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摘要:将GIS技术应用于水利工程建设,是以现代化促进水利信息化的有效途径。以GIS的空间数据信息的查询、分析功能,及信息可视化功能为出发点,结合现阶段水利工程建设中的难点,介绍了GIS在水利工程实施过程中的技术运用。考虑目前诸多CAD等数据格式,提出了建立与GIS兼容的数据格式的技术要求。
关键词:GIS技术;水利工程;信息化
中图分类号:TV698 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)21-0009-02
1引 言
地理信息系统(GIS)是由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过利用数据的空间属性,实现了图形与数据的结合。它通过可视化平台多维地显示数据,揭示数据之间的关联和隐藏在数据背后的信息。作为传统地图学与现代信息技术相融合的一门空间技术,GIS是水利信息采集、存储、管理、分析、表达的有力工具。水利信息量大繁杂,既有实时数据,又有历史数据;既有环境数据,又有经济数据;既有矢量数据,又有栅格数据,这些信息中80%以上与空间信息相关。实践证明:GIS可以胜任存储、管理这么庞杂的数据。水利信息化是国家以信息化改造和提升传统产业思路在水利行业的具体体现,是推动水利现代化的重要措施之一。近年来,GIS技术已深入到水利工程的各个方面,并发挥了巨大的作用。如国家防洪抗灾总指挥部开发的“区域性防洪减灾信息系统”,是基于GIS工具软件Mapinfo平台开发的。文献[1]利用了GIS技术,开发了三峡工程信息系统(TGPIS)及三峡工程测绘管理系统(SMMS)。据此,GIS已经运用到水利工程的各个方面。
2GIS支持下的水利工程勘察信息管理
传统水利工程勘察资料管理方法以纸质档案为主,借助档案管理软件和数据库系统实现管理,这些管理方法无法适应信息化管理的需求,存在诸多弊端,[2]信息利用率低、信息交换手段缺乏、信息表现形式单调等。水利工程勘察信息具有明显的与地理位置相关的空间特性传统的信息表达手段对空间特性[3]的描述是非常困难的,而GIS空间数据处理和管理为勘察信息管理提供了技术支持。GIS能够管理并描述地表及其附着物的空间信息与属性信息,具有强大的图形、图像及属性数据处理能力,能够对地理信息及其相关信息提供采集、处理、管理、制图等功能。其次,现有水利工程勘察数据可以方便的与GIS数据进行融合。已有水利勘察资料包括岩层、构造、水文、岩土体的物理力学性质等,大多直接与钻孔资料相关,这些信息可以通过关系数据库进行管理,GIS可以通过一定技术与关系数据库关联。
基于GIS勘察信息管理系统设计与开发,目前并不成熟。[4]系统开发思路是通过背景图层的加载建立空间数据库,运用GIS统一管理,通过钻孔信息的收集录入建立勘察资料属性数据库,运用关系数据库(DBMS)进行管理。
3基于GIS的CAD地形图管理
在水利工程,特别是大型水利工程(如跨流域调水工程)中,工程选址是一个人机交会、反复修改优化、集设计和决策于一体的过程,往往涉及范围广泛,内容复杂。应用传统的选址方法往往需要大量的野外实地踏勘工作,这不仅耗费巨大的人力、物力和财力,而且给施工的进度造成了影响。目前,水利勘察信息管理中,GIS应用并不广泛。勘测设计部门对计算机的应用还处于CAD的机助制图阶段,还没有引入GIS进行数据管理和分析,如何充分发挥计算机在数据管理和辅助设计中的作用,是面临的主要问题。
应用GIS为水利工程服务,建立空间数据库是基础,空间分析是核心。数字地形信息是GIS的重组成部分,是地理空间数据的基本信息之一。地形图为各种勘察、规划、设计的地理信息载体,地形图数据要同时满足测绘制图、GIS数据交换及分发的需要。因此,建立GIS的第一步是设计并建立数字地图数据库。已有的AutoCAD数字地形图只是GIS数据库建立的数字化形式的基础数据源,将已有的 AutoCAD数字地形图数据转换为满足GIS要求的数据格式,已为技术所需。空间数据信息包括3方面:空间定位信息(实体的坐标)、空间关系及属性数据。实际应用中,CAD/GIS数据转换可分为直接转换和间接转换两种方法[5]。而地图生产中矢量数据格式的转换有两种方法,即自行编程转换法和商品软件工具转换法[6]。自行编程转换是使用计算机程序语言(如VB、VC、DEPH I等)自行编制程序,并通过运行程序来实现。软件工具转换,则是通过某一制图系统软件的转入、转出的功能菜单选项来实现,例如ArcGIS软件工具。
4基于GIS的水利工程施工可视化管理
大型水利水电工程施工是一项复杂而又艰巨的工作,利用计算机进行辅助管理是人们一直所追求的目标。因此,把GIS技术应用于水利水电工程施工管理领域,来辅助工程施工管理、模拟仿真施工过程,以及进行地形地质的数字化与可视化,是一种新的发展方向。以信息的数字化、直观化、可视化为出发点,GIS可将复杂的工程施工过程以可视化的形式表达出来,为全面、准确、快速地分析掌握工程施工全过程提供有力地分析工具,实现工程施工信息的高效应用和科学管理。GIS的应用,将推动水利水电工程施工的数字化、可视化、智能化的发展。
系统仿真技术是随着计算机科学与技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。现代仿真技术已成为分析、研究、评价和管理复杂系统不可缺少的重要手段,为大型水利工程施工管理提供了有效的途径。集面向对象图形建模技术、动态仿真技术、可视化技术、动画技术及数据库技术于一体的可视化仿真技术正是当前先进仿真技术与应用研究的核心。目前,GIS与可视化仿真结合的方式主要包括:①融合式。这种集成方式数据传递方便高效,操作简便,但开发费用高,开发周期长;②扩展式。通过建立扩展模块来实现数据相互交换和信息共享,此方式开发简便、费用低廉,两者具有相对独立性及可扩展性,便于系统的维护及进一步开发。涉及虚拟地形的实时可视化技术,及基于分形理论的实时可视化的动态扩展技术等,目前是研究的热点。
5结 论
水利是国民经济的基础设施,是经济社会发展的制约因素。目前,水利信息化的研究与发展,成为提升传统行业的研究核心,水利行业与GIS的融合正如火如荼的展开。从水利工程地质勘察,到工程选址,到运用GIS对地形图管理以辅助设计,再到整个水利工程施工的可视化管理,GIS与水利工程的兼容,贯穿了整个水利工程建设过程。GIS将为水利工程的实施,提供一个科学有效、便捷直观的设计、分析及管理手段。
参考文献
1 敖 麟、甘维义.三峡工程信息系统(TGPIS)总体设计的基本思想和初步实践[A].98’水利水电系统计算机研讨会论文集[C],1998:48~64
2 李生林、秦素娟、薄遵昭等.中国膨胀土工程地质研究(第一版)[M].南京:江苏科学技术出版社,1992.171～173
3 柴寿喜、韩文峰、王 沛等.用冻干法制备微结构测试用土样的试验研究[J].煤田地质与勘探,2005.33(2):46～48
4 王小明、王宝军、施 斌等.GIS支持下工程勘察信息管理系统设计与实现.学术研究,2007.2:1~5
5 陈 能、施蓓琦.AutoCAD地形图数据转换为GIS空间数据的技术研究与应用.测绘通报,2005.8:11～14
6 张雪松、边馥苓、黄文治.面向GIS的地形图数据改造方法与过程.工程勘察,2004(2):57～59
The Application of GIS Technology in Hydraulic Engineering Construction
Yin Jiaguang,Xu Yinguang
Abstract: GIS technology ,which can be used in water conservancy project construction, is an effective way to promote the water conservancy. This paper starts with GIS spatial data to information query, analysis, and information visualization. After talking about the difficulities in construction of water conservancy projects, the author introduced the implementation of GIS in water technology. Having been considered a number of CAD data format, he proposed the establishment of GIS-compatible with the technical requirements for data formats.
Key words: GIS technology; water conservancy projects; information
关键词:GIS技术;水利工程;信息化
中图分类号:TV698 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)21-0009-02
1引 言
地理信息系统(GIS)是由计算机系统、地理数据和用户组成的,通过利用数据的空间属性,实现了图形与数据的结合。它通过可视化平台多维地显示数据,揭示数据之间的关联和隐藏在数据背后的信息。作为传统地图学与现代信息技术相融合的一门空间技术,GIS是水利信息采集、存储、管理、分析、表达的有力工具。水利信息量大繁杂,既有实时数据,又有历史数据;既有环境数据,又有经济数据;既有矢量数据,又有栅格数据,这些信息中80%以上与空间信息相关。实践证明:GIS可以胜任存储、管理这么庞杂的数据。水利信息化是国家以信息化改造和提升传统产业思路在水利行业的具体体现,是推动水利现代化的重要措施之一。近年来,GIS技术已深入到水利工程的各个方面,并发挥了巨大的作用。如国家防洪抗灾总指挥部开发的“区域性防洪减灾信息系统”,是基于GIS工具软件Mapinfo平台开发的。文献[1]利用了GIS技术,开发了三峡工程信息系统(TGPIS)及三峡工程测绘管理系统(SMMS)。据此,GIS已经运用到水利工程的各个方面。
2GIS支持下的水利工程勘察信息管理
传统水利工程勘察资料管理方法以纸质档案为主,借助档案管理软件和数据库系统实现管理,这些管理方法无法适应信息化管理的需求,存在诸多弊端,[2]信息利用率低、信息交换手段缺乏、信息表现形式单调等。水利工程勘察信息具有明显的与地理位置相关的空间特性传统的信息表达手段对空间特性[3]的描述是非常困难的,而GIS空间数据处理和管理为勘察信息管理提供了技术支持。GIS能够管理并描述地表及其附着物的空间信息与属性信息,具有强大的图形、图像及属性数据处理能力,能够对地理信息及其相关信息提供采集、处理、管理、制图等功能。其次,现有水利工程勘察数据可以方便的与GIS数据进行融合。已有水利勘察资料包括岩层、构造、水文、岩土体的物理力学性质等,大多直接与钻孔资料相关,这些信息可以通过关系数据库进行管理,GIS可以通过一定技术与关系数据库关联。
基于GIS勘察信息管理系统设计与开发,目前并不成熟。[4]系统开发思路是通过背景图层的加载建立空间数据库,运用GIS统一管理,通过钻孔信息的收集录入建立勘察资料属性数据库,运用关系数据库(DBMS)进行管理。
3基于GIS的CAD地形图管理
在水利工程,特别是大型水利工程(如跨流域调水工程)中,工程选址是一个人机交会、反复修改优化、集设计和决策于一体的过程,往往涉及范围广泛,内容复杂。应用传统的选址方法往往需要大量的野外实地踏勘工作,这不仅耗费巨大的人力、物力和财力,而且给施工的进度造成了影响。目前,水利勘察信息管理中,GIS应用并不广泛。勘测设计部门对计算机的应用还处于CAD的机助制图阶段,还没有引入GIS进行数据管理和分析,如何充分发挥计算机在数据管理和辅助设计中的作用,是面临的主要问题。
应用GIS为水利工程服务,建立空间数据库是基础,空间分析是核心。数字地形信息是GIS的重组成部分,是地理空间数据的基本信息之一。地形图为各种勘察、规划、设计的地理信息载体,地形图数据要同时满足测绘制图、GIS数据交换及分发的需要。因此,建立GIS的第一步是设计并建立数字地图数据库。已有的AutoCAD数字地形图只是GIS数据库建立的数字化形式的基础数据源,将已有的 AutoCAD数字地形图数据转换为满足GIS要求的数据格式,已为技术所需。空间数据信息包括3方面:空间定位信息(实体的坐标)、空间关系及属性数据。实际应用中,CAD/GIS数据转换可分为直接转换和间接转换两种方法[5]。而地图生产中矢量数据格式的转换有两种方法,即自行编程转换法和商品软件工具转换法[6]。自行编程转换是使用计算机程序语言(如VB、VC、DEPH I等)自行编制程序,并通过运行程序来实现。软件工具转换,则是通过某一制图系统软件的转入、转出的功能菜单选项来实现,例如ArcGIS软件工具。
4基于GIS的水利工程施工可视化管理
大型水利水电工程施工是一项复杂而又艰巨的工作,利用计算机进行辅助管理是人们一直所追求的目标。因此,把GIS技术应用于水利水电工程施工管理领域,来辅助工程施工管理、模拟仿真施工过程,以及进行地形地质的数字化与可视化,是一种新的发展方向。以信息的数字化、直观化、可视化为出发点,GIS可将复杂的工程施工过程以可视化的形式表达出来,为全面、准确、快速地分析掌握工程施工全过程提供有力地分析工具,实现工程施工信息的高效应用和科学管理。GIS的应用,将推动水利水电工程施工的数字化、可视化、智能化的发展。
系统仿真技术是随着计算机科学与技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。现代仿真技术已成为分析、研究、评价和管理复杂系统不可缺少的重要手段,为大型水利工程施工管理提供了有效的途径。集面向对象图形建模技术、动态仿真技术、可视化技术、动画技术及数据库技术于一体的可视化仿真技术正是当前先进仿真技术与应用研究的核心。目前,GIS与可视化仿真结合的方式主要包括:①融合式。这种集成方式数据传递方便高效,操作简便,但开发费用高,开发周期长;②扩展式。通过建立扩展模块来实现数据相互交换和信息共享,此方式开发简便、费用低廉,两者具有相对独立性及可扩展性,便于系统的维护及进一步开发。涉及虚拟地形的实时可视化技术,及基于分形理论的实时可视化的动态扩展技术等,目前是研究的热点。
5结 论
水利是国民经济的基础设施,是经济社会发展的制约因素。目前,水利信息化的研究与发展,成为提升传统行业的研究核心,水利行业与GIS的融合正如火如荼的展开。从水利工程地质勘察,到工程选址,到运用GIS对地形图管理以辅助设计,再到整个水利工程施工的可视化管理,GIS与水利工程的兼容,贯穿了整个水利工程建设过程。GIS将为水利工程的实施,提供一个科学有效、便捷直观的设计、分析及管理手段。
参考文献
1 敖 麟、甘维义.三峡工程信息系统(TGPIS)总体设计的基本思想和初步实践[A].98’水利水电系统计算机研讨会论文集[C],1998:48~64
2 李生林、秦素娟、薄遵昭等.中国膨胀土工程地质研究(第一版)[M].南京:江苏科学技术出版社,1992.171～173
3 柴寿喜、韩文峰、王 沛等.用冻干法制备微结构测试用土样的试验研究[J].煤田地质与勘探,2005.33(2):46～48
4 王小明、王宝军、施 斌等.GIS支持下工程勘察信息管理系统设计与实现.学术研究,2007.2:1~5
5 陈 能、施蓓琦.AutoCAD地形图数据转换为GIS空间数据的技术研究与应用.测绘通报,2005.8:11～14
6 张雪松、边馥苓、黄文治.面向GIS的地形图数据改造方法与过程.工程勘察,2004(2):57～59
The Application of GIS Technology in Hydraulic Engineering Construction
Yin Jiaguang,Xu Yinguang
Abstract: GIS technology ,which can be used in water conservancy project construction, is an effective way to promote the water conservancy. This paper starts with GIS spatial data to information query, analysis, and information visualization. After talking about the difficulities in construction of water conservancy projects, the author introduced the implementation of GIS in water technology. Having been considered a number of CAD data format, he proposed the establishment of GIS-compatible with the technical requirements for data formats.
Key words: GIS technology; water conservancy projects; information