长江中下游河道三维交互式可视化系统

<P><STRONG>1 系统建设背景</STRONG>
<P>为贯彻落实科学发展观，实现传统水利向现代水利和可持续发展水利转变，以水利信息化推动水利现代化，为维护健康长江、促进人水和谐提供技术保障，当好河流代言人，长江水利委员会在2004年的工作会议上提出了建设长江中下游河道三维交互式可视化系统的目标，国家防总部署了长江三维电子江河系统建设任务。
<P>本系统的建设是稳定河势河床的需要。防洪保安历来是长江委重中之重，而长江中下游地区历来是长江洪水灾害多发和灾情严重地区，三峡水库修建后，可大大提高长江中下游的防洪能力，但是，三峡水库的清水下泄，将对中下游河道演变、江湖关系改变产生一系列影响，长江中下游的水利工程也会受到影响。另外，防洪调度方案、蓄滞洪区的运用、工情、河道的取水口、排污口、水质、防汛物资的布置等也会受到影响。正是在这样的形势下，长江委提出了开发长江中下游河道三维交互式可视化系统，以三维可视形象直观化的方式弄清河道变化规律。
<P>通过本系统的建设可对长江委的数据资源进行有效整合，建立起标准统一、格式一致、查询检索便捷、扩充性强的可视化数据库和数据共享平台，为“数字长江”建设开发一个原型平台系统，为最终构建一个能支持全流域应用的、统一的实用平台提供信息基础和开发经验。
<P><STRONG>2 系统结构、功能特点及关键技术</STRONG>
<P>系统是利用地理信息系统技术、遥感技术和虚拟仿真技术，在计算机上再现长江中下游河道真实三维景观和直观分析的平台。系统采用空间数据引擎ArcSDE+Oracle作为数据库服务器，采用ArcGIS Engine作为二次开发工具开发二维GIS和数据库访问工具，用Crystal Reports作为报表开发工具，用集成开发环境Visual Basic6.0将三维控件集成到系统中，从而实现二三维联动和数据的高度集成和共享。如图1系统主界面。
<P>图1 系统主界面
<P align=center><IMG src="http://www.cjw.com.cn/news/detail/20051230/20051230141949.gif">
<P>2.1 系统数据库结构
<P>系统数据库由十大数据库组成，系统的数据库结构见图2。
<P align=center><IMG src="http://www.cjw.com.cn/news/detail/20051230/20051230142225.gif">
<P>(1) 基础地理数据库主要包括：河流、水系、道路、行政区划、居民点等基础地理信息。
<P>(2) 工情数据库包括：堤防、水闸、机电排灌站、蓄滞洪区及蓄滞洪区内的安全区、安全台、避水设施等一系列数据。
<P>(3) 水雨情数据库主要包括水位测站、雨量站及河道水情等信息。
<P>(4) 人口社会经济数据主要是蓄滞洪区内的数据。
<P>(5) 土地利用数据也是指蓄滞洪区内的土地利用数据。
<P>(6) 水政管理专业数据库主要包括取水口、排污口、采砂区等水行政管理相关的专业数据。
<P>(7) DEM和遥感影像数据库包括各种比例尺和不同分辨率的影像数据。
<P>(8) 文档多媒体数据库包括文本文件、Word、htm网页等格式文档和图片、音频、视频等多媒体信息。如水利工程的文档介绍资料、照片、音频和视频等。
<P>(9) 实物模型库主要是指建立起来的实物三维模型。
<P>(10) 系统管理库包括了系统用户和权限的管理。
<P>2.2 系统功能模块
<P>系统主要功能模块分为四大功能模块，细分为16个子模块。系统主要功能模块结构如图3。
<P align=center><IMG src="http://www.cjw.com.cn/news/detail/20051230/20051230142424.gif">
<P  align=center><FONT size=3>图3 长江中下游河道三维交互式可视化系统结构图</FONT></P>
<P>系统的各个功能模块主要实现了如下内容：
<P>1） 二维模块：系统能对二维数据进行添加、删除和数据编辑等管理功能，同时具有二维GIS的视图操作、查询分析等功能。
<P>2） 三维模块：三维模块是系统的主要内容，主要实现了以下功能：
<P>A． 三维场景建立管理：主要完成对DEM、遥感影像数据和三维模型、注记等三维环境的加载建立，并可对三维环境进行编辑设置。
<P>B． 三维漫游操作：像其他三维系统一样，本系统除了具有按设定路线进行浏览、或利用键盘和鼠标进行漫游、旋转和飞行的功能，还能通过对二维窗口操作来实现三维场景定位到同二维窗口一样的目标位置，这样就充分利用了二维视图显示范围广的优势，能方便快捷地在三维场景中进行目标定位。
<P>C． 三维水情演示：在逼真的三维场景中，系统能利用三维控件进行河道水情和荆江蓄滞洪区水情的显示，能通过设定水位高度的范围，来演示水位的涨落情况。如图4。
<P>D． 分洪淹没模拟：系统可以演示洪水在荆江分洪区中的洪水推进过程。
<P>E． 洪水淹没评估：系统集成了利用ArcGIS Engine开发出的各种淹没水深范围下的土地利用类型面积的统计模块，并以荆江分洪区为例，以1：1万DEM和1：1万土地利用类型为数据源，实时计算不同淹没水深范围下土地利用类型面积，并进行统计生成报表、输出打印等，如图5。
<P>F． 三维空间分析：系统可以对三维场景中的虚拟地物进行属性查询，还可以获得任意点的三维坐标，同时还具有绘制地形剖面线功能。当在三维场景上画一条线时，系统能根据DEM自动绘制沿直线方向的地形剖面图，非常方便了解地形的走向。
<P>3） 功能集成：本子模块主要集成了几个特色功能。
<P>A． 防汛调度预案的集成：系统对二维的Flash和三维的视频等防汛调度预案进行了集成。
<P>B． 人口经济数据管理模块：系统可对各个蓄滞洪区进行人口社会经济数据进行管理，添加、删除、修改数据等，并可以进行统计报表输出。
<P>C． 报表统计输出打印：系统可以对人口经济数据进行报表统计输出打印，还可以对洪水淹没评估结果进行报表输出。报表输出的形式有：柱状图、饼状图、线状图、统计表等多种形式。
<P>D． 制图输出：可以针对二维数据，进行专题图的制作并输出打印，保存图片等。
<P>4） 系统管理：系统可以对不同角色、不同用户进行权限的管理，并可以查看用户登录记录。同时，系统具有良好的帮助系统。
<P align=center><IMG src="http://www.cjw.com.cn/news/detail/20051230/20051230142628.gif">  
<P align=center>
<P align=center><IMG src="http://www.cjw.com.cn/news/detail/20051230/20051230142824.gif">
<P align=center>图5 洪水淹没统计
<P>2.3 系统主要特点
<P>1）二三维联动
<P>在系统界面中，下面是二维窗口，上面是三维窗口，当鼠标指针在二维窗口移动时，三维场景跟着一起动，这极大地方便了目标场景的定位，能快速定位到目标场景。
<P>2）多分辨率海量数据集中管理和共享
<P>系统中所用到的多分辨率数据集中在服务器上，通过空间数据引擎ArcSDE和关系数据库Oracle进行统一管理，不仅极大地方便数据的管理和维护，而且还能赋予用户不同的权限，有利于维护数据的安全。
<P>系统中的海量数据允许用户并发访问，并发访问的速度与服务器的配置关系较大，但与用户机器配置关系不大，显示三维水体效果时，与用户的显卡有关。
<P>系统采用基于关系数据库管理的2层结构，用户安装好程序后，通过局域网联接到服务器，读取数据，实现二三维数据的查询、浏览和空间分析等。
<P>3）直观生动的虚拟场景功能。
<P>系统为使场景更为美观，采用了SPOT5 2.5米全色影像和10米多光谱影像融合，并利用图像处理软件进行颜色处理，使影像颜色与真实场景颜色更为接近。同时，在场景中加入了用三维建模软件制作的水利工程仿真模型，并将水体渲染成流动的水体，具有波光粼粼的效果。
<P>4）多种形式的查询功能。
<P>系统既可以在二维窗口中查询也可以在三维虚拟场景中查询。既可以对各类数据基本信息的查询，也可以对文档（包括文本、Word、html等）、图片和图像、音频和视频等多媒体资料的查询。查询的要素包括：堤防、桥梁、涵闸、水文站及其他建筑物的三维模型和矢量数据等。能实现对水文站、雨量站、河流、水库、堤防、大坝、人口、水闸、交通、蓄滞洪区、防汛物料、防汛机构和人员以及水行政管理专业数据的空间和属性的相互查询，并能挂接它们的文档、多媒体信息等。
<P>2.4 系统采用的关键技术
<P>1）高度集成的技术
<P>首先，系统中采用了多项二次开发技术和工具，包括：ArcGIS Engine、ArcSDE API、Crystal Reports开发工具、三维控件、虚拟仿真模型等。其次，系统集成了二维GIS和三维GIS的特点，既能对二维数据进行管理、显示、查询、检索和编辑及输出，同时也具有三维GIS的功能，包括对三维场景的浏览、漫游、查询和场景快速切换等。第三，集成了防洪调度预案。系统中集成了荆江、城陵矶、武汉和九江河段的防洪调度预案，便于防汛管理工作者和技术人员在真实直观的三维场景中更好地理解防洪调度预案。
<P>2）海量数据集中管理和并发访问的技术
<P>系统运用ArcSDE和Oracle9i对海量数据实现集中统一管理，满足了用户数据共享和对数据并发访问的需要。ArcSDE作为加载于DBMS的空间数据引擎，具有对空间数据建立索引、集中管理和分块导入等特点，大大加快了对空间数据访问的速度，从而使对海量数据的操作变为现实，另外，使用户能对海量空间数据并发访问，且这种访问不会受客户端硬件配置的影响。
<P>3 系统应用成果与前景
<P>3.1 提供通用二三维平台
<P>本系统是建立在GIS数据库、DEM和遥感影像基础之上的三维可视化平台。一方面充分运用成熟的二维GIS空间分析和集成数学模型能力，使复杂的数学模型能从GIS数据库读取需要的数据参与计算。另一方面，系统充分发挥三维场景的直观形象的环境，真实再现中下游河道三维景观，从而有利于二维与三维的结合，有利于对抽象、复杂的空间分布的理解，为维护健康长江的管理者和技术人员提供可视化的决策支持或规划设计平台。
<P>3.2 与专业数学模型结合
<P>系统和水质扩散模型结合，可用来分析水污染物的扩散时间和方向，并将它们展现在三维河道中，方便决策人员及时决策。
<P>系统能依据取水口和排污口审批标准，科学判定送批的取水口和排污口是否符合水功能区要求，是否能保证用水安全。
<P>与泥沙冲淤模型结合，可定量分析河床中泥沙的冲淤变化，形象直观再现河道泥沙冲淤过程。
<P>系统挂接基于GIS的洪水演进模型，可以在三维景观平台上再现洪水的演进过程，根据洪水的演进过程，制定洪水调度预案，并在系统中演示预案，对于出险的险工险段，可在系统中计算在多长时间内做好防汛物料、人员和机械设备的准备工作，也可查询该工程的抢险预案。
<P>3.3 系统可与其他系统挂接
<P>系统可与其他系统挂接，与其它数据库进行数据交换，为其他数据提供三维展示的平台。如系统能与水位、流量、降雨量等数据库进行连接，在三维场景中更直观形象地显示河流水位、流量及降雨量的变化，也能与目前长江委防汛部门正使用的防汛监视系统进行挂接。
<P>4 结语
<P>长江中下游三维交互式可视化系统采用先进的技术手段，以直观形象的方式理解复杂的水利现象，探索维护健康长江的规律，它的建设不仅有利于水行政管理工作者有效行使水行政管理职能，辅助技术人员规划设计，从而推进长江水利信息化建设，贯彻落实科学发展观，维护健康长江，具有较强的应用价值。 </P>

非常有帮助 谢谢<img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />

不错不错，支持一个

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不错，谢谢！<img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />

<img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />看上去很不错的一个系统，不知道实际应用如何，另Crystal Reports是什么开发工具？