TITAN 3D Geo-view在水利水電信息工程中的應(yīng)用

趙亭

（華北水利水電學(xué)院水利職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450008）

一、TITAN3DGeo-view特點(diǎn)簡(jiǎn)介

三維可視化地學(xué)信息系統(tǒng) (TITAN 3D Geo-view)是我國(guó)第一個(gè)三維可視化的大型地學(xué)信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)，是"數(shù)字國(guó)土"建設(shè)和國(guó)土資源管理信息化的有效工具，可以針對(duì)不同用戶的特點(diǎn)抽取其中的一些組件，構(gòu)成系列的應(yīng)用系統(tǒng);也可以根據(jù)用戶的特殊需求，在核心模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充開發(fā)，形成專門的應(yīng)用系統(tǒng)。TITAN3DGeo-view是一種建立于基層單位(數(shù)據(jù)采集點(diǎn))、可對(duì)各種地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存貯、管理、處理和使用的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)和綜合性技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下顯著特點(diǎn)：(1)以強(qiáng)大的主題數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，技術(shù)方法與應(yīng)用模型的層疊式復(fù)合。(2)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、具有 "多 S(DBS、CIS、RS、GPS、CADS 和ES，等等)"結(jié)合與集成特征。(3)采用行業(yè)或部門統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、標(biāo)準(zhǔn)的代碼體系、規(guī)范的圖式圖例、約定的處理方式和通用的軟件接口，有較高專業(yè)化特點(diǎn)。

二、TITAN3DGeo-view的研究應(yīng)用

到目前為止，國(guó)內(nèi)外研究三維可視化地學(xué)信息的軟件已經(jīng)很多，但對(duì)于它的研究應(yīng)用，歸納概括起來(lái)有兩種情況。一是利用TITAN 3D Geo-view系統(tǒng)來(lái)處理用戶的數(shù)據(jù);二是在TITAN 3D Geo-view的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫(kù)二次開發(fā)出用戶的專用的三維可視化地學(xué)信息系統(tǒng)軟件。目前已成功地應(yīng)用到了包括水利、水電、地下管線、災(zāi)害防治防御、地下洞室、礦山開發(fā)等項(xiàng)工程的地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)施工信息;可為城鄉(xiāng)建設(shè)、礦產(chǎn)開發(fā)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的工程選址、地質(zhì)勘探、災(zāi)害防治、計(jì)劃管理和規(guī)劃決策服務(wù)。其產(chǎn)品類型主要包括【1]:(1)三維城市地質(zhì)與地下水資源管理信息系統(tǒng)，(2)三維地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與工程勘察、設(shè)計(jì)系統(tǒng)，(3)三維礦產(chǎn)勘查與礦山設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)。這些應(yīng)用系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、快速、動(dòng)態(tài)地獲取、管理和處理礦產(chǎn)資源、水利、水電、公路、鐵路、隧道、橋梁、地鐵、防空設(shè)施等地質(zhì)勘查、開發(fā)和設(shè)計(jì)施工信息，可應(yīng)用于城鄉(xiāng)建設(shè)、計(jì)劃管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地震區(qū)劃、'災(zāi)害防治和規(guī)劃決策等方面。

三、TITAN3DGeo-view在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用

將TITAN 3D Geo-view應(yīng)用于水利水電工程建設(shè)，以信息的數(shù)字化、直觀化、可視化為出發(fā)點(diǎn)，可以將復(fù)雜施工過(guò)程用圖像形象地描繪出來(lái)，為全面、準(zhǔn)確、快速地分析掌握工程施工全過(guò)程提供有力的分析工具，實(shí)現(xiàn)工程信息的高效應(yīng)用與科學(xué)管理，以及設(shè)計(jì)成果的可視化表達(dá)，進(jìn)而為決策與設(shè)計(jì)人員提供直觀形象的信息支持。這給施工組織設(shè)計(jì)與決策提供了一個(gè)科學(xué)簡(jiǎn)便、形象直觀的可視化分析手段，有助于推動(dòng)水利水電設(shè)計(jì)工作的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，極大地提高丁程設(shè)計(jì)與管理的現(xiàn)代化水平，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)界的"設(shè)計(jì)革命"。

1.TITAN 3D Geo-view三維建模功能的應(yīng)用

地質(zhì)體三維數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是一系列地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，其中包括地質(zhì)測(cè)繪中的各種點(diǎn)狀數(shù)據(jù)，還包括槽探、平硐、豎井和鉆孔等線狀數(shù)據(jù)，還有地質(zhì)構(gòu)造圖、地質(zhì)剖面圖等平面數(shù)據(jù)。只有經(jīng)過(guò)插值模擬，使一維、二維數(shù)據(jù)三維化后才具有三維特征。因此，我們既不能將這些數(shù)據(jù)作為簡(jiǎn)單的一維、二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)處理，又不能直接進(jìn)行三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。需要尋求一種具有層次結(jié)構(gòu)的、既能描述線和面又能描述體，而且在線一面和面一體轉(zhuǎn)化之后，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以保持的方法。相比之下，邊界代替 (B-Rep:Boundary Replacement)模型較為合適。該模型采用實(shí)體的邊界來(lái)代替實(shí)體，并且通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系來(lái)建立各邊界的聯(lián)系?？臻g對(duì)象通?？梢苑纸鉃?類元素的集合，即點(diǎn)、線、面和體，每一類元素由幾何數(shù)據(jù)、類型標(biāo)志及相互之間的拓?fù)潢P(guān)系組成。三維實(shí)體用它的邊界來(lái)表示，并通過(guò)空間拓?fù)潢P(guān)系來(lái)建立各邊界的聯(lián)系，既有利于實(shí)體的各種空間位置和拓?fù)潢P(guān)系的保持，也有利于進(jìn)一步對(duì)三維地質(zhì)體模型進(jìn)行矢量剪切及動(dòng)態(tài)演化模擬。采用B-Rep模型方法進(jìn)行人機(jī)交互建模的流程。

2.TITAN 3D Geo-view輔助設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的應(yīng)用

針對(duì)三維編輯的復(fù)雜性，將三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的交互編輯轉(zhuǎn)換到TITAN 3D Geo-view的二維編輯子系統(tǒng)中，采用的方式包括：(1)直接編輯地質(zhì)構(gòu)造圖或者地質(zhì)剖面圖;(2)建立輔助剖面。直接編輯地質(zhì)構(gòu)造圖或者地質(zhì)剖面圖的數(shù)據(jù)主要來(lái)自原始的槽探、平硐、豎井和鉆孔等。作為原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，也可以通過(guò)三維系統(tǒng)提供的外部接口，將其他格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)人到本系統(tǒng)中，例如DXF，3D，WAL,WAP,WAT,DEM,3DV,BMP,SHP,CRD，CEX 等格式數(shù)據(jù)。同時(shí)提供了對(duì)外接口，導(dǎo)出系統(tǒng)供其他軟件應(yīng)用。輔助剖面功能提供用戶在當(dāng)前模型下切割剖面，形成當(dāng)前模型中設(shè)定位置的剖面，進(jìn)入二維子系統(tǒng)中根據(jù)地質(zhì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)剖面進(jìn)行編輯修正，使地質(zhì)剖面符合當(dāng)前區(qū)域的地質(zhì)情況，編輯完成后，將編輯后的剖面信息轉(zhuǎn)移到三維系統(tǒng)中，參與建模。

四、展望

TITAN3DGeo-view本身在不斷發(fā)展，它在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用亦需不斷發(fā)展。應(yīng)用的發(fā)展不僅要與TITAN3DGeo-view本身的發(fā)展相結(jié)合，還要與水利水電工程專業(yè)相結(jié)合。在水利水電工程未來(lái)的建設(shè)中，TITAN 3D Geo-view與其他技術(shù)的結(jié)合將更加緊密，應(yīng)用更加廣泛。???水利水電工程布置方案的可視化的要求已不局限在單純的表現(xiàn)上。對(duì)于布置方案交互式修改，組件式TITAN3DGeo-view(ComTITAN3D Geo-view)也是重要的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)之一。

結(jié)語(yǔ)

TITAN 3D Geo-view強(qiáng)大的空間分析功能和圖形顯示功能為工程設(shè)計(jì)和研究成果的可視化表達(dá)提供了有力的現(xiàn)代化手段。但是，TITAN 3D Geo-view應(yīng)用到水利水電工程建設(shè)中還有許多不盡如人意的地方，如數(shù)據(jù)庫(kù)建模的應(yīng)用相對(duì)還比較薄弱等，可通過(guò)與不同技術(shù)之間的融合來(lái)克服。隨著Ger,View應(yīng)用的深入研究，單一的TITAN 3D Geo-view應(yīng)用系統(tǒng)所存在的缺陷和不足將被逐步解決和弱化。融合各種技術(shù)手段成為TITAN 3D Geo-view應(yīng)用的明朗趨勢(shì)，不管是與仿真技術(shù)結(jié)合，抑或是在3S、4S、多S的集成概念中，所體現(xiàn)的都是一種多個(gè)系統(tǒng)、多種技術(shù)集成的思想，這同時(shí)也將促進(jìn)TITAN 3D Geo-view的更深入應(yīng)用。隨著大型水利水電工程信息管理的實(shí)時(shí)、快速化要求，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡乩硇畔⑾到y(tǒng)應(yīng)用成為將來(lái).TITAN 3DGeo-view與工程結(jié)合應(yīng)用研究的方向。總之，應(yīng)將TITAN 3D Geo-view與其他可以結(jié)合的技術(shù)集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合地為水利水電]二程建設(shè)服務(wù)。

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