淺談GIS技術在水利工程建設中的應用論文
摘要:將GIS技術應用于水利工程建設,是以現代化促進水利信息化的有效途徑。以GIS的空間數據信息的查詢、分析功能,及信息可視化功能為出發點,結合現階段水利工程建設中的難點,介紹了GIS在水利工程實施過程中的技術運用。考慮目前諸多CAD等數據格式,提出了建立與GIS兼容的數據格式的技術要求。
關鍵詞:GIS技術;水利工程;信息化
1引 言
地理信息系統(GIS)是由計算機系統、地理數據和用戶組成的,通過利用數據的空間屬性,實現了圖形與數據的結合。它通過可視化平臺多維地顯示數據,揭示數據之間的關聯和隱藏在數據背后的信息。作為傳統地圖學與現代信息技術相融合的一門空間技術,GIS是水利信息采集、存儲、管理、分析、表達的有力工具。水利信息量大繁雜,既有實時數據,又有歷史數據;既有環境數據,又有經濟數據;既有矢量數據,又有柵格數據,這些信息中80%以上與空間信息相關。實踐證明:GIS可以勝任存儲、管理這么龐雜的數據。水利信息化是國家以信息化改造和提升傳統產業思路在水利行業的具體體現,是推動水利現代化的重要措施之一。近年來,GIS技術已深入到水利工程的各個方面,并發揮了巨大的作用。如國家防洪抗災總指揮部開發的“區域性防洪減災信息系統”,是基于GIS工具軟件Mapinfo平臺開發的。文獻[1]利用了GIS技術,開發了三峽工程信息系統(TGPIS)及三峽工程測繪管理系統(SMMS)。據此,GIS已經運用到水利工程的各個方面。
2GIS支持下的水利工程勘察信息管理
傳統水利工程勘察資料管理方法以紙質檔案為主,借助檔案管理軟件和數據庫系統實現管理,這些管理方法無法適應信息化管理的需求,存在諸多弊端,[2]信息利用率低、信息交換手段缺乏、信息表現形式單調等。水利工程勘察信息具有明顯的與地理位置相關的空間特性傳統的信息表達手段對空間特性[3]的描述是非常困難的,而GIS空間數據處理和管理為勘察信息管理提供了技術支持。GIS能夠管理并描述地表及其附著物的空間信息與屬性信息,具有強大的圖形、圖像及屬性數據處理能力,能夠對地理信息及其相關信息提供采集、處理、管理、制圖等功能。其次,現有水利工程勘察數據可以方便的與GIS數據進行融合。已有水利勘察資料包括巖層、構造、水文、巖土體的物理力學性質等,大多直接與鉆孔資料相關,這些信息可以通過關系數據庫進行管理,GIS可以通過一定技術與關系數據庫關聯。
基于GIS勘察信息管理系統設計與開發,目前并不成熟。[4]系統開發思路是通過背景圖層的加載建立空間數據庫,運用GIS統一管理,通過鉆孔信息的收集錄入建立勘察資料屬性數據庫,運用關系數據庫(DBMS)進行管理。
3基于GIS的CAD地形圖管理
在水利工程,特別是大型水利工程(如跨流域調水工程)中,工程選址是一個人機交會、反復修改優化、集設計和決策于一體的過程,往往涉及范圍廣泛,內容復雜。應用傳統的選址方法往往需要大量的野外實地踏勘工作,這不僅耗費巨大的人力、物力和財力,而且給施工的進度造成了影響。目前,水利勘察信息管理中,GIS應用并不廣泛。勘測設計部門對計算機的應用還處于CAD的機助制圖階段,還沒有引入GIS進行數據管理和分析,如何充分發揮計算機在數據管理和輔助設計中的作用,是面臨的主要問題。
應用GIS為水利工程服務,建立空間數據庫是基礎,空間分析是核心。數字地形信息是GIS的重組成部分,是地理空間數據的基本信息之一。地形圖為各種勘察、規劃、設計的地理信息載體,地形圖數據要同時滿足測繪制圖、GIS數據交換及分發的需要。因此,建立GIS的第一步是設計并建立數字地圖數據庫。已有的AutoCAD數字地形圖只是GIS數據庫建立的數字化形式的基礎數據源,將已有的 AutoCAD數字地形圖數據轉換為滿足GIS要求的數據格式,已為技術所需。空間數據信息包括3方面:空間定位信息(實體的坐標)、空間關系及屬性數據。實際應用中,CAD/GIS數據轉換可分為直接轉換和間接轉換兩種方法[5]。而地圖生產中矢量數據格式的轉換有兩種方法,即自行編程轉換法和商品軟件工具轉換法[6]。自行編程轉換是使用計算機程序語言(如VB、VC、DEPH I等)自行編制程序,并通過運行程序來實現。軟件工具轉換,則是通過某一制圖系統軟件的轉入、轉出的功能菜單選項來實現,例如ArcGIS軟件工具。
4基于GIS的水利工程施工可視化管理
大型水利水電工程施工是一項復雜而又艱巨的工作,利用計算機進行輔助管理是人們一直所追求的目標。因此,把GIS技術應用于水利水電工程施工管理領域,來輔助工程施工管理、模擬仿真施工過程,以及進行地形地質的數字化與可視化,是一種新的發展方向。以信息的數字化、直觀化、可視化為出發點,GIS可將復雜的工程施工過程以可視化的形式表達出來,為全面、準確、快速地分析掌握工程施工全過程提供有力地分析工具,實現工程施工信息的高效應用和科學管理。GIS的應用,將推動水利水電工程施工的數字化、可視化、智能化的發展。
系統仿真技術是隨著計算機科學與技術的發展而逐步形成的一門新興學科。現代仿真技術已成為分析、研究、評價和管理復雜系統不可缺少的重要手段,為大型水利工程施工管理提供了有效的途徑。集面向對象圖形建模技術、動態仿真技術、可視化技術、動畫技術及數據庫技術于一體的可視化仿真技術正是當前先進仿真技術與應用研究的核心。目前,GIS與可視化仿真結合的方式主要包括:①融合式。這種集成方式數據傳遞方便高效,操作簡便,但開發費用高,開發周期長;②擴展式。通過建立擴展模塊來實現數據相互交換和信息共享,此方式開發簡便、費用低廉,兩者具有相對獨立性及可擴展性,便于系統的維護及進一步開發。涉及虛擬地形的實時可視化技術,及基于分形理論的實時可視化的動態擴展技術等,目前是研究的熱點。
5結 論
水利是國民經濟的基礎設施,是經濟社會發展的制約因素。目前,水利信息化的研究與發展,成為提升傳統行業的研究核心,水利行業與GIS的融合正如火如荼的展開。從水利工程地質勘察,到工程選址,到運用GIS對地形圖管理以輔助設計,再到整個水利工程施工的可視化管理,GIS與水利工程的兼容,貫穿了整個水利工程建設過程。GIS將為水利工程的實施,提供一個科學有效、便捷直觀的設計、分析及管理手段。
參考文獻
1 敖 麟、甘維義.三峽工程信息系統(TGPIS)總體設計的基本思想和初步實踐[A].98’水利水電系統計算機研討會論文集[C],1998:48~64
2 李生林、秦素娟、薄遵昭等.中國膨脹土工程地質研究(第一版)[M].南京:江蘇科學技術出版社,1992.171～173
3 柴壽喜、韓文峰、王 沛等.用凍干法制備微結構測試用土樣的試驗研究[J].煤田地質與勘探,2005.33(2):46～48
4 王小明、王寶軍、施 斌等.GIS支持下工程勘察信息管理系統設計與實現.學術研究,2007.2:1~5
5 陳 能、施蓓琦.AutoCAD地形圖數據轉換為GIS空間數據的技術研究與應用.測繪通報,2005.8:11～14
6 張雪松、邊馥苓、黃文治.面向GIS的地形圖數據改造方法與過程.工程勘察,2004(2):57～59
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