基于SKYLINE的水库三维管理系统

梁 亮,宋立松,张泽锋,严云杰

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

水库是储蓄、调节地表水资源的重要设施,是重大的水利枢纽工程,承担着所属流域的防洪、蓄水、灌溉、供水、调节生态平衡等多项任务,水库安全管理一直是我国防汛抗洪的难点和重点[1-2]。地理信息系统 (GIS)是以计算机为手段,用于采集、存储、管理、分析、描述整个或部分地球表面空间 (包括大气层)和地理分布有关数据的空间信息系统,是计算机化的空间信息系统[3-4]。借助地理信息系统技术建立水库信息查询系统可以有效地管理地理空间图形和水库属性数据,使上级主管部门和水库管理人员能够方便快速地实现二者之间的双向检索查询,为相关部门和领导科学决策提供依据,提高水库管理的效率和质量。

2 三维管理系统的总体设计

采用B/S的技术框架,集成数据库技术、空间数据引擎技术、Web技术、WebGIS技术、三维可视化技术[5-6]、多媒体技术、系统集成技术等,采取功能控制流和数据流交叉组织的方式,实现对防汛信息的管理、预警等功能。系统采用Skyline公司的三维地理信息系统软件TerraExplorer Pro作为开发平台,充分利用三维组件式地理信息系统的灵活性、可扩展性和易开发性,后台数据库采用大型数据库MS-SQLServer2008,开发环境是Vistual Studio 2008。系统以B/S方式,在IE端实现水库流域的飞行、互操作浏览,“真实”展示水库全貌,在三维地形模型基础上,管理人员不到现场就可以对研究区域有直观的认识,可以弥补现场调查时视野受限的局限,方便地为相关人员展示宏观的环境变化,为管理人员和专家领导提供生动、形象、直观的浏览、查询、分析工具,为辅助领导决策提供依据。

作为系统运行的基础——三维地形场景(MPT),即数据检查入库后生成的结果,是承载三维景观数据的平台和基础,运用海量数据流量管理方式和压缩优化的数据流及数据库,实现海量数据的最优化管理(见图1)。

图2 三维场景建设技术路线图

3 三维管理系统的功能设计

根据水库管理领域对系统应用的需求和实际工作的需要,分析水库区域的相关数据和资料,完成水库信息的管理、查询与分析,实现水库的三维场景显示和分析,从而为水库的合理利用与科学决策提供信息支持和服务。水库三维管理系统的建立可以在现有的基础地理数据(GIS)、遥感数据(RS)的基础上,结合虚拟现实(VR)、数据库(DB)等计算机技术,建立一个由数据支持和驱动、可以在三维场景下进行交互使用的工具(见图2)。系统主要功能包括:

(1)水库业务信息管理与分析:实现对水库业务数据(包括水域、周边建筑物、环境等)的存储、查询、统计等信息化管理,与工情、水情信息相整合,实现工情、水情信息的三维浏览查询与展示,实现水库管理的信息化,提高水库管理的效率。同时实现各种专题图的生成和输出,为决策部门提供各种图片资料。

(2)水库区域三维显示与分析:在Skyline软件的基础上,采用最新的遥感影像数据和DEM数据,构建水库三维场景,同时加载3DSMAX软件制作的三维景观模型,建立一套以浏览、查询、展示功能为主,分析功能为辅的水库三维浏览系统,完成信息的输入、传输、可视化、查询和部分分析等功能,为水库的规划、建设、管理提供科学的依据。

(3)水库政务信息管理:提供地理信息和日常管理工作的整合功能,作为三维地理信息系统的基础平台,与日常政务办公相集成,为水库日常管理提供服务。

图2 水库三维管理系统逻辑结构图

4 三维管理系统的应用

系统能够显示水库枢纽工程及管理区三维景观,实现整个枢纽工程及库区、下游河道场景的任意方式交互式漫游 (如二维地图导航、工程全局浏览、重点部位查看、三维飞行漫游、自定义路径漫游等),并可以设置工程虚拟场景的环境(如光线明暗度、天气等);在三维环境中,基于三维实体目标,实现整个枢纽各个单元工程和分部工程的基本属性的信息管理与查询;与已建立的水利信息系统综合数据库中的工情、水情、雨情数据库进行无缝连接,查询包括水文站点、大坝、闸、水文监测点、堤坝等工程基础属性、通过二、三维集成技术查询与GIS库关联的二维地图及其相关属性信息。基于三维实体目标,对库区实时水雨情数据、闸坝安全监测数据进行查询和实时动态显示;实现对库区水位超安全值报警和淹没分析(见图3)。

图3 三维业务应用展示图

5 结 语

水库三维管理系统在系统数据库和3DGIS平台支持下,采用现代信息技术及可视化技术,根据水库管理需要,将水库管理业务和政务集成到一个统一的三维平台上,实现了水库管理的信息化,为水库综合管理体系建设和水库规划建设提供了一个高效的工具,提高了各个业务应用系统的技术先进性,使业务信息的使用真正具有空间性,展现更加直观、真实、具体,对提高管理水平起到了很大作用,提高了水库的管理效率。同时为制定减灾措施、应急预案、公众宣传方案和预警措施等提供必需的信息,为水库防灾减灾工作提供必要的资料,为决策者提供多样的决策依据和精确的技术支持。

[1]吉海,曾庆彬.水库信息化建设的实践与思考 [J].水利信息化,2011(2):62-66.

[2]谭政.关于我国水库运行管理方式的探讨 [J].人民长江,2011(5):105-108.

[3]孙秋萍,冯星,邢仁君.黄河数字化防汛系统的建立[J].黑龙江科技信息,2008(27):36-38.

[4]王天化,李端有,周武,等.基于GIS技术的水库大坝安全应急管理系统构架 [J].长江科学院院报,2009(26):130-134.

[5]金裕祥,马福恒,刘成栋.基于WEB的三维水库大坝安全实时监控预警系统 [J].水电能源科学,2009,2(1):99-102.

[6]洪安龙.基于Skyline的三维地理信息系统应用的实践[J].浙江国土资源,2009(3):49-50.