水利水電工程三維可視化技術(shù)應(yīng)用

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摘要：三維可視化技術(shù)是對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行描述的一項(xiàng)技術(shù)，目前主要被應(yīng)用在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，能夠通過數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)繪，并且能夠準(zhǔn)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(shè)過程中，往往需要充分考慮多方面的影響因素，當(dāng)前我國(guó)在進(jìn)行水利工程建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)是通過二維平面來完成的，這種設(shè)計(jì)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?qū)ζ渲械牡匦吻闆r進(jìn)行判斷，從而使得設(shè)計(jì)人員與其他專業(yè)人員之間的溝通變得復(fù)雜。通過應(yīng)用三維可視化技術(shù)，能夠在提升設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，也為其他專業(yè)人員提供更加直觀的信息體現(xiàn)?？梢暬悄壳靶畔⒒h(huán)境中的重要技術(shù)種類，通過對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用能夠切實(shí)提升水利工程建設(shè)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，并降低整個(gè)過程的成本，推動(dòng)水利工程建設(shè)朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展，為社會(huì)創(chuàng)造出更多的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；三維可視化技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

水利工程設(shè)計(jì)的過程十分復(fù)雜，其中涉及測(cè)繪、力學(xué)及地質(zhì)等領(lǐng)域的內(nèi)容，因?yàn)閿?shù)據(jù)量較大且地理?xiàng)l件較為復(fù)雜，所以為前期的勘測(cè)和后續(xù)的設(shè)計(jì)過程帶來了一定的困難。當(dāng)前的大部分設(shè)計(jì)過程仍然采用的是二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法不但效率較低、精度較差，同時(shí)也無法高效率地應(yīng)用采集的資料，容易與實(shí)際形成差異。將三維可視化技術(shù)應(yīng)用到水利工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，不但能夠?qū)⑺こ痰男螒B(tài)更好地展示出來，同時(shí)也提升了設(shè)計(jì)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(guān)技術(shù)與水利工程設(shè)計(jì)工作融合，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)新，并推動(dòng)水利工程設(shè)計(jì)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(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

1水利工程中三維可視化技術(shù)的重要價(jià)值

首先，通過使用三維可視化技術(shù)，能夠?qū)λこ探ㄔO(shè)起到很好的輔助作用，能夠分別對(duì)水利工程的勘測(cè)階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和管理階段進(jìn)行幫助。三維可視化技術(shù)以采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)立體圖的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的立體檢測(cè)，在立體圖中包含了巖層沉積情況和地下的結(jié)構(gòu)等，從而使得水利工程勘測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)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(shù)，能夠?qū)⑺姽こ痰年P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并能夠迅速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效篩選，從而提升數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度。三維模型是指在三維空間中構(gòu)造出的立體土層，從而更加準(zhǔn)確地對(duì)物象進(jìn)行表達(dá)，進(jìn)而提升水利工程探測(cè)效果，提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

2三維可視化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著工程技術(shù)的逐步發(fā)展，我國(guó)在地質(zhì)勘測(cè)方面獲得了進(jìn)步，根據(jù)透明屬性和地下反射率能夠勘測(cè)出河床深度和地質(zhì)巖層的沉積情況，從而為水利工程建設(shè)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(zhǔn)確度是相互符合的，通過三維可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)圖像的標(biāo)準(zhǔn)分布。當(dāng)前我國(guó)的三維可視化技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，距離發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有著一定的差距，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)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(zhì)、河流和工程的勘測(cè)和繪制工作中，利用三維可視化技術(shù)都能夠獲得非常好的效果。這項(xiàng)技術(shù)主要被應(yīng)用在水利工程中的規(guī)劃、施工和勘測(cè)過程中，十分有利于水利工程建設(shè)。在水利工程中需要對(duì)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(shù)很難達(dá)到精確度的要求，如果利用三維可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的精確快速處理，并將其中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)篩選出來，從而提升數(shù)據(jù)的精確程度，進(jìn)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(dá)效果。三維可視化技術(shù)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(shù)能夠提升水利工程建設(shè)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)圖層可視化，這里的圖層主要是指地質(zhì)斷層，所以在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。三維可視化技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的篩選和快速處理之外，也能夠?qū)哟渤练e和河川斷層及地質(zhì)沉積巖進(jìn)行勘測(cè)，這對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)性發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源的高效率利用，從而推動(dòng)了社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。

3三維可視化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

三維可視化技術(shù)是通過三維空間來實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的表達(dá)，加上人際交互系統(tǒng)的輔助，十分適合應(yīng)用在水利水電工程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的融合和表達(dá)。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(chǔ)，可以通過三維可視化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)資源的有機(jī)整合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)業(yè)務(wù)的科學(xué)管理和應(yīng)用。

3.1地理信息展示

根據(jù)測(cè)繪工作中所獲取的數(shù)據(jù)信息，來實(shí)現(xiàn)對(duì)流域地理信息模型的建立，從而在更大的尺度范圍中進(jìn)行流域地形、高程變化、河道信息的展示，根據(jù)水流演進(jìn)算法來對(duì)洪水演進(jìn)和水位漲落進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)汛限水位來對(duì)信息進(jìn)行處理，從而對(duì)防汛的薄弱點(diǎn)進(jìn)行展示，為指揮決策工作和防汛會(huì)商提供重要的信息支持。同時(shí)，通過利用流域三維模型，來對(duì)公共安全機(jī)構(gòu)、水電大壩及雨水遙測(cè)站的相關(guān)信息進(jìn)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(yīng)用

根據(jù)水電工程設(shè)計(jì)圖和三維數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的照片和視頻來實(shí)現(xiàn)三維模型的構(gòu)建，通過平臺(tái)引擎驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的虛擬化展示。在三維虛擬模型中，通過自動(dòng)或者主動(dòng)的漫游模式來幫助技術(shù)人員熟悉水利工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和設(shè)備情況。以三維虛擬模型為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)模型的精細(xì)化，同時(shí)該數(shù)字平臺(tái)也可作為業(yè)務(wù)和智能系統(tǒng)的綜合交互裝置，將生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、智能巡檢及風(fēng)險(xiǎn)防控?cái)?shù)據(jù)都體現(xiàn)在三維平臺(tái)當(dāng)中，提升數(shù)據(jù)交互的效率。

3.3資產(chǎn)管理

無論是水利工程還是流域水電企業(yè)都會(huì)設(shè)有資產(chǎn)信息庫，通常是根據(jù)設(shè)備列表來進(jìn)行查詢管理，將設(shè)備的信息和三維模型與信息庫進(jìn)行對(duì)應(yīng)，對(duì)于設(shè)備臺(tái)賬信息進(jìn)行實(shí)時(shí)現(xiàn)實(shí)，從而對(duì)設(shè)備和資產(chǎn)信息進(jìn)行有效查詢，其中包括了圖紙信息和設(shè)備缺陷等。

3.4智能監(jiān)視和巡檢

當(dāng)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(diào)用系統(tǒng)來對(duì)水利工程中的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在三維數(shù)字平臺(tái)中，按照不同的巡視者來設(shè)定與之相符的巡查線路，并在三維空間中對(duì)閥門和儀表等需要關(guān)注的信息進(jìn)行顯示。當(dāng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，按照?qǐng)?bào)警的信息并結(jié)合實(shí)際的工作情況來實(shí)現(xiàn)三維智能定位，從而對(duì)報(bào)警的設(shè)備信息進(jìn)行查看。通過數(shù)字化平臺(tái)中的監(jiān)控來直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻查看，并能夠?qū)?shí)時(shí)信息進(jìn)行檢查和驗(yàn)證。

3.5安全風(fēng)險(xiǎn)防控

在水利工程進(jìn)行維護(hù)檢修的過程當(dāng)中，有著多個(gè)點(diǎn)位的工作現(xiàn)場(chǎng)，且現(xiàn)場(chǎng)的工作人員也十分復(fù)雜，其中包含著多種交叉性作業(yè)，所以必然會(huì)出現(xiàn)各種安全風(fēng)險(xiǎn)，需要重視對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)防控。通過對(duì)人員進(jìn)行定位的技術(shù)，來對(duì)工作人員長(zhǎng)時(shí)間離開指定范圍的行為進(jìn)行報(bào)警，并對(duì)外來人員的傳入進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)也會(huì)對(duì)工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行報(bào)警，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。通過三維可視化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程各個(gè)工作面和所有工作人員的監(jiān)控，并能夠做到違規(guī)報(bào)警，從而有效的實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)防控。

3.6智能培訓(xùn)

在流域水利水電工程中，都會(huì)設(shè)置集控中心，一些值班工作人員并沒有充分的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，所以在日常的操作過程中只能夠按部就班地進(jìn)行，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)他們并不具備隨機(jī)應(yīng)變的能力，所以可以通過三維可視化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)虛擬智能培訓(xùn)，通過這樣的培訓(xùn)過程來幫助工作人員熟悉設(shè)備操作，并增強(qiáng)他們對(duì)于事故進(jìn)行處理的能力和經(jīng)驗(yàn)，從而提升整體的調(diào)度水平。

3.7工程建設(shè)

在水利工程建設(shè)過程中，通過三維可視化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水利建筑的布置、選址和施工等多個(gè)方面提供地質(zhì)分析支持。更加重要的一點(diǎn)是，通過三維可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維地貌的建立，從而對(duì)三維模型進(jìn)行剖析，對(duì)于任何一個(gè)部位的表面積和體積進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)山體的開挖和旋轉(zhuǎn)等。可以說通過對(duì)三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變了以往二維圖紙的設(shè)計(jì)模式，從而大幅度提升設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)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(jiǎn)單，同時(shí)也能夠根據(jù)工程需求來實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的有效調(diào)整，使其更加的快速和準(zhǔn)確。同時(shí)，通過三維可視化技術(shù)，能夠提升對(duì)已有成果的重復(fù)利用率，降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和返工情況發(fā)生的幾率，同時(shí)縮短的設(shè)計(jì)時(shí)間，提升了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。工程模型的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壩體工程、壩段截面面積及各個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)體積計(jì)算更加的方便。在進(jìn)行建筑和地質(zhì)建模后，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料用量的計(jì)算，同時(shí)也能夠?yàn)闃I(yè)主材料計(jì)劃制定提供信息支持。通過三維可視化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)施工平臺(tái)的布置，并設(shè)置相關(guān)的制約條件，從而提升水利工程現(xiàn)場(chǎng)布置地形平面圖的準(zhǔn)確性。

4水利水電工程中三維可視化技術(shù)的應(yīng)用前景探究

從目前的情況來看，因?yàn)槿S可視化技術(shù)的逐漸成熟，所以在工程建設(shè)中的應(yīng)用空間非常大，特別是在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，通過對(duì)三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，極大了減少了人們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中對(duì)于數(shù)據(jù)的篩選時(shí)間，從而減少了整個(gè)工程建設(shè)的周期，避免了設(shè)計(jì)偏差和人力物力浪費(fèi)的情況出現(xiàn)。三維可視化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用實(shí)際上就是將計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和水利工程系統(tǒng)結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確顯示，通過圖形和圖像的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理，不但能夠節(jié)約人力資源，同時(shí)也能夠?yàn)樗姽こ處砀臃奖愕臄?shù)字平臺(tái)，提升工程建設(shè)效率。通過建立GIS可視化系統(tǒng)框架，能夠?qū)⑾到y(tǒng)仿真環(huán)節(jié)和可視化技術(shù)進(jìn)行融合，從而使得仿真建模能夠達(dá)到可視化效果。在水利工程中對(duì)三維可視化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，不但增強(qiáng)了設(shè)計(jì)過程和勘測(cè)過程的效率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了人力和物力的節(jié)約。通過應(yīng)用三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二維到三維的轉(zhuǎn)變，通過模型使得水利工程建設(shè)施工能夠更加直觀地呈現(xiàn)給人們，使得水利工程建設(shè)向著專業(yè)化技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展，這能夠?yàn)槠鋷砀嗟慕?jīng)濟(jì)效益。

作者：詹超 單位：新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院