淺淡Skyline三維可視化在洪水風險圖中的應用

摘 要：目前廣泛使用的二維靜態洪水風險圖在表示洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍等信息存在一定的局限性，表達方式不夠直觀便捷，特別在時間維度，不能連續展現。通過Skyline三維可視化的運用，能夠動態的展示洪水風險圖的演進過程，以動畫的方式，將洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍等信息直觀顯示出來，提供必要的決策參考。

關鍵詞：洪水風險圖；Skyline；三維可視化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.124

1 洪水風險圖

洪水風險圖是對可能發生的超標準洪水的洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進行預測，以標示洪泛區內各處受洪水災害的危險程度的一種重要的防洪非工程措施[1]。洪水風險圖可以為城鎮規劃、農業布局、防洪指揮方案、水利設施修建等提供重要的決策參考。

2 技術方法

（1）Skyline三維可視化。三維可視化技術是目前計算機信息技術的一個快速發展研究方向，三維展示符合用戶獲取復雜信息的處理過程，即首先通過視覺效果來對信息進行直觀獲取及判斷。傳統簡單的紙質二維洪水風險圖已不能完全滿足用戶的需要，將城市、山地、水庫、河流等元素，顯示在直觀的三維地圖場景中，以動畫方式，疊加DEM高程模型，讓用戶獲取信息更直觀。三維地圖能夠為政府宏觀決策、防汛抗旱、城市規劃等提供更精確的決策服務。

Skyline三維套件是基于GIS、RS、GPS以及虛擬現實技術的三維可視化地理信息系統。能夠利用數字正射影像圖、DEM、矢量數據、瓦片數據、空間模型和屬性數據等作為信息源，創建可交互式的三維可視化地圖。具備迅速創建、編輯、瀏覽、處理和分析真實世界中的地形地貌，進行三維地表模擬、建筑物景觀呈現等功能，并且支持現有的關系型大型數據庫和實時信息通訊，同時提供二次開發接口，能通過C#、JAVA等編譯型語言定制用戶更為復雜的需求。

（2）遙感技術。遙感影像包含豐富的地形地貌信息，是建設三維洪水風險圖系統的主要數據源之一。但在使用前需采用多種影像處理技術，如圖像增強、影像糾正、影像配準與影像融合等操作，處理成可供使用的基礎圖層。

（3）系統集成。三維洪水風險圖系統使用大量不同結構、不同格式的數據，包括衛星影像圖、DEM數據、矢量格式數據、文本屬性數據、洪水數據等，采用了ArcGloble、SkyLine三維套件、SQL Server數據庫以及MIKE等專業的洪水演進軟件等多種軟件平臺。為了達到統一的效果，需采用數據適配轉換技術，包括數據集成技術和多軟件應用集成技術等。

3 三維場景展示

（1）分層展示。三維洪水風險圖系統要求展示豐富的基礎地理信息以及動態展現洪水演進的過程。為了達到更好的展示效果，需要對這些信息進行分類和分級。將基礎地理信息作為底圖，在底圖上進一步分層疊加水利工程數據、洪水數據，按洪水演進的過程，從潰壩源頭開始，逐漸展示，逐級推進。也可以根據不同應用和需求，從局部區域開始，在不同級別之間進行切換展示。

（2）自動切換。根據不同的視野范圍、不同的水利工況以及不同比例尺的三維洪水風險圖場景，展示的信息及內容不同，系統可根據用戶需求及視角體驗，自動在不同場景之間進行切換。如從全局場景開始，演進到具體水利工況時，切換到具體場景。

（3）自動飛行。為了便于展示三維場景及洪水演進過程，三維洪水風險圖系統還提供了自動飛行功能，可沿洪水演進預定的路線，以適合的角度和高度飛行，并可適時調整俯視角和飛行高度，方便決策者通過各種角度進行查看洪水的演進變化及造成的損失情況。

4 功能概述

三維洪水風險圖系統是基于Skyline三維套件進行二次開發的軟件，包括對象查看、場景操作、信息查詢、動態展示洪水淹沒過程、災情信息顯示等功能。

（1）對象查看。系統具備查詢和定位對象的功能，方式有兩種：

1）屏幕直接定位到所選擇的對象上，這種定位方式的優點是迅速快捷、操作方便，缺點是視野轉換過快，且不能了解對象在防汛區域的宏觀位置；2）從當前位置通過縮放和顯示范圍的移動將視野平滑移動到所查詢的對象，這種定位方式的優點是移動平滑，可以清晰地反應出對象防汛區域內的具體方位，缺點是因帶有動畫效果，所需時間稍長。

（2）場景操作。“場景操作”包含了操作場景的基本工具。包括 “飛行”、“移動”、“縮放”、“中心定位”、“目標放大”、“視圖切換”、“全景圖”、“場景切換”、“要素選擇”場景操作工具。

（3）動態展示洪水淹沒過程。系統可根據預先計算的洪水淹沒數據，以三維動畫的方式，按時間幀順序，動態展現淹沒動畫。同時，通過時間維度，顯示出各階段的演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍。

（4）信息查詢。信息查詢是三維洪水風險圖系統中不可或缺的功能，在任何時刻，均可通過鼠標或鍵盤查詢必要的信息，包括：

高程查詢：查詢各點的高程和經緯度信息。

點圖查詢：實現的是對地理對象的查詢。如果點中的對象有系統內置的詳細信息，會彈出關于對象的介紹信息界面，如果沒有系統內制的詳細信息，會彈出基本屬性信息窗口來顯示點中對象在圖層屬性表中的信息。

（5）災情信息顯示。系統根據洪水淹沒情況，洪水演進區域的水深、范圍及路線，實時計算所涉及范圍內的社會經濟信息，判斷可能受災的情況，顯示出對應的經濟、房屋、農業、人口等要素會受到的傷害程度，使用戶能全面清晰地了解各行政單元或者所關心區域的災害狀況，作出必要的決策。

5 對防汛的指導作用

三維洪水風險圖可視化的方式能直觀地了解災害發生區域的破壞范圍，輔助汛期專家及相關部門進行防災減災的宏觀決策。

系統可以查詢防洪工程相關基礎資料，實時水情進行三維可視化分析、評價，為防災工程調度，為會商決策及區域綜合減災決策提供依據。

參考文獻：

[1]lyjmxx.洪水風險圖[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/洪水風險圖/8203132，2016-03-26/2018-06-22.

作者簡介：晏偉（1985-），男，湖北武漢人，本科，助教，研究方向：GIS在洪水預報中的應用。