GIS在水利水电工程建设中的应用与展望

邹立群

摘 要：GIS技术在各大建设领域中已经被广泛应用，尤其是在水利水电工程设计中更是一种不可缺少的支持技术。本文结合最近几年GIS技术在水利水电工程建设过程中的应用调查情况，分析GIS技术在水利电力工程中的应用现状，对GIS技术的发展前景进行展望。

关键词：GIS技术；水利电力工程；应用；发展

我国水利电力工程是一项非常庞大且复杂的建设项目，为了提高工程设计效率和管理水平，就要应用到科学有效的方法，对工程施工全过程进行最清晰的绘制与描述，而寻求高科技技术已经成为目前较为重要的工作。GIS作为当前最符合这一需求的高科技技术，它能够通过计算机与空间数据相结合而形成的一种新型空间信息技术，利用自身的空间分析与可视化功能将现实中建筑物体的空间设置与相关属性有效结合在一起，以此来满足广大用户需求。

一、GIS在水利水电工程建设中的应用

GIS技术具备信息数字化、直观化、可视化的功能特点，利用这些特点可以将水利水电工程施工中各种复杂的过程转换成直观的动画形式，可以为施工过程中的各种状况提供有力分析条件，这样能够使水利水电工程进入信息化的科学管理状态中，工程设计结果也可通过可视化充分呈现出来，利用这一点，设计人员就可以通过直观化进行更好更详细精准的设计，不仅有效的提高工程设计水平，同时利用GIS技术的科学简单化、形象直观化、可视参考化等功能，提升工程管理水平，推动我国的水利水电工程趋向智能化、信息化发展。

1、GIS应用于施工导截流三维动态可视化

利用GIS软件功能与其他软件功能相结合，形成施工导截流三维动态可视化仿真系统，通过动画图像形式对施工过程进行模拟演示。实现三维可视化过程，首先要创建三维场景，并按照实际施工现场情况进行有机地组装，利用实体建模将三维形状构建出来，再经过对实体构建模型的纹理、消隐、阴影等进行科学计算，并在三维场景中呈现。在仿真模块的作用下，可以对施工过程中所有信息包括主体信息以及各实体模型结构、水流状况、施工时间等信息都可以随时获取，并将其保存在施工图形库内，可通过时间查询方式进行相关信息查找，再通过GIS可查询功能与图形显示功能，就可以将某一时段的施工导流场景显示出来。所以将GIS应用在施工导截流三维动态可视化中，这样就可以随时对施工过程与相应信息进行有效查询。

2、GIS应用于地下厂房施工动态演示

GIS三维空间数据模型主要是表达空间目标的几何信息和属性信息，同时相对独立的表达空间目标的拓扑关系。动态演示是依靠对任意时刻施工面貌的再现实现的。首先运行仿真程序得到确定方案下的洞室施工过程的信息，包括洞室开挖时间参数（持续时间、开始时间、结束时间）、进度参数、强度参数，将这些参数按工序以电子表格的形式输出。GIS读取这些数据并将其转换成相应的数据库。演示时通过对施工面貌数据库的循环，逐条读取数据库中每条记录的形体数据及其他的相关信息，形体数据以图形的形式显示在三维图上，其他信息以文本的形式显示在信息框中。

3、GIS应用于混凝土坝施工全过程三维动态演示系统

利用GIS强大的空间信息处理能力来表现混凝土坝的复杂施工过程具有极大优越性。GIS特有的空间数据组织形式能够充分反映混凝土坝施工系统复杂的空间关系和施工过程。在混凝土坝施工全过程三维动态演示系统中，GIS的可视化过程，即实现模拟数据到图像的变换，分为三个子过程：数据操纵、可视化映射和绘制。

4、GIS应用于水利水电工程施工总布置可视化动态演示系统

以GIS软件为平台，建立数字化地形，施工场地布置系统中各系统部件的三维数字化模型。系统部件的数据信息与其他相关信息，通过映射关系联系形成基础数据库，成为系统的底层支持。这样就实现了各系统部件表层的独立性和深层的耦合性。根据不同工程的施工期长短，选择恰当的基本时间步长，再辅以典型时刻面貌，可以使施工生产管理者对工程进展情况有一个全面直观的了解。

二、讨论与展望

GIS本身在不断发展，它在水利水电工程建设中的应用亦需不断发展。应用的发展不仅要与GIS本身的发展相结合，还要与水利水电工程专业相结合。在水利水电工程未来的建设中，GIS与其他技术的结合将更加紧密，应用更加广泛。

1、三维建模

GIS（中三维几何造型技术已很成熟，对于三维地质模型的建立、图形显示目前均有较多研究。但水利水电工程中三维数字地形模型的建立大多只是停留在面模型这一层面上。对诸如坝区地形模型等的地质模型的构造，除层状地层外仍有一定难度。常用模型方法有两种：表面模型和实体模型。两种模型对复杂地质体非均匀性的描述均感不足。GIS用于水利水电工程中地质建模是今后应用研究的主要内容之一。但影响GIS数据质量的因素繁多，存在许多不确定性，把握适度质量有一定难度。若进入数据库的数据质量过高，则造成浪费；反之，质量偏低，则达不到要求。

2、GIS

三维GIS目前研究重点集中在三维数据结构的设计、优化与实现技术的运用，三维系统的功能和模块设计等方面。但是，地理信息系统所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。随着时间的推移、地理对象的特征会发生变化，而目前大多数地理信息系统都不能很好地支持地理对象和组合事件维的处理。实际上许多用户要求都是基于时间特征的，如洪水的最高水位变化等。对这样的应用背景，仅采取作为属性数据库中的一个属性不能很好地解决问题。故，如何设计并运用4DGIS来描述、处理对象的时态特征也是个重要研究领域。

3、Web GIS

水利水电工程中地理信息和数据的交流范围要求越来越广泛。随着Internet的发展，利用Internet技术在Web上发布空间数据供用户浏览、使用是GIS发展的必然趋势。网络GIS（Web GIS），以网络浏览器为应用工作平台，使得从WWW的任一个节点，用户可以浏览Web GIS站点中的空间数据，制作专题图，并进行各种空间检索和空间分析，且能在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功能。由于水利工程中地理信息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，便可方便、快速和及时地将地理信息传递到需要的地方，发挥GIS在整个水利水电工程中的应用价值。数据的保密性需加以控制。

4、Com GIS

水利水电工程布置方案的可视化的要求已不局限在单纯的表现上。对于布置方案交互式修改，组件式GIS（Com GIS）也是重要的应用发展趋势之一。

结语：GIS强大的空间分析功能和图形显示功能为工程设计和研究成果的可视化表达提供了有力的现代化手段。但是，GIS应用到水利水电工程建设中还有许多不尽如人意的地方，如计算功能相对薄弱等，可通过与不同技术之间的融合来克服。随着大型水利水电工程信息管理的实时、快速化要求，基于网络传输的地理信息系统应用成为将来GIS与工程结合应用研究的方向。

参考文献：

[1] 张海廷.GIS在水文水资源领域中的应用研究[J].华北水利水电学院学报，2013，34（3）.

[2] 王光明，梁秀娟，肖长来，于景录.GIS技术在水文水资源领域中的应用现状与发展趋势[J].吉林水利，2009（6）.