三维视景平台在黄河下游河道整治规划中的应用研究..docVIP

三维视景平台在黄河下游河道整治规划中的应用研究 450003 摘 要：本文通过对“数字黄河”的三维视景平台－“黄河下游交互式三维视景系统”在“黄河下游游荡性河段河道河势演变及整治方案研究”中应用情况的介绍，提供了一种三维视景平台在黄河下游河道整治规划中的应用思路和方向。 “黄河下游交互式三维视景系统”是“数字黄河”工程的基础设施，它将整个黄河下游装入了计算机，在计算机中建立了与现实黄河下游相对应的虚拟对照体，从而为在计算机中进行黄河下游治理方案研究提供了一个基于GIS的三维视景平台，在其上可以挂接任何基于GIS的数学模型及应用分析结果，为黄河下游治理方案的比选提供形象、直观的三维可视化支持。“黄河下游交互式三维视景系统”所建设的与现实黄河下游一一对应的数字河道、防洪工程等为黄河下游河道整治规划提供了三维可视化的决策支持平台。 1 黄河下游河道概况及整治 黄河下游属游荡性河道，白鹤至高村河段河道比降在1.70～2.650/000之间，河床断面宽度达1.5～3.5km。天然情况下河道内沙洲密布，水流分散，汊流丛生，有时多达4～5股。自上个世纪60年代末开展游荡性河段河道整治以来，陆续修建了一些河道整治工程，“宽、浅、乱”的河槽形态有所改善，河道整治工程控制较好的河段河势比较稳定，主溜基本为单股，但河道整治工程控制较弱的河段，常出现二、三股河，仍具有“宽、浅、乱”的基本特点。从整体看，黄河下游白鹤至高村河段游荡多变的特性基本没有改变。 河道整治是一项十分复杂的系统工程，影响因素众多，涉及面广，特别是游荡性河段问题更为复杂。河道整治必须做到上下游、左右岸统筹考虑，兼顾防洪与护滩保村、两岸供水及经济社会发展的需求等问题。要充分利用高速发展的现代化科技，利用科学的思想和方法，进行黄河下游游荡性河道的整治规划与研究工作。黄河水利委员会李国英主任曾在其所著《治理黄河－思辨与践行》一书中指出：河道整治“要充分利用数学模型和实体模型两大手段，建立数学模型分析、实体模型试验和河道整治方案制订与实施等三个步骤联合运用的科学途径，即第一步，利用数学模型对多个河道整治方案进行计算机模拟，经分析计算提出若干可能方案；第二步，利用实体模型对数学模型提出的可能方案进行试验，经论证比选，提出可行方案；第三步，将实体模型试验提出的可行方案布置到原型河道上，经过原型实践，逐步调整、稳定。” 2　黄河下游交互式三维视景系统 “黄河下游交互式三维视景系统”利用地理信息系统、遥感、三维建模、虚拟现实等先进技术，把黄河下游直观、形象、系统地装进了计算机。系统以真实地理坐标进行位置控制，对黄河下游地形、河道、小浪底水利枢纽、临黄大堤、险工、控导工程、各类涵闸、桥梁、河务局、防汛仓库、村庄等进行了逼真的三维表现，在计算机中建立了整个黄河下游三维视景平台。在系统提供的三维虚拟环境下，远可以从宏观上研究考察整个黄河下游工程的整体布局，直观了解每处工程的作用及各个工程之间、上下游左右岸之间的相互关系；近可以对某处工程进行全方位、交互式地控制浏览察看，系统了解工程的建设运行情况。同时与工程属性信息建立联系，可查询工程地物详细的属性信息。系统灵活方便的交互控制浏览方式，以及突破现场查勘视觉限制的场景表现方式，可以使用户从宏观到微观全面系统考察研究整个黄河下游，可提供比二维系统更为强大的信息支持。同时系统提供的河道断面分析功能、基于三维场景的地形断面绘制功能、面积量算功能、距离测量功能为认识研究黄河下游提供了必要的技术手段。通过该平台可以快速认识、了解、研究整个黄河下游，为黄河下游的治理开发提供一个全面、系统、可视化的研究分析环境。“黄河下游交互式三维视景系统”总控界面见图1所示。 图1 黄河下游交互式三维视景系统总控界面 黄河下游交互式三维视景平台是整个黄河下游的虚拟对照体，地形要素与现实黄河下游地形保持一致，工程、地物与现实黄河下游一一对应，基于地理坐标控制的三维场景可以方便的与基于GIS的数学模型相结合，从而形成一个模拟研究黄河下游河道规律的模拟试验平台。在系统提供的三维虚拟平台上可以直观系统地察看黄河下游河段河势及工程的总体布局，可以看到哪些河段工程布点不足，或是已建工程不够完善。通过卫星影像的动态更新可以掌握河势的演变规律，发现河势频繁上提下挫不能得到很好控制时，通过本系统可直接对工程的节点布置、工程上延下续进行规划。“黄河下游交互式三维视景系统”为黄河下游河道整治规划提供了一个三维可视化的决策支持平台。 3 　三维视景平台在黄河下游游荡性河道河势演变及整治方案研究中的应用思考 “黄河下游游荡性河段河道河势演变及整治方案研究”从河势演变规律入手，在河弯流路方程、整治方案、工程布局等方面开展了较为系统的研究，提出较为优化的河道整治方案。研究中认真分析了小浪底水库建成后进入