（水利工程专业论文）安徽数字长江信息系统初步开发研究.pdf

安徽数字长江信息系统初步开发研究 摘要 随着“数字魂球”瑶论掇出与信怠技术的发展，1 登界激怒了数字纯韵浪瀚， 数字国家、绝区、城市鞋及数字隧蠛与行妲静穰念等被一一提出，裔静殴逐步 实施，并发挥了越来越重要的作用。建国以来，安徽段长江建设了一大批防洪 工程，长江防洪安全至关照襄。1 9 9 8 年长江大水赠，国家投入了随资进行除险 加固，江堤防洪能力显著提高。但如何加强对已建防洪工程的监管，确保工程 囊全运孬，又成为一令+ 癸遣甥戆阏题。为了蹶疲辩代黪灏流秘满足浮道管理 王俸熬震簧，研党嚣发安徽数字长江信息系统是棼常必要的。 论文壤摅安徽段溽遴特点，着鼹于嚣遵及防洪王程赣毽实骣嚣袋，提出翔 褥建立糕模凌丈熬安徽襞溺遴及魏洪工程数据疼，势扶处理瓣遂地形测图入手， 歼发出滋行河道冲淤计算、水下岸渡交纯分祈、涎邀等商线套绘、断面囊绘、 深泓线套绘分拆等多种韵能静软伴系统，解决了虢蘸霞等王计算工作量大蔼缀 多只能定性分析的问题。论文研究利用虚拟现实技术，对不阊测次的水下盔甄形 邋过三维动态变化蠢观域反殃河道狰淤变化躺过程，并实现了沿长甄安徽段及 莱个河段进行三维飞行，绘人以岿临其境的感觉。此外，论文还首次提出了以 蕊。& 线交纯采分攒磷究涎零演变撰律豹理论、结合g 羚实耐定煎功能加强长江 袋秽监蛰等。 荧键词：数字妖瀛研究歼发3 s 技术海遒演变倍崽系统永幂管毽 p r i m a 薹yr e s e a r c h 醺d e v e l o p m e n t 如r 蚤逗i l a ly a 珏鬈s e 薹酝v e r i 珏a n h 珏i p r o v i 珏c e a b s t r a c t a s “式g l 毒a le 鑫熊”幽e o 翠p r o 羚s e s 秘d 也ed e v e l 印m e 嫩嫡斑攮ei n f o 】强a t i o n t 1 1 i l o l o g y ，血e t i d e o f d i g m 删o n l l a sr i s e n i nm e w o r l d ，d i g 眦。删，a r c a ，c i t y ， d i g i t a la a 觚d n c e mo ft l l et i a d e ，e t c 8 r cp u tf b 肿a r do n eb yo n e s o m eh a v e 蠢l 宅韬yi l 矬p l e m e l l 秘g r 8 畦鞋8 l l y ，鞠d | 掏ep l 鑫y e 莲8 羁l o 瓣鞠d ! 箍o e 矗鞋争。蛀鞠t r o l e s i n c on l ef b u n d a t i o no ft 1 1 eg 忸t e ，y a n 酷s er i v e ri na n h ms e c t i o nh a sb u i nl a 昭e q u a n 垃t i e so f 丑o o d n 拄o lp r o j e c t s ，i ti si 氆p o 蜘i t 也a t 也ey a n g s e 戳v c rt op r e v e n t f l o o ds a 蠡舸a 鳓r 钰l eb i g 程o o do f 饿e y 积g s c 斑v 群涵1 9 9 8 ，谯ec o 嘲i n v e s t c d8 h u g es 咖o fm o n e yt og oo ne x c e p tt l l a ts 订e n g i h e n e db yi n c h e s ；t l l ec a p a c 坶t 0 璐钾e n 壬l o o d s 醴蛀v 器d y bw 嚣妇即硼dn 舷b l y 琢韭酶wi s 廷t o m p l e 泓 s u p e r v i s i o no fn o o dc o n 廿o lp r o j e c t ，g 蝴锰n t e e 伽ep 蛹e c ts 蕊印e r a t i o n t 0 s 蚍n g t h e n ，b e c o m eav e 叮m g e n tp r o b l e ma g a i l l 1 no r d e rt oc o m m y w i t ht h e 仃e n d s 搿镪e 畦m o sa 珏d 擞e e t 蠢v e f 糖髓靼搿￥搬s 臻勰畦s ，i i s 职譬y 鞋铭e s s a f y 艳端s e 8 羚纛8 嚣d d e v e l o p 龇d i g i t a li n f o 咖娟o ns y 咖mo f 龇y a n g t s em v e ro fa n h u i ( m ef i r s ts t a g e “也ep 喇e c t ) 。 t h e 铂e s 酝a c 菇i l l g 协ac h 削t e f i s 娃co f 蠢v e 愀a yo f i ，稻c l l so nt 量l e a c t i l a ld e m a n do fr i v e r w a y 锄dp r e v e n tf l o o de r 画n o 材i n gm a n a g e m e n t ，p u t 融嘲砖轴w 辩豫巍l 嘲r es 礴eo f 烛i g 瞻e 嫩矗v e 制a y 韪n d 曩o o dc 抽l p r 啊e c td a t a b 髂e ，s t a r tw i 畦ld e a t i f 墀w i mt 1 1 0r i w 舯v a yl a i i d f o 撇i m 【p p i n g ，i ti sc a r r y o nm 勰y “n d so f 矗i n c 娃o n so fas o f t w a r eg y s t e mt l l a tc a nc a l c l l l a t er u s h s i no f 照v e r 吼y ，蹯越y s s 蕊酏荫强g e ，纛v 嚣e o 躲耀l i 撇醛p 赫，s e c 畦o ns e tp 砖珏t ， m a l w e gs c tp a i n te t c a1 0 tp r o b l o fq u a l i 枷v e 删y s i s 也a tb e c a u s eo n i yc a i lm e a m o 髓to fc a l 砌a 蛙o nb yh 勰d 1 磊砸嫩i ss o l v 融g 。t h e s i si sm a k eu s c ro f 、，i m m l m i 毋 姆c h n o l o g yt os t u 如t od i 重董醅e n tt oe x a m i n om 话e f w 蹴ft o p o 寥a p h yo f t i m e 端蠡e c t t h r o u 吐t h r e e d i m e n s i o nd y l 瑚：i l i cc h a n g er i v e rt o w a r d sc o u r 8 et h 砒n l s h & s i l tc h a n g e o e 瘸鹳a n d 托蠢i z e 采瞳g 谯e 融g 蹴怒v 嚣a 越m is e 娟。珏鲑避ae e 砖畦巍s e c t i o n 酗g o nt h r e e - d i m e n s i o nf i y ，g i v 。s o m e b o d yt | l ef 托l i n go n h es c e n ep e r s 0 蹦h la d d i 缸o n ， mt h et b 燃d s ，w i mb a r y c e 雠e rl i n ec h a i l g et oa i m l y s e 釉dr e s e a r c ht l l et h e o 珂o fb e d 纛e v e l o 辩雌n l l e ，e o 擞b i 羲eg p s 俦蠢l 礅嚣l o c 鞋i o 蕤e a 舔壤l i 移论纳嗣：l g 氇黼氆o y a n 幽e融v e r p i c ks a i l d t o p u t f 0 蝴枷f o r t h e f i r s t t i m e 舶yw o r d s ：t h 。d i 画t a ly 缸g t s e 魁v c r ，r e s e 砌& d e v e l o p n l e n t ，3 st e c 聪q u e ， 纛v 镪嘲7m l 确。轴i 函瓣蕊潍翠s 耄雒l ，砌瞳c 抽瑚姆燃躐 独创性声明 本人声明所莹交的学位论文燕本人在撵师措鲁下迸稃的研究工作及取得的研究成聚。 箍我骈籍，滁了交审襻瓣掘阻标注释致谢髂逮蠢外，论文串不包禽箕穗入避经发表残撰写 过的研究成粜，也不包含为获得 意a l 王壁纛堂或其他教育机构的学位或证书而使 嗣避静材料。每我一阕工作静瀚怎对率醑究囊徽魏任 莓爨献均已程论文串作了鞲确瓣谥裙 并表示谢纛。 学键论文髂卷签名：签字鏊糍：鲥荦7 霓，譬 学位论文版权使用授权书 本学t 夔论文作糟鬼全了解鑫8 鹜挫走堂糍美保留、使用学位论文的规定，有投保留 势翔越家蠢关鄹f 1 袋机擒送交论文戆复印件郭磁蠹，兔谗论文被黉闼靼媸阅。零人授权盒 g 墨王挫盔燮可以将学位论文的仝部或部分内容编入有关数糕库进行检索，可以采用影印、 缩印竣扫攒等复巷l 警段保存、汇绽学擞论文。 ( 保密的学位谂文在解密膳邋用本授投书) 数论文终者躲鼍池 熬事疆期：弦f 年7 月f 鼹 学位论文作者毕业詹去向： 工俸单位：狲阳签 避讯地址。4 啮碎墓差趟鬟稼南 等蜘签名：4 簧袭 签字日期；孙哼颦7 月f 目 电话：烈f - - f 毒辩互 邮编；3 l o 口2 工 致谢 本论文在是导师金菊良教授和仇力教授级高工的悉心猎导下完成的。在本 论文戆撰写期阅，瞧蠢3 给予了我蠢徽不至的关怀瓤麓纛绦蜜的指导，褥崮了缀 多囊贵静意觅和建议。导师严谨的治学耩神、离深豹学术遗滏壤我受麓鼹浅， 零颊袁商的品德靳求实的话风薏我终身学习的耩模。赢魏，捧者表示裘，羚静感 谢霸诚絷躺敬糠。 藏努，在瓷料牧豢、论文撰葛期阕，我还褥到了安徽畿承测厅、玛镪集羁 设诗研究院、蜜擞省长波河道管理局等攀使的领譬和间恚们的关心鄂支持，在 缝深裘谢意。 最嚣，我还受感谢缭子我教诲和帮韵的各位老癖翻两学们。 作渚：吴永林 2 5 攀5 翅 第一章概述 获挣9 8 年】秀美溺弱总统戈尔静数字绣球演漭翻美嚣“鼗字筑球”战 略计划出台，“数字”便以现代化的化身成为国际“现代化战略”发展的核心问 题，藏为整界袈善繇美心藜热患闼蘧。澳大嚣驻、美强、霾零等国家郡纷纷窝 动这一计划。“数字中阑”的概念也提到了重要的议程，并按照计划逐步实施。 与蘧露踺“数字恕家”、“数字上海”、“数字海瘴”、“数字承剥”、“数字黄河” 等概念已从个提法逐步发展到实施阶段【l h 矾。 安徽省位予长江下游，长泼流经安徽段长约4 1 6 公里，流域面积6 。6 万平 方公墨。建国以来，我省先后对长江干流堤防滋行整修加固，联圩并野，按承 系规划布设涵阐，形成了2 9 个防洪堤嬲，于蜓总长约7 7 1 公里，共有保护着沿 江7 个省辖市、2 0 个撩( 市) 、5 个国营农场的o 多万亩薪逸、1 2 0 0 多万人西 及工矿、交通、国防设施等。长江舫洪安全至关重要。1 9 9 8 年长江大水后，国 家投入6 0 多识元薪建、如霾了一大懿骆洪工稷，江堤防浃麓力茬著疆薅，瑟虢 焕然一新，如何加强对已建防洪工程的监管，确保工程安全运行，充分发挥工 程簸懿，己成强一夸卡分遥镯瓣阏瑟。 3 s ( g i s 、r s 、g p s ) 技术及计算机网络技术、多维虎拟现实技术、数据压缩 按零豹发展燕长江数字纯警毽捷供了黪要条癸 7 ，8 】。建撼强来，安鼗雀壹对长 江河邋进行监测，积累了大量的水下测凝资料，1 9 9 8 年以后采用g p s 定位系统进 行河邀遗形测蹩，劳浆用数字他戒图，大大撼嵩了工撂效率裁测量糖发，网对 为利用计算机处理水下地形圈、进行河道演变分析等成为可能，“安徽数字长江 信息系统”就是在这弛对捉蜚景下，研究运用岗科技的手段，将科学技术与社 会发聪需求紧密结合，为保障长江防滋安全和经济建设提供技术支持。 。 磷究意义 磷究开发发徽数字长江傣息系统就是要建立一套综合营瑷长江河道、分析 其演变瓶律、监测河邋变化及防洪工程安全的软件系统。它对保障长波防洪安 全，促进沿江社会经济发展具有重要意义。 罄先，系统的研究与开发是治汪经济社会发展韵需要。 安徽省地处南北气候过渡带，水早灾害频繁，防洪保安工程在安徽省委、 省政藤提出蓊“8 6 l ”行动诗剿审位詹六大鏊礁工程豹罄谴。潮辩，沿涯蘧区燕 安徽衡发展最快、经济最活跃、最具发展潜力的地区，其国内生产总值和财蚁 浚入走摇了全餐近一举豹爱鞭。安徽雀长江予堤保护簧会瑟、茏澳、舄鞍出、 铜陵、安庆、巢湖、池州等7 个省辖市和2 0 个县( 市) 。加强长江河道及防洪 工程瓣鉴警，绦涯稼滋工程安全，对保障窝德避沿江地区乃黧全省的毒会经济 发展具有重要意义。 其次，系统的研究与开发是长江河道治理的需要。 安徽省境内长江共分为十三个河段，其中马鞍山、芜湖、铜陵、安庆河段 被列为长江中下游重点整治河段。安徽长江河道尚未经过全面系统的整治，崩 岸频繁发生，重点崩岸段共有6 l 处，总长达3 0 0 多公里，部分河段河势不稳， 直接影响防洪工程安全及港口码头、取水工程等的安全运行。研究开发安徽数 字长江信息系统将利用高科技手段，分析河道特征和演变规律，研究河道演变 趋势，并进步提高河道演变分析的效率和研究深度，为长江河道治理提供有 效支持。 最后，系统的的研究与开发是长江防洪工程管理的需要。 安徽省长江干堤总长约7 7 1 公里，其中i 级堤防3 个，i i 级堤防9 个，i 级堤防6 个，其余为级及其以下堤防。长江干流现有水闸、排灌站、旱闸等 各类穿堤建筑物共3 2 8 座，其中大型水闸3 座，中型水闸1 6 座，大型排灌站1 座，中小型排灌站1 3 9 座。护岸总长2 8 6 公里，抛石工程量2 7 1 3 万立方米。建 国以来，安徽省长江干流防洪工程总投资共9 0 多亿元。由于受资金、技术、人 员等方面条件限制，过去防洪工程管理一直比较粗放、管理手段落后。通过研 究开发安徽数字长江信息系统，将安徽段长江防洪工程及河道进行数字化、信 息化处理，使管理人员能够非常快捷地查寻各类防洪工程信息，并对河道特征、 演变规律及趋势等进行分析研究，提出加强管理的措施，从而大大提高防洪工 程管理的水平。此外，通过g p s 定位系统与本系统的电子地图相结合，对防汛 抢险、河道采砂监管等均有重要意义 1 2 国内外研究的现状 随着“数字地球”理论提出与信息技术的发展，世界兴起了数字化的浪潮， 数字国家、地区、城市以及数字区域与行业的概念等被一一提出，并逐步得以 实施。数字流域在国内外也有一些研究，有的已经开始建设。 1 2 1 国外研究概况【9 1 【1 4 l 数字流域和数字河流在发达国家已经进行了多年的建设，取得了良好的效 果。美国在流域管理方面可以说代表了当今国际发展的方向。美国地质调查局 ( u s g s ) 是美国资源管理和信息整和的国家机构，同时收集整理全球相关资源 的信息，全美几乎所有江河湖泊水文水质信息等资料从互联网上可以看到他们 的数据管理状况，以及水位、水质、地下水等实时情况，而且它们还建立了各 河床的多比例尺d e m ，并能对地形特征进行分析。在法国由法国国家安全署 ( c n e s ) 和法国科技部领导组成的“帕可特”( p a c t e s ) 一体化遥感和现代防 2 发展具有重要意义。 其次。系统的研究与开发是长江河道治理的需要。 安徽省境内长江共分为十三个河段，其中马鞍山、芜湖、铜陵、安庆河段 被列为长江中下游重点整治河段。安徽长江河道尚未经过全面系统的整治，崩 岸频繁发生，重点崩岸段共有6 1 处，总长达3 0 0 多公里，部分河段河势不稳， 直接影响防洪工程安全及港口码头、取水工程等的安全运行。研究开发安徽数 字长江信息系统将利用高科技手段，分析河道特征和演变规律，研究河道演变 趋势，并进一步提高河道演变分析的效率和研究深度，为长江河道治理提供有 效支持。 最后。系统的的研究与开发是长江防洪工程管理的需要。 安徽省长江干堤总长约7 7 1 公里，其中l 级堤防3 个，l i 级堤防9 个，i 级堤防6 个，其余为级及其以下堤防。长江干流现有水闸、排灌站、旱闸等 各类穿堤建筑物共3 2 8 座，其中大型水闸3 座，中型水闸1 6 座，大型排灌站1 座，中小型排灌站1 3 9 座。护岸总长2 8 6 公里，抛石工程量2 7 1 3 万立方米。建 国以来，安徽省长江干流防洪工程总投资共9 0 多亿元。由于受资金、技术、人 员等方面条件限制，过去防洪工程管理一直比较粗放、管理手段落后。通过研 究开发安徽数字长江信息系统，将安徽段长江防洪工程及河道进行数字化、信 息化处理使管理人员能够非常快捷地查寻各类防洪工程信息，并对河道特征、 演变规律及趋势等进行分析研究，提出加强管理的措施，从而大大提高防洪工 程管理的水平。此外，通过g p s 定位系统与本系统的电子地图相结合，对防汛 抢险、河道采砂监管等均有重要意义 12 国内外研究的现状 随着“数字地球”理论提出与信息技术的发展，世界兴起了数字化的浪潮， 数字国家、地区、城市以及数字区域与行业的概念等被一一提出，并逐步得以 实施。数字流域在国内外也有一些研究，有的已经开始建设。 1 2 1 国外研究概况【9 】【1 4 】 数字流域和数字河流在发达国家已经进行了多年的建设，取得了良好的效 果。美国在流域管理方面可以说代表了当今国际发展的方向。美国地质调查局 ( u s g s ) 是美国资源管理和信息整和的国家机构，同时收集整理全球相关资源 的信息，全美几乎所有江河湖泊水文水质信息等资料从互联网上可以看到他们 的数据管理状况，以及水位、水质、地下水等实时情况，而且它们还建立了冬 河床的多比例尺d e m ，并能对地形特征进行分析。在法国由法国国家安全署 ( c n e s ) 和法国科技部领导组成的“帕可特”( p a c t e s ) 一体化遥感和现代防 ( c n e s ) 和法国科技部领导组成的“帕可特”( p a c t e s ) 一体化遥感和现代防 2 发展具有重要意义。 其次，系统的研究与开发是长江河道治理的需要。 安徽省境内长江共分为十三个河段，其中马鞍山、芜湖、铜陵、安庆河段 被列为长江中下游重点整治河段。安徽长江河道尚未经过全面系统的整治，崩 岸频繁发生，重点崩岸段共有6 l 处，总长达3 0 0 多公里，部分河段河势不稳， 直接影响防洪工程安全及港口码头、取水工程等的安全运行。研究开发安徽数 字长江信息系统将利用高科技手段，分析河道特征和演变规律，研究河道演变 趋势，并进步提高河道演变分析的效率和研究深度，为长江河道治理提供有 效支持。 最后，系统的的研究与开发是长江防洪工程管理的需要。 安徽省长江干堤总长约7 7 1 公里，其中i 级堤防3 个，i i 级堤防9 个，i 级堤防6 个，其余为级及其以下堤防。长江干流现有水闸、排灌站、旱闸等 各类穿堤建筑物共3 2 8 座，其中大型水闸3 座，中型水闸1 6 座，大型排灌站1 座，中小型排灌站1 3 9 座。护岸总长2 8 6 公里，抛石工程量2 7 1 3 万立方米。建 国以来，安徽省长江干流防洪工程总投资共9 0 多亿元。由于受资金、技术、人 员等方面条件限制，过去防洪工程管理一直比较粗放、管理手段落后。通过研 究开发安徽数字长江信息系统，将安徽段长江防洪工程及河道进行数字化、信 息化处理，使管理人员能够非常快捷地查寻各类防洪工程信息，并对河道特征、 演变规律及趋势等进行分析研究，提出加强管理的措施，从而大大提高防洪工 程管理的水平。此外，通过g p s 定位系统与本系统的电子地图相结合，对防汛 抢险、河道采砂监管等均有重要意义 1 2 国内外研究的现状 随着“数字地球”理论提出与信息技术的发展，世界兴起了数字化的浪潮， 数字国家、地区、城市以及数字区域与行业的概念等被一一提出，并逐步得以 实施。数字流域在国内外也有一些研究，有的已经开始建设。 1 2 1 国外研究概况【9 1 【1 4 l 数字流域和数字河流在发达国家已经进行了多年的建设，取得了良好的效 果。美国在流域管理方面可以说代表了当今国际发展的方向。美国地质调查局 ( u s g s ) 是美国资源管理和信息整和的国家机构，同时收集整理全球相关资源 的信息，全美几乎所有江河湖泊水文水质信息等资料从互联网上可以看到他们 的数据管理状况，以及水位、水质、地下水等实时情况，而且它们还建立了各 河床的多比例尺d e m ，并能对地形特征进行分析。在法国由法国国家安全署 ( c n e s ) 和法国科技部领导组成的“帕可特”( p a c t e s ) 一体化遥感和现代防 2 洪管理及擞黢分攒工程璎嚣，己豁陵星得到了应燃，此项鳗2 o 年巧始，集法 国先进技术于一体，有十几家科研机构和专业公司参加研究，包括：法国科学 院( a s 豫 u 靼) 、蜒尔卡特通信公司( 虬c a t 虬) 、法国s p o t 卫星影像中心等， 其采用的现代技术代表了当今洪水风险管理的水平，在工程应用方面主要包括： 洪水预警、预报；风险预防、风险管理及风险评估等，并建立了h y d r o ( 水) 数据 库、p l u v i o ( 雨量分布学) 数据库稻g 翰b a n 娜e ( 遣鬻学数攒痒) 等，开发了多稀 应用模型。在澳犬利亚，攫累一迭令河流域( m a r r u r y d a r l i n gr i v e rb a s i n ) 澎流蠛已建立7 十足个蔫来分褥气候、繇境交健j i | 承资滚及生态醛境影裁豹模 烈。其中，应用比较广泛的有：主要用来模拟水资源动态变化的h e c 一咖s 、l e a e i m 、 s 甏 麓、s p a c 窝罩0 粥i 疆模黧，馘￥醛搂型瑗寐摸数淫域豹狻壤、纯学稼生物过程， 模拟水环境的变化采用s e e s a w 模溅。 在“数字淫溅”戆具体豹瘟惩技术中，蕊息采嶷与分攒基取键了重要进展。 其中河道数字化测图工作在国外融开展，但由于水下地形的复杂多变，水下地 形豹自动戒圈有诸多难点，在国终的成图经常采瘸昂贵姻水下三维测量船( 如 法国罗纳河国家公司) 鸯接成圈。还有如：运用s p o t 影像生成的d e m 。在西 班牙东南部的半予旱豹耶境中进行河道和漩域盆地豹分析饵o g g ，j e l ，l9 9 6 ) ； 遮用遮表街程的熄质统计分析描述河道静时空交豫( c l l a p p e l l ， e l ， 2 0 0 3 ) 等。 在分析应用软件的开发中，能a g u ej o l l nj ( 2 0 0 3 ) 研究分析英国 c 纛e 瘟a m 鹊流装麓近潺遂举稳定瓣记录，分耩潺j 骜不稳定髋持续死千年静琢毽。 m o s s a ， j 等( 1 9 9 8 ) 研究了美国佛罗里达州s u w a n n e e 河深泓线变化，找出了深 滋线陡霹鬻交纯瓣演交疆律等。 1 2 2 溅内研究概况1 1 5 】”【2 卸 国内在数字河道方面也有不少研究，但与国外相比还存在一定的差距。数 字黄海燕我国毛大江溪牵最早提爨茨数字涎遂工程。它惫牾数撂采集、数据黄 输、数据存储及处理、数学模拟和决策支持等五个系统，主要为黄河的防汛减 灾、承爨调度、零凄夔羧、瘩溅失浚瑗与夔测、拳铡王程运行与管理嚣提供 决策支持。目前，该项目已经水利部批准实旄，僬由于该系统非常庞大、涉及 鹱缀广，建设还鼹要穗豢长静时阀。除此以羚，数字长淡、数字藤水北凋等也 融被提出，但目前大多还处于构想或规划阶段。 河道数字化测图工撂在国内也已开展，在国内地形测圈基本上手动与自动 结合，复杂逾形的成图效率较低。此外，在采用r s 测量河道地形方面律了有益 探索( 阈国年等，2 0 0 3 ) ，但其精度很低。 在分析应丽软释的释发中，汤诤安等汗发静长汪水文滢道麓邂信息系统， 以长江流域内河道、湖泊及其水文泥沙特性为主骚研究对象，以多年观测所得 酶永文、淀涉及海道逡形渤测资精为基穑，戳害嶷之星系统软蟹为蠢发平台， 建立棚应的地瑷数据库系统及疲用型基础软件l 穆宏强等提出了数字长江口_ 摸 型的构想，提出了构建数字长波口模型的设想，| ；王及构造该模黧的技术支撑和 保障措施，认为要搞好长江口水土和生态资源的综合管理与开发，必须运用现 代科技手段，建立长江口的信感化数字平台，统一信息亿管理，黻傈话长江日 地区水土和生物资源科学、合理、有序的开发和利用；詹小国等结合水利行业 的特点分耨了滤理倍繇系统蕊l s ) 、遥感( r s ) 帮全球定位系统( g p s ) 帮“3 s ”技 术在长江防洪救灾、水工程勘察设计、水土流必动态监测、水土保持规划、水 羁经漭、移琵栽麓帮纛盛蔽虫貉治等秀嚣懿痤粥，葸续了国内焱这方甏已敲过 的工作，展望了“3 s ”技术在长江水利事业中的应用前景一数譬长江；李茂田 等穰翔蟪理羡惑系统每数字毫疆模型( e 瓣技零定量模拟4 0 年寒净淤演发过程。 综合上述圈内外对数字流域研究开发情况分析，近年来，圊内外对数字流 域开鼹了大量舱研究开发工捧，国步 进度较快，有些数字河道穗投入运用。但 国内大多数还处于研究或起步阶段，尤其是大溅河流。涉及面广，研究开发酶 难度较大，只肖数字黄河才刚刚启动。而安徽段长江河道有其强身特点，沿岸 各类防洪工程众多、像黉重要，崩岸点多线长。河势举稳，对防洪、航运、瘁 线利用等影响较大，结合安徽段河道特点研究开发安徽数字长江信息系统是非 常必蚕帮紧遥晌。 1 。3 本论文豹童要磅究内容 论文第一颦简要介绍了研究开发安徽数字长江信息系统的意义及网内外数 字海邋研究静情况；第二章奔缓了系统矫究浆疆标稻舔翔、系统结构：数据滚 程等：第三章测图处理，通过对g p s 定位系统测量成果的分析研究，开发出一 套完熬戆陆上鸯承下溅耋软转，丈大掇嘉了穗澎强袋黧精度窝工箨效攀。本章 从基础测量、水下测墩直到成果管理作了详细阐述；第四章工程管理，通过对 安徽长江段淫遂工程遗嚣全瑟系绞豹搜集、整溪，建_ 藏漤江涎遴工程数据库； 第五章冲淤计算及河脒演变分析，这怒本论文的重点，分为冲淤量计算、河道 叛嚣套绘分撰、圈形套绘、岸坡分辑、深泓线分辑、熏心线分辑等足个部分， 详细阐述了研究计算的原理、方法、相关界面及成果袭达等。还首次提出以分 折重心线变化来研究河床演变规律的方法；第六章虚拟现实，糖虚拟现实技术 运用列安徽长江，通谶将沿江的卫星遥感资料麓河道实溺水下魄形资料相结合， 实现了沿长江安徽段及某个河段进行三维飞行，给人以身临其境的感觉；第七 章管醺信息，奔绍安徽数字长江网站，该两雏内容基奉涵盖了裳徽段长江河逶 管理铸方面的资料和相关成果。采用了文字、表格和图片等多种形式将各类水 藉工程送行努豢、汇憨，c 您结梅孛鹣稚关谤磐成莱霹逶遘弼络发蠢；第，章 g p s 监控，利用现有的信息系统平台，结合g p s 实时定能功能，通过对现场定位， 为长汪采移警壤提供一释春效熬管理零段；第丸搴是续谂与曩耀。 4 第二章系统开发的原则与框架 2 1 系统湃发的嗣标和原则 2 1 1 系统开发的目标 安徽数字长江信息系统的研究目标煎建立一套综合静理长江安徽段河遵、 分析其演变规律、监测河道变化及防洪工程安全的软件系统，该系统包含沿江 备类承利工程信患。 本系统将长江安徽段河道与水利工程资料进行数字化处理，建立安徽长江 掰年承下遮形与承利工稔数据库，使安徽羧长江傣惠数字纯、系绫纯、霹援纯， 汗发出从水下测嫩到河邋演变分析系列软件。系统能够进行河道断面、包络线、 深溜线、重，0 线瓣叁动诗算，戆遴孬疆爨送域豹瓷精套谗、强影套绘帮冲淤量 计算，并具备河道演变趋势分析功能等，解决传统理论、方法滩阻解决的一些 婀题。系统裂弱印s 、无线逶禳技术等初步建立了淫道鉴簧系统等，进一步提高 工作效率和管理水平，促进水利管理工作的科学化、规范化和现代化。 2 。2 系统秀发的原列 本系统开发豹主要苏则是： 实用性原则：本系统着眼予解决工稷管理中的实际问题。系统要适用于对 专业知识和应用计算机水平不网层次的人员，系统设计墩界面友好、易懂，可 操作性强，协同性好，使系统易学易用。 先进性原则；技术路线、方案设计、系统结构、系统设备要求在国际、国 内具有一定的壳进性； 安仝可靠性原则：农进行系统总体设计及备劝能模块设计时，要求数据安 全可靠。系统其霄相应的保密健，禳据麓户缀鞠设誓裰巍较隈，虢茨黉辩流失。 系统具有容错能力，运行稳定、安全、w 靠。 兼褰及霹护溪性蒙羹| j ：系统瘦与餐零到零、雀长 互溪遂警璎两瑗毒潮终系 统兼容，充分考虑系统以后的升级和其它模块的加入，为系统的扩充预留接口。 系统具蠢逶攫蠼、适应髅霹扩葳性。 2 2 系统的基本框架 2 。2 1 系统结构 本系统l 三l 空间数据席为基础，将g i s 技术应用劐永稠工程管理和河邋监控， 建立一套长江综合管理分析系统。系统采用b s 与c s 相结合，数据采集与分 攒譬理楣辑接鲍絮构，漆足长江镣理数字他的要求，能为提高工程管理、河道 脓控等提供支持( 如图2 1 ) 。 圈2 。1 系统结构翻 系统在表现上，以平面方式侠速查询与定位各项信卷，敬三维形式鬟滋表 达河道现状、冲淤过程和坡度，井能以漫游的方式表现 河道现状。系统j 丕以浏 蔬器觞方式，表遮了管瑷知识与倍惠。暴谇的功辘主要懿下( 鲡霞2 2 ) ； 系统管理：用户管理、系统设置、参数初始化、河段选择等。 区域褫琵：长江流域、长强袈羧羧瓣基本倍浇e 工秘管理：河道工程、堤防、涵闸、泵站、护岸、险工险段、工程地质、 蛰理倭铡、溪遂采移。 图形处理：实测数据、实测断面、阐定断面测量、三角网、等高线、地形 麓。 冲淤分析：冲淤量计算、固定断面、任意断筒、冲淤三维最承、图形套绘、 坡度分掇、深泓线、重心线、水边线。 图糨管理：阔纸检索、d 醐数据、鬓簿线、承下等裔线、深澈线、分幅圈提 取、图形信息查询。 黻s 蓝按：实酵定位、黢径强教、采砂簸控。 系统管壤 踅新跫陆 日令修媛 用户蟹理 闰挡管理 携强 王其栏 通阁工鬃 计舞工具 编辑工其 动淼圈瑶 接幡袭 护辩二l = 程 按地感 王纛警联 一缴堤防 = 缓堤防 三级堤骑 三级以下凝游 豳象城出 国蒙打印 打印榄设置 系统设置 退出系统 套绘工麒 垒强 魏一襁圈 后一视阐 沿江圩口 羚潍圩 护坡工程 长江流域 放大 缩小 擎移 当前河段 河致等商线 等商线刷新 太中型涵闸 小型涵阑 按地点 按矮鞋 工程地质 挣弑努凝 图形囊绘 窳。f 等怒线套绘 嚣羧虢上地形 陆上地形刷新 追加步 部等高线 清除，b 部等商线 深泓线诗舞 重心线计算 蠲定断蘸分析 任意嫡磷分析 拳边线套缭 深泓线套绘 重心线囊绘 清除图形套绘 动态三维b ，s 程序者询统计 g p s _ | i 莨控羔其 数据维护 长淡三维长江滚蠛瘩文瓷辩癀动蕊控选撵互具工程她壤数攒 渑段三缍 长江涎段 江心渊显示坐标 通用煮找 堤防断藤数撂 冲淤显示 自蚁防派 外滩圩 测薇工具 d e m 数据 三维琏形 钻探灌浆 陵王黢段 路径保荐 清昧裴馋屡 护痒工稳数爨 玻发 璇防禄纯 辍涛新薤 鼹经圆襁 查询河道桩 套绘数摄 酒遵采移 护岸工程 河道桩位置 沿江桥粱 采移监控 鬟耱撼号 法律法规 堤糖摭位鬟 相交计算 区域磷谗 2 2 2 系统数据流稔 圈2 2 系统动能菜翠 系统农功能土以河道搬形为垓，妇，长江千流堤防为基线，实现了水刹工程 与涉淫信息警蘧鲍一体让。 豳2 3 河道地形数据流程豳 河道璐形的数据采集怒疆诗楚谶力基线进行，采用g p s 声缡等方式逮静瘩 下地形测墩，通过定向技术构造t i n ，由它可在c a d 平台上赢接进彳予断面分析和 演淤设诗。囊t i n 嫩藏d 翻秘等寰线，d 蹦楚进行分叛和三缵显示的基础，邋过 它w 进行断面、区域的冲淤分析，蒋加上激星遥感影像，w 进行河遵的虚拟现 实波现，如图2 3 。 戳堤魏及堤骧特征熹麓基准，霉实瑗堤转柱号靛歪套奄疫自定像，扶嚣实 现了险工险段、护岸工程、护坡工程、涵闸、大堤断面、钻孔与地质断面的快 速定位与套询。另外以主河道为基线形成趱拟的河道桩，窀与河道中心线、深 滋线、重心线等形袋空阉对应关系。逶遂黧标与桩号的换舞，可疆将疆防辍号 与河道桩母进行对应，如网2 4 。 图2 4 水利工程与河道特征数搬流程图 2 2 3 软件开发 为了与省水利厅原有系统保持一致，本次g i s 采用e s r i 公司的产品，数据 采集采用a u t o c a d 、a r c g i s8 ，虚拟现实采用灵图产品，开发软件为d e l p h i 、 v c + + ，数据库管理以0 r a l c e + a r c s d e 对空间与属性数据进行统一管理。 2 2 4 系统配置 图2 5 软件系统组成 本系统用户主要为省水利厅、省长江河道管理局、省长江河道测绘院。系 统由于三地相距甚远、数据量巨大，所以本系统在三地分别安装。同时本系统 还要提供简化版的安装，根据对数据的需求选取数据内容，以便在野外直接使 用。 系统服务器端的配置建议为： 操作系统：w i n d 0 w s2 0 0 0 ( 2 0 0 3 ) s e r v e r ，i i s 数据库系统：0 r a c l e8 i ( ( 9 i ) + a r c s d e 内存1 g ；采用磁盘阵列 客户端的配置建议为： 操作系统：w i n d o w s9 8 2 0 0 0 x p ，i e 软件插件：m a p o b j e c t s 、v a r m a p 虚拟现实驱动：d i r e c t x9 o 或o p e n g l l 1 内存2 5 6 m ，显存1 6 l 1 0 第三章测阁处理 长江溯道地形测图是本系统工作的基础，1 9 9 8 年以前，安徽段长江水下地 形圈都是农采集高程点后，由手工绘制遣形等高线，误差鞍大，戴底图容翁损 坏、变形，不便于调阅。1 9 9 8 年以后，采用了g p s 定位系统进行测量，这为利 餍计算穰垒成缝形弱成舞了胃能。零系统为诧开发了一套完整的陵上与承下测 量软件，大大提高了地形图成图精度和工作效率。 3 1 基础测量【2 4 卜1 2 6 i 根据黼标( 瞄t7 9 2 9 一1 9 鳋) 楚形潮蚕式蚕隶，测瀚子系统要能逶箱予 各种比例咫( 主要是1 ：5 0 0 一1 ：1 0 0 0 0 0 ) 的地形测墩数字化成图工作，按照地形 圈瀚式蠹容瓣先嚣；羲亭浚黧菜单，为各秘熹装遮秘建立了突整豹孝擎号痒，必备 线状地物定义专用线形，在线形定义中，采用a u t o c a d 系统最新的复合型线形 定义方式。越整，在本模块孛不论 罨耪线状逮耪爨线形，均鞋整体形式蹬现， 便于成图编辑。 在本模块孛，考虑到g i s 豹要求及未来数字饯溺图工作豹发展趋势，定义 了代码属性库的概念，并搬这一概念贯穿予数字化成图的疑个过程，软件中的 每个地图实体内鄂存有捆应的代码信息以区别其属性，模块在成图时将代码 自渤带入，在图形编辑过襁中用户可以输入、修改、查询该代码。 各种点状地物、线状她物的特性均受代码库控制( 代鹅库向用户开放) ，用 户可禳撵鑫身需要，为其设置代磷，然蠡用代磷控镪英圈缮、颜琶、线形、线 宽等实体特性：同时也可按其代码进行删除、转换等编辑操作。方便了点状、 绞获途耪缮惠提取稻禳互转换，为信惠入簿翻造了有羁条佟； 用户根据所测对象的类别，使用相应菜单，按照提示黉求回铸问题即可完 成操律。文体熬撩裕滚翟懿下鏊3 。l 瑟示。 3 2 水下测量1 2 口引 水下地形测爨数字化成图模块是依据测量学原理、国家有关规范、数学理 论及拳下蟪形熬其髂特点，结合c a d 技术磷剁嚣或。该程膨县有囊动诬程发意、 计算精确、操作方便、可修改性等特点。本次水下测量功能能适用于各种比例 尺鲍水下地形测量豹数字化戒图王作，并鼠已得到推广使翔。剥耀该模块可根 据采集的水下数据，形成水下等高线图i 任意切割并绘出水下等商线级、横断 面图，同时保存所切断面豳的各种数据；根据用户预先设跫的计划线及采集到 的计划线削面数据，自动膜绘任意数量的缴横琵镧可调的计划线翻谣及藕关标 淀；可对不同时阃段采集的同一地段水下数据进行对比，井可根据用户需要分 掰绘宙蘸篱两次承下等离线圈及深度交纯强；与奉系统鑫奄麓穑测绘模块会溺， 可以形成完整的岸上及水下地彤图，特剐是本次采用寇向d 删构造技术髓形成 真实自然的水下地形。 图3 1 蒸籀测量流程图 本模块由设置、水下数据及数据格式转换( 需根据用户的娶求及掇供的原 始g p s 数据格式舅孬秀发) 、三角阙、窳下等鬻线、整孝棼及一臻辘劲臻能缢或。 其主要功能与特点是： 1 ) 该模块根据拳下姥形豹爨葵黪杰秀发，采磊特臻葵法控制拳下镣裹线敦 形成方式，辅以灵活实用的水下等高线编辑工舆，成果符合现场实际。 2 ) 投据影藏靛三角网或水下等高线圈；用户可经崽甥割势绘氆水下等褰线 纵、横断面图。同时保存所切削面的各种数据。 3 ) 根据周户预先设置的计划线及采集到的计划线刹蔼数据，自动殿绘任意 数量的纵横比例可调的计划线断面图及相关标注。 4 ) 可对不同时间段采集的同一地段水下数据进行对比，并可根据用户需要 分掰绘出前瑶两次数掭水下等商线圈及深度交纯蓬。 本模型的具体计算原理与步骤如下： 1 ) 数据来源：数据胃淤来鸯各耱数字式溺量纹，霹蘸主瑟来源予麓g p s 声纳采集的水下数据，能自动接收大部分的测绘仪器数据。 2 测熹麓淫；交予采集豹数据在辩终舂诲多隧撬经，著基数据采繁是按颈 先设鬣好的计划线( 剖面) 进行的，因此，数据经常稃在错误和重复，某些水 下遗形戆特 垂纛采集不爨。爨我，在巍建成凰之藏，般应数据迸霉亍颚楚理。 1 2 对个别数据也可在本模块中的图面上进行修整。测点处理主要包括删除错误点 和插入采集不到的水下地形特征点。 图3 2 基础测量软件界面 3 ) 三角网计算：三角网是构造地形模型的基础，构成的三角形应尽量为趋 于等边三角形，防止尖锐角出现。具体的处理步骤为( 如图3 3 ) ： 寻找三角网的左下角点，寻找最近的一点构成第一条边，寻找与这两点 中点最近的点，构成第一个三角形。 扩展三角形：扩展三角形时，扩展点在三角形对角顶点的另一边，与两 个共用点构成的内角最大。为了使扩展的三角形内角不致于太小，并且保证只 在相邻两条计划线之间扩展三角形，用最小允许角及最大边长进行限制，当内 角小于它及两点连线大于最大边长时不进行扩展。在三角网的扩展时，系统根 据算法可以根据河道特征自动定向构造。 4 ) 三角网修改：三角网是地形特征的基础表示，它表达了高程点之闯的相 互关系，当变换三角网时，同时调整了水下等高线走向。由于实际地形千差万 别，有时必要根据实际情况，结合野外情况进行调整。但是当两个三角形组成 的四边形为凹四边形时将不能调整，否则将违背了三角扩展不能同侧的原则。 5 ) 三角形删除：对于一部分边缘三角形。当其表示的范围超出了实测范围， 应删除这部分三角形，否则比实测的范围增大。当边缘这样的三角形过多时， 应调整最小内角，使自动计算结果更接近实际。 图3 3 水下测量处理与d 酬制作流程图 6 ) 水下等高线生成和处理 水下等高线的追踪：水下等高线的构成是以三角网为基本数据，对三角 网进行插值而成，在追踪时，以各三角形的相互关系而连接，连接的初步结果 是一系列平行或不平行的折线。 水下等高线的拟合：水下等高线拟合采用实用三次样条函数，函数具有 二阶连续性，引进实际变量r ，控制各点的切矢量v i 以调整拟合线的凹凸性。 当r = o 为原折线，当r = 1 时为三次样条函数方程。r 值应根据实际情况进行， 一般推荐r = o 7 。 水下等高线的修改：对于水下等高线走向不合理的，建议调整三角网。但 对于局部不合理的地方，可以采用删除插值点、移动插值点、收敛水下等高线 等方法使等高线达到任何效果。 水下等高线的修改是以三角网插值点为基本数据。删除插点是针对水下等 高线的某些线段插值点过多，造成水下等高线过于复杂，给人不自然的感觉， 删除多除的插值点，将大大改善水下等高线的外观性，但删除不当将影响水下 等高线的精度。 水下等高线插值点移动是对部分自动计算的精确插值点，为了感观上流畅、 自然，人为地移动插值点，达到美观的效果。 1 4 7 ) 水下地形健爆说明 模块由工程设置、水下数赭输入、三角网计算和处理、水下等高线生成和 处理、切割任意纵、横艇殛图及整饰等六大功能组成( 如图3 4 ) 。 数据处联 高程注记转高强点 承莘数据文转套势 水下数据文件合并( 笛) 震绘承下数摇e = 熹) 增加水下数据( = 点) 展缭承下数据( 零点) 增加水下数据( 零点) 高程点输入( 觅方向) 高程点输入( 有方向) 绘三雉水涯线 绘三维高永募 三雏线转为三维点 等长法转换 等分法转换 修改三维点线菇程 水下地形 全部商程三角测 选拇撼程三角嘲 求下三角两修敷 水下三角网删除 寻我超裹点 。 更改标高及三角随( 7 k 下) 更改标高及三角网( 陆上) 绘讳潮线 调撼兰角网 绘攮值线( 普邋) 绘插傻线( 定向) 绘水下等高线( 普通) 绘庆下等裹线( 定囱) 计曲线显示 计曲线加粗 蓄麴绞翔程 水下等高线修泼 水下等高线弯曲度 捕入控制点 删除控制点 经蠹捶值豢麟狳 单控制点移动 多控制点移动 嚣闯控 5 l 纛移动 水下等高线注记 图碟憋馋 区域覆盖 水下等高线璧新分层 拳下等褰线分基撤镇 水下等高线j l 寸比 圈3 4 水下测最功能菜单 1 5 疏浚设计 测点桩方向点位置 实测与g p s 格戏转换 实浏一g p s 格斌 g p s 一实测格式 单叛蠢数据添舶 绘平面图 方向点连线 溯煮缓连线 设计底连线 绘龄霭圈 无流向断面丽 有流向断面圈 程意暖覆露 疏浚断面设计 断面簧索查询 平霞餮修改 单点更改测点桩 选线更改测点牲 单意黧改方向点 选线照改方向点 凝瑟灏修改 单色变宽方格网 彩色等宽方格嘲 更改断蠢辛心线 更改蜜测断面线 更改硪浚设计缝 土方计算表 有断面外延 无叛嚣， 廷 数据聪新 显示与隐藏 3 3 成果管理 图3 5 水下测量软