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對水利水電工程而言，施工場地總布置就是對其施工期間的空間規(guī)劃，它要考慮場地的地形、地貌、地質(zhì)、氣象、水文、永久建筑物等多種因素。傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場總布置立足于對靜態(tài)平面或二維圖像的演示上，反映效果較為片面，不能為施工創(chuàng)造良好的設(shè)計演算環(huán)境。如果采用三維形式表達(dá)，使工程施工場地空間成為一個動態(tài)化立體可變化過程，就能較為直觀和形象的看清施工進(jìn)程，這對工程項目本身的設(shè)計與施工開展來說都是有益的。本文所要提到的基于GIS 的可視化動態(tài)演示系統(tǒng)就能做到這一點。

1 基于GIS 的可視化技術(shù)

基于GIS 的可視化動態(tài)演示系統(tǒng)實質(zhì)上就是一套成熟的建模系統(tǒng)，在水利水電工程中，這樣的一套可視化動態(tài)演示系統(tǒng)能夠充分考慮到對施工場地對象的自然分割，它讓每一個施工對象都具有自己的狀態(tài)、功能和屬性，而且它所創(chuàng)造的可視化模型思維方式更接近于人類的常規(guī)思維，同時也能考慮到系統(tǒng)的可分性和層次性?；谶@種思想下的工程施工場地總布置具有繼承性和多態(tài)性，而且系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可修改性也具有一定的質(zhì)量，所以基于GIS 技術(shù)的可視化動態(tài)演示系統(tǒng)是立體化、全面化、多元化的，這對于加速工程項目的順利推進(jìn)具有不可取代的重要作用。

具體來說，基于GIS 技術(shù)的可視化動態(tài)演示系統(tǒng)就是一種對三維可視化的抽象表達(dá)，它實現(xiàn)了從形體數(shù)據(jù)上的三維圖形轉(zhuǎn)換。所以可以將GIS 可視化動態(tài)演示系統(tǒng)分為三個子過程。

從GIS 三維可視化過程中總結(jié)三個要點，其一，對數(shù)據(jù)的處理過程。三維可視化過程所主要完成的任務(wù)就是對數(shù)據(jù)的過濾，它讓項目中所涉及到的原始數(shù)據(jù)(如水電水利工程中的CAD 數(shù)據(jù))得到進(jìn)一步的精細(xì)化，最終轉(zhuǎn)化為適合于后續(xù)可視化操作的任意形態(tài)，形態(tài)的轉(zhuǎn)化由操作人員決定，比如網(wǎng)格化、梯度計算和插值等數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化等等。

其二，可視化映射?？梢暬成涫钦麄€過程中的關(guān)鍵，它能將過濾后的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為抽象的可視化對象(Abstract Visualization Object，AVO)，可視化對象AVO 可以描述處于某目標(biāo)空間內(nèi)的所有對象，它的屬性眾多，對時間、透明度、光照、反射系數(shù)、顏色、紋理、肌理等等都有涉獵。

其三，三維演示。這是可視化動態(tài)演示系統(tǒng)的最終表現(xiàn)過程，AVO可以進(jìn)行三維形態(tài)的轉(zhuǎn)換，然后顯示于屏幕坐標(biāo)系中。這時利用光照模型和面繪制算法的專業(yè)技術(shù)就能消除演示畫面中的隱藏線面等等，再借助計算機光照強度為物體設(shè)計投影角度，最后就能生成所要演示的立體化的、形象生動的三維圖像［1］。

2 M 水電站水利水電工程施工場地總布置的可視化動態(tài)建模

M 水電站在水利水電工程施工場地總布置就采用了基于GIS 的可視化動態(tài)演示系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)在開發(fā)周期和空間信息收集及處理方面都有較強優(yōu)勢，所以它比較適合于M 水電站水利水電工程中較為復(fù)雜的場地布置。

考慮到M 水電站整體地形復(fù)雜，所以首先要圍繞其建立施工場地地表的數(shù)字地形模型DTM(Digital Terrain Model)，它應(yīng)該是該工程場地施工總布置的三維建?；A(chǔ)，其后的大壩、圍堰、地下洞室、交通道路可視化建模都要基于它來展開，它也為后續(xù)的工程地形填挖創(chuàng)造了有利條件。

在對M 水電站的施工場地進(jìn)行地形高線數(shù)據(jù)測量后，將數(shù)據(jù)經(jīng)過GIS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可識別的文件格式，例如AutoCAD 中的dwg、dxf 格式，然后調(diào)查高線數(shù)據(jù)中高程屬性的elevation 值，確保系統(tǒng)運行速度的同時也保證可視化效果。本工程操作環(huán)節(jié)要考慮到施工主要場地是河床地帶，所以要把握好建筑物與地形之間的空間匹配過程，初步取20～30m 間隔的等高線，劃定中心區(qū)域。再取10m 間隔的等高線，用來布置如砂石料場、渣場、交通道路等等具有附屬屬性的臨時性建筑。

在M 水電站工程中，采用了不規(guī)則三角網(wǎng)格模型TIN 來輔助場地地表可視化建模。TIN 模型所設(shè)置的地形點位比較分散，但是它會按照一定規(guī)則來設(shè)置三角形網(wǎng)，且能充分表現(xiàn)地形高程的變化，對于地形較為復(fù)雜的M 水電站非常適合。通過TIN 網(wǎng)格模型生成M 水電站的地表DTM，然后經(jīng)GIS 系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換格式存儲，生成了三角網(wǎng)格平面的xy 坐標(biāo)文件、高程z 坐標(biāo)文件、三角網(wǎng)格節(jié)點信息文件以及空間索引表示文件等等［2］。

3 M 水電站施工場地總布置可視化動態(tài)演示的實現(xiàn)

在進(jìn)行過大壩、圍堰、交通通路、地下洞室、水面水流等多項建模過程后就可以試試場地總布置的可視化仿真動態(tài)演示。

在進(jìn)行可視化動態(tài)演示之前，應(yīng)該先將施工場地總布置中的地形數(shù)據(jù)、場地施工相關(guān)數(shù)據(jù)和開挖數(shù)據(jù)數(shù)字化，然后才能建立基于三維可視化的動態(tài)數(shù)字模型，完善系統(tǒng)演示過程。另外，也要考慮到施工總布置的三維動態(tài)圖仿真系統(tǒng)效果，所以本工程采用到了時間步長推進(jìn)法，該方法可以將規(guī)定單位時間作為增量，并按照時間推進(jìn)來有計劃的實現(xiàn)在動態(tài)演示系統(tǒng)中狀態(tài)活動優(yōu)先模擬。它的操作過程為:選取總布置系統(tǒng)初始狀態(tài)——實施推進(jìn)時間步長——分析所組成子系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)——更新狀態(tài)——利用三維圖像顯示系統(tǒng)狀態(tài)面貌——判斷仿真效果并演示。

本工程基于GIS 施工場地總布置來進(jìn)行動態(tài)可視化仿真演示，主要依據(jù)對任意時間的施工面貌再現(xiàn)而實現(xiàn)演示過程。由于動態(tài)仿真演示涉及到含有時間字段的屬性數(shù)據(jù)，首先將M 水電站施工總布置系統(tǒng)中的動態(tài)變化子系統(tǒng)設(shè)計為i，任意時刻為t，而面貌為vi(t)，所以就可得到施工總布置系統(tǒng)t 時刻的整體面貌應(yīng)該為:

此處設(shè)置n 為施工的總布置子系統(tǒng)數(shù)目，可以將M 水電站工程項目中的其他環(huán)節(jié)劃分為子系統(tǒng)，以X、Y、Z 作為實體空間的坐標(biāo)變量來展示這些子系統(tǒng)，所以該項目的整體面貌就應(yīng)該為:

如上式所示，因為M 水電站工程工期長為100 個月，如果將圖形仿真時間步長取10 個月，那么施工場地總布置t 時刻的場地面貌就可以存儲到圖形庫中，作為備用比較數(shù)據(jù)而建立。所以可視化動態(tài)演示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)應(yīng)該是隨著空間坐標(biāo)不斷更新和變化的變量賦值，長時間的圖形字段值及屬性更新，就形成了M 水電站施工項目過程的動態(tài)可視化仿真演示體系［3］。

4 總結(jié)

在水利水電工程施工現(xiàn)場總布置實施GIS 三維可視化技術(shù)對施工進(jìn)程的快速推進(jìn)具有良性作用，它可以讓技術(shù)團隊和施工人員較為直觀的看到施工全過程，并通過建模的動態(tài)演示來總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗，規(guī)避操作方面可能出現(xiàn)的誤差，獲取全面有效的工程信息，所以該技術(shù)應(yīng)該成為現(xiàn)代化工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)。

［1］尹習(xí)雙，周宜紅，胡志根等.基于虛擬現(xiàn)實的水電工程施工動態(tài)可視化仿真研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2005，17(7):1690-1693.

［2］鐘登華，熊小平，馮志軍等.水利水電工程施工場地總布置可視化動態(tài)演示系統(tǒng)研究［J］.水利水電技術(shù)，2001，32(12):29-31.

［3］郭享.小灣水電站施工總布置三維可視化建模與分析研究［D］.天津大學(xué)，2005.18-22.