水利水電工程三維可視化技術應用
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摘要：三維可視化技術是對地質情況進行描述的一項技術，目前主要被應用在地質學領域當中，能夠通過數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對地質結構的測繪，并且能夠準確地判斷資料的真假，為數(shù)據(jù)的分析和理解提供有利條件。在水力水電工程建設過程中，往往需要充分考慮多方面的影響因素，當前我國在進行水利工程建設時，設計是通過二維平面來完成的，這種設計過程并不能夠直觀地體現(xiàn)出地形地貌特征，要求具備一定專業(yè)性的人員才能夠對其中的地形情況進行判斷，從而使得設計人員與其他專業(yè)人員之間的溝通變得復雜。通過應用三維可視化技術，能夠在提升設計效率的同時，也為其他專業(yè)人員提供更加直觀的信息體現(xiàn)。可視化是目前信息化環(huán)境中的重要技術種類，通過對其進行應用能夠切實提升水利工程建設質量和設計效率，并降低整個過程的成本，推動水利工程建設朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展，為社會創(chuàng)造出更多的價值。
水利工程設計的過程十分復雜，其中涉及測繪、力學及地質等領域的內容，因為數(shù)據(jù)量較大且地理條件較為復雜，所以為前期的勘測和后續(xù)的設計過程帶來了一定的困難。當前的大部分設計過程仍然采用的是二維圖紙設計，這種設計方法不但效率較低、精度較差，同時也無法高效率地應用采集的資料，容易與實際形成差異。將三維可視化技術應用到水利工程設計當中，不但能夠將水利工程的形態(tài)更好地展示出來，同時也提升了設計的精確度和效率。利用信息處理、圖像處理和現(xiàn)代管理等相關技術與水利工程設計工作融合，從而實現(xiàn)設計過程的創(chuàng)新，并推動水利工程設計管理的現(xiàn)代化和信息化發(fā)展，提升水利工程企業(yè)在市場中的競爭力。
1水利工程中三維可視化技術的重要價值
首先，通過使用三維可視化技術，能夠對水利工程建設起到很好的輔助作用，能夠分別對水利工程的勘測階段、設計階段、施工階段和管理階段進行幫助。三維可視化技術以采集的數(shù)據(jù)為基礎來實現(xiàn)立體圖的建立，實現(xiàn)對地質結構的立體檢測，在立體圖中包含了巖層沉積情況和地下的結構等，從而使得水利工程勘測數(shù)據(jù)更加準確，為水利工程帶來更多可以迅速理解的數(shù)據(jù)。其次，通過三維可視化技術，能夠將水電工程的關鍵數(shù)據(jù)進行處理，并能夠迅速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效篩選，從而提升數(shù)據(jù)信息的準確度。三維模型是指在三維空間中構造出的立體土層，從而更加準確地對物象進行表達，進而提升水利工程探測效果，提升數(shù)據(jù)的準確度。
2三維可視化技術的發(fā)展現(xiàn)狀分析
隨著工程技術的逐步發(fā)展，我國在地質勘測方面獲得了進步，根據(jù)透明屬性和地下反射率能夠勘測出河床深度和地質巖層的沉積情況，從而為水利工程建設提供數(shù)據(jù)支持。水利工程中的數(shù)據(jù)和圖層之間的準確度是相互符合的，通過三維可視化技術能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)圖像的標準分布。當前我國的三維可視化技術仍然處于發(fā)展階段，距離發(fā)達國家仍然有著一定的差距，這項技術的應用范圍非常廣泛，并且有著很好的發(fā)展前景，特別是在地質、河流和工程的勘測和繪制工作中，利用三維可視化技術都能夠獲得非常好的效果。這項技術主要被應用在水利工程中的規(guī)劃、施工和勘測過程中，十分有利于水利工程建設。在水利工程中需要對數(shù)據(jù)篩選和物理數(shù)據(jù)的改變，但以往所使用的技術很難達到精確度的要求，如果利用三維可視化技術能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確快速處理，并將其中的錯誤數(shù)據(jù)篩選出來，從而提升數(shù)據(jù)的精確程度，進而形成立體圖形，通過透視等特性來呈現(xiàn)出更好的數(shù)據(jù)表達效果。三維可視化技術分別包括了數(shù)據(jù)可視化和圖形平面化這兩類，通過這兩種類型的三維可視化技術能夠提升水利工程建設質量，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效轉化，從而實現(xiàn)圖層可視化，這里的圖層主要是指地質斷層，所以在水利工程中得到了廣泛的應用。三維可視化技術除了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的篩選和快速處理之外，也能夠對河床沉積和河川斷層及地質沉積巖進行勘測，這對于我國的可持續(xù)性發(fā)展有著重要的推動作用，實現(xiàn)對自然資源的高效率利用，從而推動了社會的穩(wěn)定發(fā)展。
3三維可視化技術在水利工程中的應用
三維可視化技術是通過三維空間來實現(xiàn)對復雜數(shù)據(jù)的表達，加上人際交互系統(tǒng)的輔助，十分適合應用在水利水電工程當中，實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的融合和表達。一些水利工程在流域管理工作中已經(jīng)積累了一定的基礎，可以通過三維可視化技術來實現(xiàn)資源的有機整合，從而實現(xiàn)對多個業(yè)務的科學管理和應用。
3.1地理信息展示
根據(jù)測繪工作中所獲取的數(shù)據(jù)信息，來實現(xiàn)對流域地理信息模型的建立，從而在更大的尺度范圍中進行流域地形、高程變化、河道信息的展示，根據(jù)水流演進算法來對洪水演進和水位漲落進行計算，根據(jù)汛限水位來對信息進行處理，從而對防汛的薄弱點進行展示，為指揮決策工作和防汛會商提供重要的信息支持。同時，通過利用流域三維模型，來對公共安全機構、水電大壩及雨水遙測站的相關信息進行綜合性的展示，將流域數(shù)據(jù)圖的功能充分發(fā)揮出來。
3.2智能應用
根據(jù)水電工程設計圖和三維數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場的照片和視頻來實現(xiàn)三維模型的構建，通過平臺引擎驅動來實現(xiàn)工程現(xiàn)場的虛擬化展示。在三維虛擬模型中，通過自動或者主動的漫游模式來幫助技術人員熟悉水利工程現(xiàn)場的環(huán)境和設備情況。以三維虛擬模型為基礎來實現(xiàn)模型的精細化，同時該數(shù)字平臺也可作為業(yè)務和智能系統(tǒng)的綜合交互裝置，將生產實時數(shù)據(jù)、智能巡檢及風險防控數(shù)據(jù)都體現(xiàn)在三維平臺當中，提升數(shù)據(jù)交互的效率。
3.3資產管理
無論是水利工程還是流域水電企業(yè)都會設有資產信息庫，通常是根據(jù)設備列表來進行查詢管理，將設備的信息和三維模型與信息庫進行對應，對于設備臺賬信息進行實時現(xiàn)實，從而對設備和資產信息進行有效查詢，其中包括了圖紙信息和設備缺陷等。
3.4智能監(jiān)視和巡檢
當前水利工程中的監(jiān)控裝置一般是采用二維的界面，操作人員通過調用系統(tǒng)來對水利工程中的實際情況進行實時監(jiān)控。在三維數(shù)字平臺中，按照不同的巡視者來設定與之相符的巡查線路，并在三維空間中對閥門和儀表等需要關注的信息進行顯示。當出現(xiàn)故障問題時，按照報警的信息并結合實際的工作情況來實現(xiàn)三維智能定位，從而對報警的設備信息進行查看。通過數(shù)字化平臺中的監(jiān)控來直接進行現(xiàn)場視頻查看，并能夠對實時信息進行檢查和驗證。
3.5安全風險防控
在水利工程進行維護檢修的過程當中，有著多個點位的工作現(xiàn)場，且現(xiàn)場的工作人員也十分復雜，其中包含著多種交叉性作業(yè)，所以必然會出現(xiàn)各種安全風險，需要重視對現(xiàn)場的安全風險防控。通過對人員進行定位的技術，來對工作人員長時間離開指定范圍的行為進行報警，并對外來人員的傳入進行報警，同時也會對工作負責人進行報警，避免出現(xiàn)錯誤操作。通過三維可視化技術來實現(xiàn)對水利工程各個工作面和所有工作人員的監(jiān)控，并能夠做到違規(guī)報警，從而有效的實現(xiàn)安全風險防控。
3.6智能培訓
在流域水利水電工程中，都會設置集控中心，一些值班工作人員并沒有充分的運行經(jīng)驗，所以在日常的操作過程中只能夠按部就班地進行，當出現(xiàn)緊急狀況時他們并不具備隨機應變的能力，所以可以通過三維可視化技術來實現(xiàn)虛擬智能培訓，通過這樣的培訓過程來幫助工作人員熟悉設備操作，并增強他們對于事故進行處理的能力和經(jīng)驗，從而提升整體的調度水平。
3.7工程建設
在水利工程建設過程中，通過三維可視化技術，能夠實現(xiàn)對水利建筑的布置、選址和施工等多個方面提供地質分析支持。更加重要的一點是，通過三維可視化技術能夠實現(xiàn)三維地貌的建立，從而對三維模型進行剖析，對于任何一個部位的表面積和體積進行精準計算，并能夠實現(xiàn)對山體的開挖和旋轉等?？梢哉f通過對三維可視化技術的應用，轉變了以往二維圖紙的設計模式，從而大幅度提升設計效率和準確度。另外，通過利用參數(shù)化的模型不但使得建筑建模更加的簡單，同時也能夠根據(jù)工程需求來實現(xiàn)對參數(shù)的有效調整，使其更加的快速和準確。同時，通過三維可視化技術，能夠提升對已有成果的重復利用率，降低設計錯誤和返工情況發(fā)生的幾率，同時縮短的設計時間，提升了設計工作的質量。工程模型的建立，能夠實現(xiàn)對壩體工程、壩段截面面積及各個點位的坐標體積計算更加的方便。在進行建筑和地質建模后，不但能夠實現(xiàn)對材料用量的計算，同時也能夠為業(yè)主材料計劃制定提供信息支持。通過三維可視化技術來實現(xiàn)動態(tài)施工平臺的布置，并設置相關的制約條件，從而提升水利工程現(xiàn)場布置地形平面圖的準確性。
4水利水電工程中三維可視化技術的應用前景探究
從目前的情況來看，因為三維可視化技術的逐漸成熟，所以在工程建設中的應用空間非常大，特別是在工程設計領域中，通過對三維可視化技術的應用，極大了減少了人們在設計過程中對于數(shù)據(jù)的篩選時間，從而減少了整個工程建設的周期，避免了設計偏差和人力物力浪費的情況出現(xiàn)。三維可視化技術在水利工程中的應用實際上就是將計算機可視化技術和水利工程系統(tǒng)結合在一起，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確顯示，通過圖形和圖像的計算來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理，不但能夠節(jié)約人力資源，同時也能夠為水電工程帶來更加方便的數(shù)字平臺，提升工程建設效率。通過建立GIS可視化系統(tǒng)框架，能夠將系統(tǒng)仿真環(huán)節(jié)和可視化技術進行融合，從而使得仿真建模能夠達到可視化效果。在水利工程中對三維可視化技術進行應用，不但增強了設計過程和勘測過程的效率，同時也實現(xiàn)了人力和物力的節(jié)約。通過應用三維可視化技術，實現(xiàn)了二維到三維的轉變，通過模型使得水利工程建設施工能夠更加直觀地呈現(xiàn)給人們，使得水利工程建設向著專業(yè)化技術領域進行發(fā)展，這能夠為其帶來更多的經(jīng)濟效益。
作者：詹超 單位：新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設計研究院
