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摘 要:近年来3S技术在水利现代化中应用越来越广,本文就如何运用3S技术手段,对水利工程建设实行科学的管理进行了粗略的探讨。
关键词:3S技术 水利工程建设管理 可行性 测绘手段采集信息 仿真技术 数字化管理
中图分类号:TV221.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0204-01
3S技术是遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的统称,是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。随着3S技术的不断发展,3S一体化技术在水利数字信息化中越来越显现出其至关重要的地位。
1 运用3S技术进行水利工程建设管理的可行性
随着国家未来发展的需要,我国的水利工程建设也进入了一个高速发展阶段。高效的信息采集、科学的分析决策是现代水利工程建设管理的必然趋势,这是3S技术在水利建设管理中能充分发挥优势的前提条件。计算机技术的飞速进步,为3S技术在水利工程建设管理上的运用奠定了坚实的基础。
水利工程建设管理具有时效性强、信息量大,多为动态监测、过程监测的特点。同时,对工程建设信息数据需要进行深层次的分析,为管理层提供科学的计算结果和决策依据。而实时的三维3S系统就能满足这些需求,并且更为直观。
2 利用3S技术测绘手段进行数据信息采集处理
由于GPS定位系统具有定位精度高,实时定位速度快,提供三维坐标,操作简便,全天候作业及全球地面连续覆盖等特点,在测绘上首先得到了广泛的应用。
实时动态(RTK)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式。RTK测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度、快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速的进行施工放样。
正是因为这些新技术的运用淘汰了常规的导线控制测量的方式、施工放样的高程测量方法,同时也为水利工程数字化管理奠定了数据信息采集的基础。
3S技术的结合,取长补短,三者之间的相互作用行成了信息采集、处理的框架。将地形原始数据输入到GIS系统,经过数据过滤后转化为三维矢量数据,进而生成三维地面模型DTM(利用内插手段,可以生成更高精度的DTM)。通过生成的数字地形模型,与虚拟技术形成的建筑物叠加整合,可以实现整个工程布置的动态可视化。
3 与仿真技术相结合实现水利工程建设数字化管理
在项目实施管理阶段,为了及时了解项目的实施进展情况,防患于未然,把3S技术作为一种高效的信息采集、处理、分析手段,把水利工程的设计、管理主要涉及到设计工作过程、相互之间的关系和结果,通过的计算机平台及辅助设备以可视化的形式展现出来,达到虚拟设计、虚拟制造的目的。
实现水利工程建设数字化管理的基础是建立一个统一的数据库,包括地质地形的空间数据、水工建筑物(大坝、厂房等)的三维实体数据、施工计划组织的实时数据以及真实条件下的计算机仿真和实时监测数据等。在统一的数据库平台之上,任何修改都将及时地反馈给整个工程的相关部门和人员,并及时地通过三维图形的方式展现出来。下面我就水利工程建设管理中常见的几个课题方案进行探讨,仅供大家参考。
在地质勘探方面:可以利用航拍、地质钻探,结合3s技术得到的地形、地质数据,直接生成地形的三维模型包括地下三维地质情况的分布,便于直接了解复杂的地质构造情况,方便地进行地形模型的建立,作为水利枢纽建筑物、引水工程管线等设计的原始依据。
工程进度、质量等多方面的控制:在三维地形表述的基础上,建立水利水电工程的全三维模型,使水工建筑物、机电设备等与地形数据完全相关,从而构成一个复杂的水利工程建设管理系统,真实反映工程建成以后的面貌。再将实时采集的数据信息进行处理,形成实时的工程三维模型,与之前建立的全三维模型进行比对分析,动态展示水利工程施工全过程,得出详细的施工强度、施工顺序和施工质量等重要指标。使工程的项目管理做到实时控制与动态管理,以便科学指导工程施工,辅助业主和监理工程师进行有效的决策。从而实现进度、质量等多方面的控制管理。
设计方案选择及设计变更:建立的三维模型还能够输出到有限元分析软件中,进行结构强度的预测。三维模型不仅可以与地形模型很好地关联,而且工程模型是参数化的,一旦设计有新的更改,只需要修改相应部分的三维模型,与此相关的设备、管线布置以及由三维模型自动投影生成的二维工程图(图形交换)都会得到相应的修改,从而保证了设计的唯一性和相关性,快速地完成多个设计方案的对比和选择。
工程支付计量和材料管理:通过建立水利工程真实全三维实体数字仿真模型,能够完全精确模拟水工建筑物的各个细节。计算机辅助设计能够精确计算需要的各截面的面积、各点的坐标以及体积,其精度能够满足水利工程量计量要求。将水工建筑物各构件的材料构成及使用范围输入到水工建筑物的三维数值仿真模型中,精确计量程序不仅能够计算工程量,而且还能够计算各种材料的用量,为施工期业主支付计量和材料供应计划提供科学的依据。
施工方案动态分析及查询:利用计算机模拟系统模拟施工过程,不仅可全面、周密地反映各种影响施工的因素,而且改变施工参数、修改方案比较及敏感性分析均比较容易,可完全弥补传统工程类比法的缺点。采用计算机模拟施工方案能成功解决过去依靠人工手段无法解决的许多难题,能极大的提高工作效率,取得巨大的技术经济效益。根据数字化工程施工过程中的一般规律、施工工艺和流程、合同文件、技术规范以及实体特定的结构形式、施工条件的特定要求,利用预先设计的模块建立系统分析模型和模拟计算数学模型。设计相应的数据库管理、数据录入及编辑、模拟施工过程计算、图形处理、报表自动生成及分析、查询以及菜单控制等系统,集成在统一界面下完成所有的功能。
4 结语
3S技术在水利建设上的应用越来越广泛和深入,要想在水利工程建设管理中更好地应用和发展3S技术,首先要在标准化、规范化的基础上,大力开展水利工程建设管理的基础数据库建设。此外还要加快提高3S技术的应用水平,充分发挥3S现有的和潜在的功能,并且与网络计算机等高新技术以及水利工程建设本身的技术紧密地结合在一起,更好的服务于水利工程建设。
关键词:3S技术 水利工程建设管理 可行性 测绘手段采集信息 仿真技术 数字化管理
中图分类号:TV221.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0204-01
3S技术是遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的统称,是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合,多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。随着3S技术的不断发展,3S一体化技术在水利数字信息化中越来越显现出其至关重要的地位。
1 运用3S技术进行水利工程建设管理的可行性
随着国家未来发展的需要,我国的水利工程建设也进入了一个高速发展阶段。高效的信息采集、科学的分析决策是现代水利工程建设管理的必然趋势,这是3S技术在水利建设管理中能充分发挥优势的前提条件。计算机技术的飞速进步,为3S技术在水利工程建设管理上的运用奠定了坚实的基础。
水利工程建设管理具有时效性强、信息量大,多为动态监测、过程监测的特点。同时,对工程建设信息数据需要进行深层次的分析,为管理层提供科学的计算结果和决策依据。而实时的三维3S系统就能满足这些需求,并且更为直观。
2 利用3S技术测绘手段进行数据信息采集处理
由于GPS定位系统具有定位精度高,实时定位速度快,提供三维坐标,操作简便,全天候作业及全球地面连续覆盖等特点,在测绘上首先得到了广泛的应用。
实时动态(RTK)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式。RTK测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度、快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速的进行施工放样。
正是因为这些新技术的运用淘汰了常规的导线控制测量的方式、施工放样的高程测量方法,同时也为水利工程数字化管理奠定了数据信息采集的基础。
3S技术的结合,取长补短,三者之间的相互作用行成了信息采集、处理的框架。将地形原始数据输入到GIS系统,经过数据过滤后转化为三维矢量数据,进而生成三维地面模型DTM(利用内插手段,可以生成更高精度的DTM)。通过生成的数字地形模型,与虚拟技术形成的建筑物叠加整合,可以实现整个工程布置的动态可视化。
3 与仿真技术相结合实现水利工程建设数字化管理
在项目实施管理阶段,为了及时了解项目的实施进展情况,防患于未然,把3S技术作为一种高效的信息采集、处理、分析手段,把水利工程的设计、管理主要涉及到设计工作过程、相互之间的关系和结果,通过的计算机平台及辅助设备以可视化的形式展现出来,达到虚拟设计、虚拟制造的目的。
实现水利工程建设数字化管理的基础是建立一个统一的数据库,包括地质地形的空间数据、水工建筑物(大坝、厂房等)的三维实体数据、施工计划组织的实时数据以及真实条件下的计算机仿真和实时监测数据等。在统一的数据库平台之上,任何修改都将及时地反馈给整个工程的相关部门和人员,并及时地通过三维图形的方式展现出来。下面我就水利工程建设管理中常见的几个课题方案进行探讨,仅供大家参考。
在地质勘探方面:可以利用航拍、地质钻探,结合3s技术得到的地形、地质数据,直接生成地形的三维模型包括地下三维地质情况的分布,便于直接了解复杂的地质构造情况,方便地进行地形模型的建立,作为水利枢纽建筑物、引水工程管线等设计的原始依据。
工程进度、质量等多方面的控制:在三维地形表述的基础上,建立水利水电工程的全三维模型,使水工建筑物、机电设备等与地形数据完全相关,从而构成一个复杂的水利工程建设管理系统,真实反映工程建成以后的面貌。再将实时采集的数据信息进行处理,形成实时的工程三维模型,与之前建立的全三维模型进行比对分析,动态展示水利工程施工全过程,得出详细的施工强度、施工顺序和施工质量等重要指标。使工程的项目管理做到实时控制与动态管理,以便科学指导工程施工,辅助业主和监理工程师进行有效的决策。从而实现进度、质量等多方面的控制管理。
设计方案选择及设计变更:建立的三维模型还能够输出到有限元分析软件中,进行结构强度的预测。三维模型不仅可以与地形模型很好地关联,而且工程模型是参数化的,一旦设计有新的更改,只需要修改相应部分的三维模型,与此相关的设备、管线布置以及由三维模型自动投影生成的二维工程图(图形交换)都会得到相应的修改,从而保证了设计的唯一性和相关性,快速地完成多个设计方案的对比和选择。
工程支付计量和材料管理:通过建立水利工程真实全三维实体数字仿真模型,能够完全精确模拟水工建筑物的各个细节。计算机辅助设计能够精确计算需要的各截面的面积、各点的坐标以及体积,其精度能够满足水利工程量计量要求。将水工建筑物各构件的材料构成及使用范围输入到水工建筑物的三维数值仿真模型中,精确计量程序不仅能够计算工程量,而且还能够计算各种材料的用量,为施工期业主支付计量和材料供应计划提供科学的依据。
施工方案动态分析及查询:利用计算机模拟系统模拟施工过程,不仅可全面、周密地反映各种影响施工的因素,而且改变施工参数、修改方案比较及敏感性分析均比较容易,可完全弥补传统工程类比法的缺点。采用计算机模拟施工方案能成功解决过去依靠人工手段无法解决的许多难题,能极大的提高工作效率,取得巨大的技术经济效益。根据数字化工程施工过程中的一般规律、施工工艺和流程、合同文件、技术规范以及实体特定的结构形式、施工条件的特定要求,利用预先设计的模块建立系统分析模型和模拟计算数学模型。设计相应的数据库管理、数据录入及编辑、模拟施工过程计算、图形处理、报表自动生成及分析、查询以及菜单控制等系统,集成在统一界面下完成所有的功能。
4 结语
3S技术在水利建设上的应用越来越广泛和深入,要想在水利工程建设管理中更好地应用和发展3S技术,首先要在标准化、规范化的基础上,大力开展水利工程建设管理的基础数据库建设。此外还要加快提高3S技术的应用水平,充分发挥3S现有的和潜在的功能,并且与网络计算机等高新技术以及水利工程建设本身的技术紧密地结合在一起,更好的服务于水利工程建设。