vr-gis技术在城市“数字防洪”中的应用

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1、VR-GIS技术在城市“数字防洪”中的应用第8卷第2期2006年6月地球信息科学GEO—INFORMATIONSCIENCEVo1.8.No.2June.2006VR—GIS技术在城市"数字防洪"中的应用江岩,张尚弘,赵登峰(1哈尔滨工程大学船舶一】:程学院,哈尔滨150001;2清华大学水利系,北京100084)摘要:虚拟现实地理信息系统(VR—GIS)~--门综合虚拟现实和地理信息系统特征的新型技术,以此为基础构建的城市数字防洪系统在防洪决策中发挥了积极的辅助作用.本文以哈尔滨城区段三维数字防洪系统的开发为背景.探讨了VR—GIS应用于城市数字防洪的关键技术及其

2、实现方法.包括防洪三维虚拟场景的构建技术.仿真数据库的建立与联合查询,洪水动态模拟等方面的相关技术和实现方法,为数字防洪系统提供基础研究平台.关键词:VR—GIS;三维仿真;防洪1引言洪水是威胁人类社会生存与发展的主要自然灾害随着社会经济与工程技术的不断发展进步.人们总在探索新的途径来对抗洪灾.从最开始的消极躲避到后来的修建防洪工程.再到现在的发展非工程措施与工程手段相结合.现阶段,各国都在争相研究防洪决策支持系统以辅助工程调度.发挥防洪工程体系的最大效益."数字防洪系统"逐步成为防洪决策的重要工具.城市防洪体系包括堤防工程,抢险物资,防洪通道,疏散道路等,针对这些

3、纷繁复杂的因素进行决策.需要快捷直观的图形分析与模拟系统.当前在水利行业应用技术和功能方面已较为成熟[】】,但以二维的方式表达实际的三维空间.存在许多自身无法克服的缺陷如当前环境因素越来越受到人们的重视.尤其在城市中修建防洪工程.如何既起到防洪功能.又不影响城市总体规划和景观要求,是防洪体系建设中的重要问题之一.需要在维虚拟场景下才能做出科学合理的模拟研究虚拟现实与地理信息系统的融合,包含两者数据,模型和功能的一体化设计近年来受到学术界和信息业界的广泛关注.城市数字防洪系统作为防洪决策支持系统.涉及多个层面,包括模型库,知识化,规则库,方法库等.本文将VR—GIS技

4、术应用于城市数字防洪系统.以哈尔滨市城市防洪虚拟仿真系统的实现过程为例.探讨VR—GIS应用于城市数字防洪的关键技术及其实现方法.为数字防洪系统提供基础的研究平台.2系统总体结构设计数字防洪系统为决策服务.需要在计算机屏幕上虚拟出防洪体系的三维场景.并连接防洪设施属性数据库,实时水情工情数据库等提供直观丰富的信息以辅助决策应用虚拟现实地理信息系统技术构建哈尔滨市的三维防汛平台,具体包括:地形地物三维建模,三维可视化,属性数据库和基础空间数据库的连接,数学模型计算及接口设计等.在系统开发中三维地形和地物建模采用MuhiGen公司的建模软件Creator.实体属性数据库

5、选用MySQL,在维视景开发包OpenGVS基础上用VC编程实现交互性模拟与系统集成系统主要由三部分组成:视景数据库创建模块(Scenecreater),实时视景驱动模块Sceneview)和各应用组件(Component)[~.如图1.本文构建了交互式虚拟防汛系统.在图形工作站,大屏幕投影等硬件设备支持下.实现了哈尔滨主城区场景的计算机三维化.在会商室通过大屏幕就可以看到场景实景情况.并提供相关属性数据的查询和空间位置的定位功能.为防洪提供了直观有效的决策支持.会商室大屏幕显示效果如图2收稿日期:2005—10—11;修回日期:2006一O1—19.作者简介:江岩

6、(1966一),女,哈尔滨工程大学讲师,主要从事大型数据库及数字流域的理论与技术研究工作.2期汀岩等:VR—GIS技术在城市"数字防洪"中的应用?67?图1系统构成框架Fig.1Constructionofsystemframe3防洪虚拟场景的建模图2大屏幕投影式虚拟地理环境Fig.2Virtualenvironmentbasedonbigscreen城市防洪中建筑设施众多.直观的定位观测防洪设施对防洪调度至关重要:同样防洪建筑物的规划设计也需要预先在三维场景下进行模拟比较.以满足城市景观,总体规划布局等各方面的要求.因此采用VR—GIS技术构建三维数字防洪系统.首

7、先需要对现实环境进行地形建模和地物建模地形包括哈尔滨城区和主江道.地物包括沿江主要建筑和防洪大堤,建筑物等建模,建模合适与否将直接影响虚拟场景的可视化效果和系统的运行速度.地形建模过程如下:①建立数字高程模型DEM(1:10000).经数据格式转换后载入建模软件Creator中;②设置地形生成参数,调节用来模拟地形的不规则三角网疏密.并用多重细节(LOD.LevelsofDetails1技术构建不同精度的细节层次.根据人眼观察事物时近处清晰,远处模糊的视觉特点.在虚拟场景中在不同层次问切换:而后把主城区的航空摄影数据载人Creator.匹配到该地区的数字高程模型