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基于三維GIS的長江流域水利綜合站網展示系統的設計與實現分析論

實用文 時間:2021-08-31 手機版

基于三維GIS的長江流域水利綜合站網展示系統的設計與實現分析論

1. 引言

  長江水利委員會不同單位按照相關職能和業務需要,在長江流域設立并管轄著不同類型站網,包括水文、水質、水土保持、水生態監測、科學實驗以及專門為規劃、設計等方面而設立的站點,承擔著水文、水質、水土保持、水生態監測、科學實驗等各方面的水利綜合監測業務。由于長江流域片水利綜合監測站網的布設范圍廣、站點多、測驗項目多、信息量大,傳統的管理方式無法滿足展現與管理需要。為滿足決策者對站網的分布狀況的掌握、對測站基本信息的了解,對站網基本情況的分析和功能的評價,建設長江流域水利綜合站網展示系統以輔助站網綜合規劃和管理是十分必要的。

2. 建設目標及意義

  根據長江流域片流域管理水利綜合監測站網規劃要求,長江流域水利綜合站網展示系統建設的主要目標就是充分利用長江流域地理信息數據、3D 模型數據,并集合長江流域相關業務數據庫,基于計算機技術、數據庫技術和GIS 技術,構建站網管理和展示模型,實現全流域地理資源、水網資源、站網數據的管理以及各類站網信息的動態可視化展示和查詢,及時掌握各類站網信息,為綜合站網的規劃設計、建設運行提供技術支撐。其具體意義主要體現在以下幾個方面:

  1) 通過系統對綜合站網信息進行科學的管理,從而有效避免信息傳遞效率低、信息更新周期長等缺點,實現站網信息管理數字化、查詢可視化、更新迅速化以及信息可擴展化,并為實現優勢互補、資源共享,優化站網功能,避免重復建設提供決策依據。

  2) 通過系統建設,構建一數一源、一點更新的站網基礎信息數據源,并以此為基礎對現有數據組織存儲體系進行升級與完善,與相關業務數據資源進行整合,構建各個數據資源之間關聯關系和層次關系。促進長江流域各類水利信息資源的整合與共享以及綜合利用與服務。

  3) 通過系統建設,將長江流域站網信息與長江流域地理信息相結合,依托三維仿真技術實現可視化管理與服務,并支持與現有防汛抗旱決策支持系統等信息化系統高度集成,為長江流域防汛抗旱、水資源管理、水資源保護、河勢穩定等提供決策支持服務,從而推進了長江水利信息化的整體發展。

3. 需求分析

  根據系統建設目標,并結合長江委信息化建設現狀,長江流域水利綜合站網展示系統要求在對現有全流域地形數據、暈渲圖數據、影像數據,站網數據科學化管理和組織的基礎上,實現長江流域片各類監測站點的可視化展示和查詢,并通過GIS 空間分析功能,提供多種模式的站網規劃分析、計算和統計功能,為站網的綜合規劃和建設管理提供支撐。其主要需求為:

  1) 利用長江流域地形DEM 數據,影像DOM 數據,制作全流域渲染底圖,實現行政區劃數據(省、市界)、地名數據、河流湖泊數據的組織、加載和顯示控制。

  2) 構建長江流域站網信息數據庫,實現站網信息分層、分類標識。并與相關業務數據庫實現數據關聯。

  3) 實現現有的和規劃的各類測站、斷面的組織與管理,以及站網信息的分層、分類展示。

  4) 實現測站站點可視化“捕捉”和站點基本信息查詢和業務數據查詢。

  5) 提供重疊分析,密度分析等多種模式的站網規劃分析、計算和統計功能。

  6) 實現重要站點或水利設施工程的模擬展示,在疊加全江河道地形監測信息的情況下,支持流域內重要站點或水利設施工程的仿真模擬展示。

  7) 支持相關業務的可視化分析計算及決策輔助等功能,如水位流量關系、設計暴雨、設計洪水、徑流年內年際分配及地區組成等,可以為防汛會商、調水調沙等提供可視化決策支撐。

  8) 具備良好的開放性和擴展性,為后期的基于站網分布的GIS 應用開發提供擴展接口。

4. 系統設計

  4.1. 總體架構

  按照建設目標和總體需求,長江流域水利綜合站網展示系統在整合長江流域空間信息、站網信息和業務信息的基礎上,利用三維仿真軟件Gaea Explore 作為GIS 基礎平臺,通過Gaea Explorer 平臺提供的開發包開發客戶端系統,實現站網管理、展示查詢、分析統計等功能,為長江流域基于站網信息資源的信息共享、輔助規劃、決策支持提供可視化技術支撐,系統的總體框架。長江流域水利綜合站網展示系統由三層架構搭建,分別為數據層、服務層和應用層。

  1) 數據層:主要包括三維場景數據、矢量空間數據、站網信息數據以及業務數據資源。其中三維場景數據為DEM 數據、DOM 數據、三維數據等進行融合匹配后形成的三維金字塔瓦片數據庫,采用文件方式存放在服務器端;水網水系、行政區劃數據采用矢量空間數據格式存放在服務器端,通過Gaea Explorer 平臺調用和訪問;站網信息數據是通過對業務數據庫的抽取形成的索引型信息資源,除了存儲測站基本信息外,還存儲了與業務數據資源之間的關聯關系,是站網展示,信息查詢、統計分析的核心信息資源。

  2) 服務層:主要由Gaea Explorer 三維數字地球綜合應用與虛擬仿真平臺提供的各類服務支撐。數據組織管理服務主要用來管理三維場景金字塔結構和矢量數據匹配;數據瓦片服務主要向應用層提供各類數據服務,以便系統方便快捷的訪問和調度;應用功能服務主要提供平臺內置的大量功能,如瀏覽、漫游、量算、放大、縮小、定位等;三維仿真服務主要提供各類動態逼真的三維虛擬現實仿真模擬。

  3) 應用層:為基于Gaea Explorer 三維數字地球綜合應用與虛擬仿真平臺提供的SDK 開發包所搭建的應用功能,通過繼承平臺已有的功能和新開發的各項功能,對外提供良好的站網展示、查詢、統計、符號化及制圖等功能,并通過二次開發實現信息共享、輔助規劃、決策支持等應用服務功能。

  4.2. 技術路線

  系統采用三維仿真軟件Gaea Explore 作為GIS 基礎平臺,基于WebGIS 技術,可在網絡環境下實現海量數據無縫組織、管理和可視化。采用C/S 架構搭建,所有的空間數據、屬性數據、信息資料等存放于服務器端,通過Gaea Explorer 平臺提供的開發包開發客戶端系統,實現在線數據訪問和離線(緩存方式)數據訪問。系統利用網絡計算機技術、空間信息分析技術、數理統計與模擬預測技術、虛擬現實技術等,借助數字化和信息化的手段,最大限度利用信息資源。系統設計開發以數據庫技術、網絡技術和地理信息系統技術為支撐,以空間數據和屬性數據為基礎,通過對空間數據和站網數據的存儲和管理,建立數據管理、站網規劃輔助分析和三維綜合展示為一體的綜合展示系統。在系統研發過程中采用以下總體技術路線和技術模式,使系統更具較好的`實用性、可靠性、安全性和先進性。

  1) 高效利用現代網絡體系,充分適應系統各功能的工作特點,采用C/S 模式建立系統總體構。

  2) 采用模塊化方式進行開發,各模塊只處于低耦合狀態,方便用戶進行功能的擴充與更改,使系統功能實現更具靈活性與可塑性。

  3) 利用空間數據引擎,實現對站網數據和流域地理數據進行多時相數據一體化存儲、管理與調度,實現海量數據的快速查詢、分析與計算。

  4) 利用多種可視化方式實現站網數據的空間、屬性信息聯合展示、查詢和統計。

  5) 采用金字塔數據管理、多維索引機制、虛擬現實(VR)、LOD 分塊調度等技術實現大場景的三維可視化調度,真實再現現實景觀。


本文來源http://www.nvnqwx.com/shiyongwen/2301292.htm
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