基于GIS水电工程施工动态可视化仿真方法及应用.pdfVIP

水 利 学 报 2003 年07 月 SHUILI XUEBAO 第7 期 文章编号：0559-9350 (2003) 07-0101-06 基于 GIS 的水电工程施工动态可视化仿真方法及其应用 1 1 2 钟登华 ，刘东海 ，郑家祥 (1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072；2.国家电力公司成都勘测设计研究院，四川 成都 610072) 摘要：提出了基于地理信息系统(GIS)的水电工程施工三维动态可视化仿真方法，包括仿真建模可视化、仿真计算过 程可视化及仿真结果可视化，并以混凝土坝施工仿真为例，进行了实例研究，为制定合理的大坝施工组织计划提供 了科学依据。 关键词：可视化仿真；水电工程；地理信息系统(GIS)；三维动态；混凝土坝施工 中图分类号：TU94；TP391.9 文献标识码：A 随着计算机软、硬件技术的发展，计算机仿真技术出现了从数值仿真向可视化仿真发展的趋势［1～2］。 可视化仿真实现仿真计算输入过程和计算过程的拟人化和形象化，从而使研究人员能以更直观和客观的方 式发现隐藏在数据中的科学规律，它包括了三个重要环节，即仿真建模可视化、仿真计算过程可视化及仿 真结果可视化［3］。将仿真过程中所涉及的数据及信息转化为图形或图像的技术是可视化仿真的核心技术之 一。但是，目前将三维或多维动态数据转化为可显示的逼真图形，并非易事。尤其是对于水电工程施工领 域的动态仿真，其仿真中不仅涉及不规则地表地形及带有时间特征的三维空间数据，而且尚需描述工程实 体间复杂的动态时空逻辑关系，因此实现这些信息的直观表达与显示，更为困难。作者将地理信息系统 (Geographic Information System, GIS) ［4］技术应用于工程系统可视化仿真，提出了基于GIS 的水电工程 施工三维动态可视化仿真方法，为简化仿真建模及实现复杂工程施工仿真过程的可视化开创了一条新的途 径。近年来随着计算机和系统仿真技术的迅速发展，使得在计算机上进行混凝土坝施工动态过程的仿真试 验及分析成为可能［5～6］。但是，目前的研究很大程度上仅停留在对施工动态过程的仿真计算实现上，而很 少考虑仿真建模过程的简化及仿真计算过程的直观表达。运用作者提出的方法，对混凝土坝施工过程进行 了仿真，不仅实现了不同施工方案下各项定量指标的预测及比较，而且可逼真形象地描述混凝土坝施工系 统内复杂的时空关系，从而为大坝施工组织设计与管理提供了一个交互的可视化分析手段。 1 GIS 与可视化仿真环境的集成 1.1 以GIS 为核心的可视化仿真系统开发模式 GIS 与系统仿真的结合可发生在原始数据采集及仿真 计算数据的可视化表达这两个阶段。一般两者的结合有两种方式：一种称为融合式(Melting Pot)［8］，这 种集成方式尽管两者间数据传递方便高效，操作简便，但开发费用高，开发周期长；另一种集成方式是通 过建立两者的扩展模块来实现彼此间数据相互交换和信息共享，此方式开发简便、费用低廉，而且由于两 者的相对独立性及可扩散性，便于系统的维护及进一步开发。文中采用后一种方式，图1 表示的是以GIS 为核心的可视化仿真系统(VSS)开发模式。其中，图形库及其管理系统(GDBMS)和属性数据库及其管理系统 (ADBMS)是由GIS 软件系统开发的，模型库及其管理系统(MBMS)由GIS 软件系统和其它软件系统共同开发 及管理，方法库系统(MBS)主要由其它软件系统独立开发。不同平台间可通过Windows 的DDE 技术和调用 收稿日期：2001-11-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目；教育部高等学校骨干教师资助计划资助项目 作者简介：钟登华(1963-)，江西赣洲人，男，教授，研究方向为工程系统仿真与优化决策。 101 水 利 学 报 2003 年07 月 SHUILI XUEBAO 第7 期 动态连接库，或数据文件扩展接口，使应用模型与GIS 系统之间实现彼