因分析

为弄清磨刀门水道河床演变及其冲淤成因,利用历年实测地形资料,建立DEM模型,进行河床演变分析,结果表明:磨刀门水道主槽不断冲刷,滩地有淤有冲。从上游来水来沙条件、河床边界条件、人类活动等方面进行冲淤成因分析,确定主要影响因素,预测河床演变趋势,为将来河道治理与开发提供科学依据。     

基于DEM的应急水文事件流域特征自动提取

以唐家山堰塞湖上游集水区域为例,研究了基于数字高程模型(DEM)提取流域河网和划分子流域的方法,并采用OpenGL和.NET技术从底层开发了三维GIS应急分析系统。以此,完成了集水区面积、回水长度、回水面积、库容等一系列流域特征值和滑坡体特征值的提取。     

河道矢量化的深弘演进模型研究

本文在已有的源头追索模型的基础上，建立了更有效的栅格河道矢量化方法——深弘演进模型。该模型利用电子地图的河网图层与数字高程模型（DEM）叠加形成复合数据，以栅格化河道最低点的轨迹来确定流向，通过计算并比较研究区域的特征高程依次筛选出研究区域可能的出口，并由其向上游扩展确定邻接河网栅格的流向。该方法综合考虑了流域的地形走向和其中的河网特性，可以避免局部的资料“噪音”等高程波动对流向确定的干扰。模型利用多分支判断和带指针的记忆链算法在计算机中自动完成。该模型最大限度的利用了当前信息，提高了计算结果的期望精度。     

土石方计算中不规则三角网的生成及应用

不规则三角网(TIN)作为一种表现三维表面的离散数字形式在很多领域都有广泛的应用,最常见的如数字高程模型(DEM)。目前,对由大量离散点组成的地形表面构建TIN最为成熟的方法为基于狄洛尼原则的构网方法。但是该方法并不能很好地顾及"地形特征线"。而在实际应用中,设计地形(如交通工程中的设计道路、疏浚工程中的设计航道、吹填工程中的设计堤坝)正是由大量的地形特征线构成,所以该方法并不能解决这类地形的建模问题。在总结狄洛尼三角网构网方法的基础上,结合疏浚工程和吹填工程探讨了基于多边形剖分的设计地形建模方法并给出了应用实例。     

一种基于Google Earth影像的河道地形数据提取方法

为解决无实测资料地区的河道地形数据获取问题,提出了一种基于Google Earth影像提取河道地形数据的方法,利用该方法提取了鉴江流域的河道地形数据并将其应用于水动力模型的构建。结果表明:利用该方法提取的河道地形数据所构建的水动力模型,其模拟过程与实际过程基本一致,其中模拟的最大、最小流量与实测对应的最大、最小流量的相对误差分别为14.3%和7.8%,流量模拟的整体相对误差为13.2%;模拟的最高、最低水位与实测对应的最高、最低水位的相对误差分别为5.5%和3.9%,水位模拟的整体相对误差为5.2%;基于Google Earth影像提取河道地形数据是解决无河道地形资料地区的一种便捷且行之有效的方法。     

应用GIS计算分析长江镇扬河段的河床演变

在GIS环境条件下,建立了长江镇扬河段地理信息系统,主要包括三个子系统:自动成图系统、测图信息管理系统和河道冲淤分析系统。河道冲淤分析系统采用GIS的空间技术,实现了任意测次间的剖面冲淤分析和区域冲淤分析。剖面冲淤分析包括固定断面冲淤分析和任意断面冲淤分析;区域冲淤分析包括固定河段冲淤分析和任意区域冲淤分析。其最大特点是实现了任意时间、任意空间的在线冲淤分析,在GIS平台下开发了河道管理与整治研究中快速进行高效冲淤分析的技术手段,可以从河床演变角度直观地表达河道的地形信息,为河道规划管理及整治措施设计提供了快速准确的科学数据。从镇扬河段上游至下游顺序,根据GIS分析计算得到的河道冲淤信息分别就仪征水道、世业洲、六圩水道、和畅洲和大港水道的河床冲淤演变分别进行分析介绍。