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山东河务局建成“东平湖防汛决策三维支持系统”

    为提高东平湖防汛决策水平,山东黄河河务局与山东省国土测绘院联合开发了“东平湖防汛决策三维支持系统”,经过近两年的开发和调试于近日完成。

    该系统是按照东平湖防汛“分得进、守得住、迁得出、群众保安全”的要求,在东平湖三维电子地图的基础上,借鉴黄河下游工情险情会商系统、山东黄河防汛决策支持系统的总体思路,充分利用现有系统提供的数据和功能,突出汶河流域水情信息查询、洪水预报预演、调度方案演示、决策风险分析和黄河分洪运用、东平湖蓄滞洪水决策等功能,在三维可视化平台上建立了完整的东平湖防汛决策支持系统。

    东平湖滞洪区位于山东省东平、梁山、汶上3县交界处,总面积627平方公里,以二级湖堤为界分为新、老两个湖区,其中新湖区418平方公里,老湖区209平方公里。其任务是分滞黄河洪水,控制艾山站下泄流量不超过10000立方米每秒,确保下游防洪安全;同时还担负着滞蓄汶河洪水的任务。1982年曾利用东平湖老湖分洪,2001年汶河流域发生较大洪水,东平湖老湖水位达到了建库以来的最高水位44.38米。所以,无论是防御黄河洪水,还是汶河洪水,东平湖都具有非常重要的作用。建设东平湖防汛决策支持系统是山东河务局“数字黄河”规划中建设的七大应用系统之一,符合“数字黄河”建设的总体规划。

    本系统的主要功能和特点:

    一是以三维GIS技术为基础,开发了东平湖防汛决策三维支持系统,实现了黄河防汛应用系统从“二维”到“三维”的跨越

    东平湖三维系统是根据“数字黄河”工程规划设想,采用航空摄影测量、遥测、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)等现代化手段制作“三维电子地图”,通过黄河广域网络快速传输数据,全方位提供与防汛相关的基础信息,构建数字集成平台和虚拟环境,并在这一平台和环境中,通过系统软件与数学模型对东平湖防汛运用预案进行模拟、分析和研究,在可视化的条件下提供决策支持,有利于增强东平湖防汛决策的科学性和预见性。同时,用于支持防汛系统的电子地图从“二维”提升到“三维”,实现了黄河防汛电子地图应用上的跨越。

    二是利用航空摄影测量和GPS现场测量等多种技术手段制作了1:1万东平湖三维电子地图。

    对东平湖1000多平方公里的区域进行了航拍,取得了1:1万的航空彩色正射影像(DOM),利用数字摄影测量的方法获取5米格网间距的数字高程模型(DEM)、数字线划图(DLG)。在ArcGis Globe软件基础上,结合3Dmax软件,建立了形象逼真的三维场景。东平湖三维电子地图的制作在技术上优于目前大多数利用遥感数据和贴图技术制作的三维电子地图,更能逼真地反映真实的地物、地貌,地图精度有很大提高。

    三是制作了1:10万汶河流域三维电子地图,录入了防汛基础数据,首次将汶河流域电子地图和防汛数据纳入黄河防汛应用系统,建立了完整的东平湖防汛电子地图体系。

    采用1:10万地形数据和8米分辨率遥感数据制作了汶河流域三维电子地图,录入了汶河流域基础地理信息和水库、雨量站、水文站等防汛信息,实现了三维场景中的信息查询。第一次把汶河流域防汛信息纳入黄河防汛系统,改变了以往制作黄河防汛电子地图截止到戴村坝以下的传统做法,把三维电子地图扩展到了整个汶河流域。同时,扩展了东平湖群众搬迁时迁往地区域的电子地图,对村庄、交通道路等信息进行了实地调查,形成了完整的东平湖防汛电子地图体系。

    四是开发了东平湖洪水模拟功能,实现了东平湖进、出湖流量和水位变化的同步、动态模拟,自动显示预报结果,进行灾情评估,生成防汛综合调度措施建议。

    本系统根据汶河洪水预报结果,在三维场景下,进行戴村坝站洪水过程、东平湖水位变化和陈山口、清河门闸出流过程的同步、动态模拟。为突出模拟东平湖水位变化,利用了东平湖三维地形淹没、水尺高度变化、数字牌大字动态显示和东平湖水位变化曲线等4种方式显示东平湖水位随时间变化而变化的过程,实现了对东平湖水位变化的多手段、全方位模拟。模拟完成后,自动突出显示戴村坝最大流量、东平湖最高水位等预报结果。自动计算并在三维电子地图上显示东平湖预报最高水位下的淹没范围、需要迁安的人口、灾害损失等,进行灾情评估。根据预报结果自动进行水情、工情、险情分析,生成防汛预案,实现了洪水预报模拟、灾情评估、防汛调度的自动化、可视化、形象化。

    五是开发了东平湖迁安救护方案,实现了村庄搬迁目的地及迁安人数查询、搬迁路线标绘、路况信息列表等功能,为迁安救护提供了多方面技术支持。

    根据洪水淹没范围,计算迁安人口,并以列表方式显示,包括乡镇的搬迁地,村庄的搬迁地等,点击具体的村庄可迅速在电子地图上定位该村庄和迁往村庄,自动优化搬迁路线并进行标绘,同时通过列表的形式显示搬迁行走道路的基本情况,搬迁所需信息一目了然。同时,还能为抢险料物运送、防汛队伍调用等提供道路信息支持。

    六是以黄河内部广域网为基础,全面集成了已建防汛系统中涉及东平湖防汛的基础数据,实现了“数字黄河”工程“资源共享”的基础数据管理思想,探索了网络系统开发的新模式。

    按照“数字黄河”工程“资源共享”的基础数据管理思想,本系统最大限度地从黄河下游工情险情会商系统、山东黄河水雨情会商系统和山东黄河防汛网等多个已建系统中提取相关数据,进行了数据整理和集成,较好地解决了数据共享问题,实现了防汛基础数据一次录入,多系统共用共享,避免了数据的重复录入和不一致现象,探索了网络系统开发的新模式。

    七是采用3D技术制作了东平湖重点工程的三维视景,形象逼真地展现了工程细部结构特征,并与整个系统有机结合。

    采用3Dmax建模方法,对于重点工程如石洼闸、陈山口、戴村坝等进行了精细三维建模,将重点工程的图形符号插入工程所在地,在漫游时可以更清晰地辨别工程。同时,利用3D技术制作的石洼闸、陈山口闸、戴村坝等重点工程三维视景,形象逼真展现了闸、坝的空间布局和结构型式,在三维漫游观看宏观场景的同时,也可以看到重点工程的详细结构。

    八是首次采用了文字、声音、图像组合对系统进行全面介绍的新模式。

    编写了东平湖及东平湖三维简介,由专业播音员进行配音,配音与东平湖三维漫游、重点工程三维视景与系统功能展示有机结合,用10分钟左右的时间全面介绍东平湖和汶河流域概况、主要工程及三维系统功能,使观看者能在最短的时间内对系统有一个全面了解,创造了应用系统介绍和展示的新模式。

    九是在黄河防汛应用系统中首次采用当今国际主流的GIS平台ArcGis和C#开发工具,系统架构先进,实现了三维GIS平台与二维GIS平台的信息转换,集成了多尺度、多分辨率、多源空间数据和非空间数据,实现了海量数据的有效管理。

    本系统在黄河防汛应用系统中首次采用当今国际主流的GIS平台ArcGis,比以前采用的MapInfo平台具有更强的空间数据管理功能,代表了当今GIS技术的发展方向,也是当前国内大型水利信息化系统建设的首选平台。系统采用的编程语言C#是即将成为主流开发工具的编程工具,使系统具有更强的适用性,便于扩充和升级。系统集成了覆盖汶河流域1:10万比例尺的(DOM、DEM、DLG)空间数据,东平湖1:1万比例尺的(DOM、DEM、DLG)空间数据,还有历史洪水信息等非空间数据,全部数据量约16G。系统将空间数据和非空间数据都存放于Oracle9I数据库,有利于数据的管理和维护。实现了海量数据的一体化管理,并为系统未来的拓展奠定了基础。

    十是多部门密切合作,充分发挥各自的专业优势,创新了的系统开发与管理模式,实践了“数字黄河”工程 “以我为主,博采众长”的建设思想。

    系统开发由山东黄河河务局总体协调,提出用户需求和总体设计;测绘院提供相关电子地图和地理信息系统开发技术;东平湖管理局提供村庄、道路和社经等最新信息;山东黄河信息中心参与系统开发,为系统应用维护做好准备。本次合作开发,探索了“数字黄河”工程“以我为主,博采众长”的建设思想。(责编:SELINA)

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