三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺

1、項目需求區(qū)域概況洪水風險圖三維洪水風險圖需求洪水風險圖國內外狀況國內外風險圖制作一洪水風險圖的社會經濟效益建設目標洪水風險分析成果三維展現(xiàn)一洪水風險圖定期更新建設內容三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺數據準備風險圖信息準備異構數據轉換河道地形概化提取高程洪水風險成果數據與三維地形融合模塊化可擴展設計其他數據成果整合工具預留接口分析軟件對接應用接口數據定期更新三維地形地表模型數據更新基礎數據更新實施方案一三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺框架體系架構空間數據共享與交換異構數據轉換三維模型與地形的融合水流與地形的融合提取河網流域河水與河底的結合透明水面效果業(yè)務數據與三維洪水風險圖結合洪泛區(qū)大范圍地理信息更新航飛范圍概述航

2、飛方案設計技術路線遙感平臺航攝儀報價航線敷設飛行時間選擇飛行質量要求影像質量要求航飛預算報價三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺項目需求區(qū)域概況天津是環(huán)渤海地區(qū)的經濟中心，要逐步建設成為國際港口城市、北方經濟中心和生態(tài)城市。行政區(qū)下轄16個區(qū)縣。天津地勢低洼，極易發(fā)生內澇，尤其對中心城區(qū)造成危害更為嚴重；天津濱海地區(qū)常受風暴潮的襲擊，且常與暴雨洪水相遇，加大了洪水對濱海地區(qū)的災害程度；北部山丘地區(qū)山高坡陡、水土流失較重，遇大暴雨，容易引發(fā)山洪災害。特殊的地理位置、地形特點和水文氣象條件，決定了天津市必須承擔“上防洪水、中排瀝澇、下?lián)鹾３薄钡亩嘀厝蝿铡＜訌姺篮轶w系構建，增強調節(jié)控制洪水能力，是洪水風險管理的重

3、要手段，而另一方面，無論多高標準的防洪設施，對洪水的調控能力還是有限，只能在一定范圍內控制洪水。因此，在防洪工程建設的同時，還要加強非工程措施的建設，加強對主要河道、蓄滯洪區(qū)等的風險管理，有的放矢的采取各種防洪減災及洪水調控措施，構建綜合性洪水風險管理框架，三維洪水風險展現(xiàn)，為洪水風險管理提供了直觀、立體、準確的風險管理數據和依據。洪水風險圖洪水風險圖是“洪水管理”的重要基礎，洪水風險圖制作是防洪減災的重要基礎性工作，為防洪規(guī)劃、建設防洪工程、制定防洪減災非工程措施、部署防汛搶險措施、合理確定避災對象、避災目的和路線、合理評估防洪措施的經濟效益、洪災損失等工作中有十分重要的作用，同時在規(guī)范國土

4、的開發(fā)與管理、保險理賠評估、加強水行政主管部門依法行政、增強全民的防洪減災意識等方面也有非常重要的意義。三1維.洪水風險圖需求洪水風險圖對可能發(fā)生的超標準洪水的洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進行預測，通過流量、洪量或水位等特征值明確量級，不同的淹沒水深決定不同的受損程度，如農田淹沒水深決定作物的減產程度甚至絕產；居民區(qū)淹沒水深決定了房屋和財產的受損率甚至人員傷亡。不同深度不同淹沒時長，災情不同。洪水風險圖并結合泛紅區(qū)社會經濟的發(fā)展狀況，并基于三維和數據庫技術，建設風險圖展現(xiàn)平臺，不僅反映洪水風險區(qū)域，還能夠準確反映災害大小，能直觀展現(xiàn)水深的影響，準確反映同一區(qū)域

5、不同高度的房屋、作物等受災害損失的差異，洪水演進時洪峰到達的時間、程度、真實準確的破壞程度，洪水演變過程中，可以避災的路線、高地和場所，實現(xiàn)對風險圖的高效管理，為防洪減災決策提供支持。.洪水風險圖國內外狀況從國際國內的實際來看，洪水風險圖可以廣泛使用于洪水保險、洪泛區(qū)管理、洪水避難、災害預警、災情評估、洪水影響評價，提高公眾的洪水風險意識，是進行洪水管理的科學依據之一。國內外風險圖制作國外很多國家在風險圖制作有豐富的經驗，美國從上世紀五十年代開始制作風險圖，至今已有幾萬個社區(qū)、幾十萬平方公里的洪泛區(qū)洪水風險圖。日本多年前，根據歷史上的洪水災害，公布了他們管轄范圍內的50條0河流的歷史淹沒圖，當

6、洪水發(fā)生時，為了指導居民快速、安全的避難，日本各級政府開始制作洪水風險圖，日本的洪水風險圖即包含淹沒信息（淹沒區(qū)域、淹沒水深），也包含避難信息（避難位置、避難路線、避難路途中的危險場所等）。德國開展了三維城市建模，并結合模型數據和社會經濟數據，借助數學分析軟件，對河流兩岸洪泛區(qū)的淹沒情況進行了分析，以此為依據對損失情況進行了評估。該數據不僅為政府防洪疏散提供了科學支持，也為商用比如保險公司評估確定洪水保險費率提供了依據。圖1.德國洪水風險三維分析和展現(xiàn)我國從199年7初，組織全國繪制洪水風險圖，并制定相關標準，通過對歷史洪水資料的初步分析，了解受淹范圍中的人口、資產分布；進一步，通過分析，確定

7、區(qū)域洪水風險分布特點，為防洪規(guī)劃和防汛預案服務；現(xiàn)階段，采用仿真、大數據、等新技術，建立地理、社會經濟、工情、水情、災情大量信息的可視化分析、展現(xiàn)和管理查詢。洪水風險圖的社會經濟效益有文章介紹，美國的國家洪水保險計劃通過社區(qū)、金融、保險業(yè)的參與，每年減少洪災損失大約8億美元。此外，按照洪水風險制定的建筑標準，可減少損失77。%日本居民根據洪水風險圖中的避難所指示進行了正確的避難；參看了洪水風險圖進行避難的居民比沒有參看洪水風險圖進行避難的居民快1個小時。.建設目標洪水風險圖可分為基本風險圖、專題風險圖和綜合風險圖。洪水風險圖的制作和應用包括：基礎資料收集處理、洪水仿真分析、洪水損失評估和影響評

8、價、避洪轉移分析、洪水風險圖編制出版以及在洪水風險圖管理平臺中的應用等。我國洪水風險研究的重點將洪水數值模擬技術應用于洪水風險分析計算，及對洪水風險圖的研究，隨著物聯(lián)網手段和對地觀測手段的豐富和水平提高，風險圖的準確可靠度提高，而成果展現(xiàn)也從表單匯報向表單結合一二維技術發(fā)展，隨著傾斜攝影技術快速構建大區(qū)域三維場景的普及，三維準確展現(xiàn)洪水風險分析結果成為一種需求和方向。近幾年，天津水務在基礎資料信息化建設方面取得了比較全面的成果，三維防汛抗旱系統(tǒng)、防汛抗旱會商系統(tǒng)、防汛抗旱指揮平臺的逐步建成使用，為天津洪水風險圖的繪制應用提供了非常好的基礎條件，也提出了迫切的需求。洪水風險分析成果三維展現(xiàn)基于二

9、三維一體化展現(xiàn)和應用，可基于二維洪水風險和搶險指揮分析，同時基于三維實景和三維仿真可實現(xiàn)洪水河道演進、洪水淹沒、避險轉移和現(xiàn)場指揮的三維場景虛擬仿真和電子沙盤。并能夠其他洪水預報系統(tǒng)、防洪調度系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)預報、調度、風險分析和三維動態(tài)展現(xiàn)的綜合應用。洪水風險圖定期更新三維洪水風險圖，直觀易懂，制作后，由權威部門向公眾發(fā)布，可以達到更好的減災效果，在洪水風險較大區(qū)域，利用洪水風險圖制定防汛預案和演習。自然是不可預測的，洪水風險不斷受到自然和認為因素的影響，處于變化之中，這就意味著洪水風險圖制作需要隨著環(huán)境和條件的變化不斷完善。如果更新周期長，不能保證洪水風險圖的準確性；過短，需要大量的人力、

10、物力、經費的投入，按國外大多數國家的經驗，每5年對洪水風險圖更新一次。.建設內容利用強大的三維造型功能可以立體、直觀地反映洪水風險信息，直觀反映洪泛區(qū)防洪態(tài)勢，并融合防洪工程及非工程信息、洪水特征及其風險分布信息圖表，并能實現(xiàn)對洪水和地形的三維交互式實時漫游,為防洪抗險決策者提供充足的輔助決策和科學依據。SmartEarth三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺為用戶提供三維空間數據生產工具（提供傳統(tǒng)產品）、多源數據（衛(wèi)星影像、航空影像、傾斜攝影數據、人工模型、業(yè)務矢量等）海量無縫融合、全要素三維城市模型構建、基于云計算架構管理海量多源數據、提供海量數據三維展現(xiàn)、空間分析、行業(yè)應用。另外，平臺的兼容性和擴展性

11、非常好，面向對象的架構，對數據、功能、服務模塊化管理和接入。三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺，采用云計算管理和調用洪水風險圖依據的多源海量歷史、實時數據:地理、社會經濟、工情、水情、災情等；掌握了數值分析數據與三維地形結合的關鍵技術，通過洪水風險分析成果數據格式轉換以及數學插值，實現(xiàn)洪水風險圖的三維展現(xiàn)、瀏覽和空間分析，使指揮決策人員和避險受災群眾有身臨其境的真實感覺，便于指揮決策人員和避險受災群眾直觀地進行判斷、制定決策信息，同時通過相關分析功能，合理進行資源調度；進一步，根據技術發(fā)展程度以及業(yè)務需求，通過平臺的兼容擴展能力，融合更多的分析軟件和數據，與其他業(yè)務系統(tǒng)對接，開展可視化的洪水風險管理和成果

12、發(fā)布共享：洪災損失評估、建筑物防洪標準、避災路徑、場地、三維實景避災知識推送；數據準備風險圖信息大體分為四類：基礎地理信息：行政區(qū)劃、水系、交通、民居等等；工程信息：堤防、水庫、蓄滯洪區(qū)等；洪水風險信息：淹沒范圍、水深、流速、到達時間、淹沒歷時；非工程信息：撤退路線、安置點、預警報、土地規(guī)劃等；風1險.圖信息準備風險圖信息依托天津水務信息化建設成果，采取共享調用的策略，缺乏的數據采用傾斜攝影技術采集生產。三維洪水風險圖是洪水風險分析成果數據結合三維技術，實景再現(xiàn)洪水演進的情景，底圖是地形和三維模型，三維基礎數據一部分來自天津防汛抗旱三維系統(tǒng)建設成果，另一部分來自傾斜攝影數據更新成果。本項目展現(xiàn)

13、的洪水風險分析數據是天津防汛抗旱管理處已有的計算成果。異2構.數據轉換三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺，采用的是三維地理信息系統(tǒng)融合現(xiàn)實映射技術的思路，利用數字地形、遙感影像、傾斜攝影等技術構建真實地形地貌，在此基礎上，將現(xiàn)實中的對象以其地理坐標映射到風險圖上相應的位置，對現(xiàn)實進行真實再現(xiàn)。洪水風險圖就是將洪水的演變特性映射到真實的地形地貌上，在發(fā)生以先，使可能造成的風險災害真實可見，據此，得出相應減災救災措施。洪水風險分析軟件往往是基于水動力模型、水量平衡方程、蓄泄洪方程等水利專業(yè)模型和算法，研究對象不同，數學模型均有差異，河道洪水分析或者蓄滯洪區(qū)或者城區(qū)積水分析的成果數據的格式會有所不同，與地理信息

14、平臺的兼容數據格式差異更大，在進行成果數據現(xiàn)實映射之前，需要對成果數據進行一定的格式轉換，以適應平臺兼容格式。河3道.地形概化地形概化主要分兩個步驟：首先，利用已準備好的五類數據（水邊線、深泓線、實測大斷面數據、水位流量關系和子斷面數據），用軟件生成符合實際地形的內插斷面，內插斷面一般要求垂直于河道主流線；其次，利用實測大斷面數據和水位流量關系插補斷面的高程、面積和寬度曲線，利用帶有高程值的內插斷面生成不規(guī)則三角網（）。在內插斷面和生成高程兩個步驟中，內插斷面是河槽地形概化的關鍵，也是技術難點。1）內插斷面。在鄰近的兩個已知實測大斷面間，根據水位流量關系，分別求出在某一水位下，水流流經兩已知斷

15、面時的水面寬度，以及在該水面寬度以下的斷面面積，進而確定內插斷面的位置、高程值等。內插出的斷面是由若干個含有高程值的點組成的。2）利用內插斷面生成地形。內插斷面之后,利用軟件生成不規(guī)則三角格網（）或數字高程模型（）,為提取河槽任意點的高程做準備。在提取任一點高程之前，需要進行概化地形與實際地形的比較，以確保概化地形數據的準確性。3）概化地形與實際地形的比較。用剖面線與對應的實測大斷面進行比較,觀察概化地形與實際地形的差異。以高村斷面為例進行比較可以看出,實際地形與概化地形在河槽高程、河槽形態(tài)及河槽面積上均能達到較好的吻合,能滿足數學模型計算對地形概化的需要。4）內插斷面的關鍵技術。對彎道的處理

16、。對河槽彎道的地形概化是比較困難的既要考慮彎道的彎曲形態(tài)又要考慮內插斷面的位置。在實際工作中,我們采用了彎道弧段等分法。不規(guī)則三角格網（）的生成。理想的生成不規(guī)則三角格網的方法應該是先在同一斷面進行高程插值,再進行斷面間的高程插值。而傳統(tǒng)的生成不規(guī)則三角格網的方法是在斷面和斷面之間進行插值,這樣生成的地形往往比實際地形的高程要高一些。為了解決這個問題,我們根據具體情況增加了一些離散高程點。內插斷面的時效性。受技術和經費條件的限制,不可能獲得同一時刻斷面間內插斷面的水邊線、深泓線和水位流量關系等,而只能是不同時間段“湊”起來的,現(xiàn)階段能做的是盡量縮短時間間隔。提4取.高程生成河槽的三角形網格。采

17、用三角剖分的最小內角和為最大的原則即所謂的“最大最小角原則”生成河段的三角形網格。從概化地形上提取高程值。生成二維三角形網格后將之疊加在地形上,提取任意網格節(jié)點的高程,然后將含有高程值的二維網格脫離地形即完成了高程值的提取。洪水風險成果數據與三維地形融合利用開發(fā)接口和洪水水動力模型，可以將模型計算的淹沒范圍、淹沒水深表現(xiàn)為內部數據結構的數據集，為洪水演進過程中水流和真實地形環(huán)境結合打下基礎。系統(tǒng)中的地形以柵格和為形式存儲，從可以直接提取河網以及相關的流域信息，是水文模型開發(fā)應用的基礎。由生成的流域，是流域參數化的重要途徑。要在柵格上提取流域信息，柵格間流向的判別是基礎。模塊化可擴展設計按照項目

18、逐步建設，逐步完善的策略，項目建設的成果是一個逐步建設的過程，在后續(xù)平臺的完善過程中，不僅需要新增、擴展一部分功能，同時，已有模塊也存在著一定的升級需求，因此，本次項目的建設應將功能需求按業(yè)務流程封裝成即獨立又可以靈活擴展的各類應用模塊，在維護方面，將開發(fā)好的模塊分類進行管理，保證階段建設成果可以為實際應用服務。4.4.其1他.數據成果整合工具預留接口洪水風險圖以及洪水風險圖相關的各類數據，有真實可測的數據，也有通過真實數據建立數學模型推演計算而來，此類模型越多、越準確，洪水風險預測也就越接近真實，越能夠預防災害，減少災害發(fā)生和損失。三維洪水風險圖展現(xiàn)只不過是洪水風險信息管理的基礎和起步，洪水

19、風險圖平臺為了升級優(yōu)化，預留異構數據整合工具接口，以便更多類型的數據可以用于洪水風險信息管理。分2析.軟件對接洪水風險圖分基礎洪水風險圖和專題洪水風險圖。其中防汛墻潰決三維洪水風險圖、洪水漫溢三維風險圖、城區(qū)暴雨積水三維風險圖屬于基礎洪水風險圖，江河湖泊洪水風險圖、蓄滯洪區(qū)洪水風險圖、水庫洪水風險圖、城市暴雨積水三維洪水風險圖。這些基礎除了展現(xiàn)已有成果數據，平臺可擴展，平臺可以和其他的洪水風險數學模型進行對接，平臺的房屋模型、地物模型可以作為數學分析模型中的數據來源，分析成果可以導入平臺進行展現(xiàn)分析。4.4.應3用.接口三維洪水風險圖結合社會經濟、工情、水情、災情大量信息，為決策人員制定防災減

20、災措施，為避災群眾提供最佳避險路徑、場所，為社會企業(yè)提供商業(yè)評估依據比如保險公司房屋保費率。三維洪水風險圖平臺預留服務接口，充分發(fā)揮三維洪水風險圖的社會效益和經濟效益。數據定期更新三1維.地形地表模型數據更新近幾年快速發(fā)展廣泛應用于城市三維建模的傾斜攝影技術，日趨成熟，傾斜攝影有“三高”，高效率、高精度、高真實感，同時能生產出傳統(tǒng)的測繪產品。圖2.傾斜攝影城市建模隨著社會經濟的快速發(fā)展變化，洪水風險圖每5年更新一次，可能不到5年必須更新一次，傾斜攝影的高效率、高精度、高真實，是最適合的數據更新手段和技術。例如，以30平方公里中小城市為例，一個架次一天就可以采集完成，計算機60個節(jié)點.天即可完成

21、建模。天津市河道、水庫、蓄滯洪區(qū)數量多，數據更新任務繁重，僅靠人工，難以跟上城市建設和變化速度。傾斜攝影技術，30平方公里利用傾斜攝影采集和數據生產，快速獲取基礎地理信息數據并建立該區(qū)域的三維空間模型和設施模型，作為三維洪水風險分析的基礎數據來源以及展現(xiàn)的工作底圖?；?礎.數據更新另外，也要定期進行自然地理、水文與洪水、工程及調度、社會經濟和洪澇災害資料等基本資料的收集和已有數據的接入，并對資料進行必要的修正與可靠性、合理性、一致性審查與評估。5.實施方案三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺框架三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺采取在建設中發(fā)現(xiàn)，保證未來系統(tǒng)的可擴展性和兼容性，展現(xiàn)平臺總體結構如下圖虛線內部分所示，與分

22、析軟件、成果數據以及應用系統(tǒng)保持良好的兼容性和擴展性。圖3.三維洪水風險圖展現(xiàn)平臺框架（虛線內部分）及兼容擴展性體系架構（面向服務的體系結構）是“現(xiàn)代應用開發(fā)領域最重要的課題”，也是“占有絕對優(yōu)勢的軟件工程實踐方法”。它是一個組件模型，將程序的不同功能單元（稱為服務），通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。這種松散耦合特性使得服務能夠組合成為各種應用程序，同時大幅度提高了代碼重用率，減少了工作量。模型描述了三個角色一一服務提供者、服務請求者、服務注冊中心，執(zhí)行三種操作發(fā)布、查找和綁定。為異構數據的系統(tǒng)整合與信息共享提供了一種極佳的解決方案。思想對于架構的積極作用主要體現(xiàn)在兩個方面：第一

23、，利用標淮的接口和訪問方式對外提供地理信息系統(tǒng)中的各種功能，即模塊的封裝性;第二，以貼進應用的形式自然地處理不同模塊之間的關系，即模塊間的組合性。模塊封裝性的意義在于屏蔽不同模塊以及來源不同的數據所存在的格式、訪問方式、運行平臺的問題。經過標準封裝的模塊能夠實現(xiàn)跨平臺、跨語言的調用，除了能夠對外提供標準的接口供調用外，還為今后復用此模塊的內容打下良好的基礎。模塊的封裝性為提供了兩方面的便利：模塊的復用以及地理數據的共享。模塊間的組合性描述了在分布式的環(huán)境中如何通過將相對獨立的、小的模塊組合成為更大的、有一定應用意義模塊的過程。模塊的可組合性，給軟件帶來了業(yè)務上的靈活性，不同的模塊組合往往能夠代

24、表不同的業(yè)務邏輯和實現(xiàn)效果。模塊間的組合性描述了在分布式的環(huán)境中如何通過將相對獨立的、小的模塊組合成為更大的、有一定應用意義模塊的過程。模塊的可組合性，給軟件帶來了業(yè)務上的靈活性，不同的模塊組合往往能夠代表不同的業(yè)務邏輯和實現(xiàn)效果。是的一種實現(xiàn)方式，可以把它看作一種新的應用程序。這種程序具有自包含、自描述和模塊化的特點，能夠被發(fā)布、定位，并通過實現(xiàn)其動態(tài)調用。如果一個配置完成，其它的應用程序甚至是其它實現(xiàn)其動態(tài)調用。如果一個配置完成，其它的應用程序甚至是其它的都可以通過通用的標準和發(fā)現(xiàn)并調用它，是網絡上將兩種以上使用公共或者私有數據庫的應用，加在一起，形成一個整合應用。它是把多個信息來源加以組

25、合的網絡技術，是時代的主流技術之一。的變革性意義在于：即使用戶的技術水平不高，也可創(chuàng)建符合自身需求的應用。在地圖應用中，人們搜集具有位置信息的事物和行為，把這些包含位置數據的不同數據集，利用地圖以圖形化方式呈現(xiàn)出來。開發(fā)人員可以在地圖中包含所有類型的數據。5.1.空3間.數據共享與交換1）數據交換平臺的作用與意義數據交換平臺的應用主要是在異構系統(tǒng)之間的信息交換，但在信息交換過程中交換平臺本身要解決的問題只是一部分，它本質是一個中間件，面向客戶時屏蔽了很多系統(tǒng)底層的信息，比如網絡的協(xié)議、數據的傳輸安全等，據交換平臺本身不具有業(yè)務本身的處理功能，比如無法自動從某個業(yè)務系統(tǒng)中直接獲取數據信息，只能通

26、過編程把數據從業(yè)務系統(tǒng)中提取出來，再送到數據交換平臺。利用數據交換平臺使開發(fā)過程中不需要關注數據各式轉換、消息的傳輸、數據路由等，只需要關注與業(yè)務本身的數據處理部分。2）空間數據共享與交換的實現(xiàn)方法現(xiàn)有系統(tǒng)主要的體系架構現(xiàn)有系統(tǒng)主要體系結構可以分為桌面I、空間數據庫三個層面。桌面主要完成數據編輯、展現(xiàn)與分析；支持瀏覽器在網絡上實現(xiàn)操作；空間數據庫實現(xiàn)空間數據的數據庫存取、檢索、版本控制和并發(fā)處理。數據的共享與交換方式平臺之間的數據交換包括同構平臺之間和異構平臺之間這兩種數據交換方式。同構平臺之間的數據交換和共享方式主要包括數據文件交換、分布式數據庫訪問和應用功能的集成調度（需二次開發(fā)）這三種方

27、式。異構平臺之間的數據交換方式主要包括：異構數據文件的轉換交換異構數據文件轉換模式需要將數據統(tǒng)一起來，違背了數據分布和獨立性的原則，所有的數據仍需要經過格式轉換復制到系統(tǒng)中，不能自動同步更新；如果數據來源是多個代理或企業(yè)單位，還需要考慮所有權的轉讓等問題。直接數據訪問（共享文件或者數據庫）直接數據訪問是指在一個軟件中實現(xiàn)對其他軟件數據格式的直接訪問，用戶可以使用單個軟件存取多種數據格式。直接數據訪問不僅避免了繁的數據轉換，而且在一個軟件中訪問某種軟件的數據格式不要求用戶擁有該數據格式的宿主軟件，更不需要該軟件運行，是一種更為經濟實用的多源數據集成共享模式。遵循組織的數據互操作統(tǒng)一規(guī)范C開放地理

28、信息系統(tǒng)協(xié)會，規(guī)范基于對象管理組織的、的以及等，為實現(xiàn)不同平臺間服務器和客戶端之間數據請求和服務提供了統(tǒng)一的協(xié)議，為數據互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使得一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數據格式成為可能。規(guī)范正得到和的承認，從而逐漸成為一種國際標準，將被越來越多的軟件以及研究者所接受和采納。但是標準更多考慮到采用了協(xié)議的空間數據服務軟件和空間數據客戶軟件，對于那些歷史存在的大量非標準的空間數據格式的處理辦法還缺乏標準的規(guī)范。而從目前來看，非標準的空間數據格式仍然占據已有數據的主體。數據互操作規(guī)范為多源數據集成提供了新的模式，但該模式在應用中存在一定局限性：首先，為真正實現(xiàn)各種格式數據之間的互操作，需要

29、每個每種格式的宿主軟件都按照統(tǒng)一的規(guī)范實現(xiàn)數據訪問接口，在一定時期內還不現(xiàn)實；其次，一個軟件訪問其他軟件的數據格式時是通過數據服務器實現(xiàn)的，這個數據服務器實際上就是被訪問數據格式的宿主軟件，也就是說，用戶必須同時擁有這兩個軟件，并且同時運行，才能完成數據互操作過程。各系統(tǒng)以架構，開放（：，簡單對象訪問協(xié)議）協(xié)議的服務接口，并在（統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議）中心注冊發(fā)布，支持應用服務的集成調度。.構數據轉換本項目展現(xiàn)的三維洪水風險圖數據，來源于天津水務的建設成果之一，成果數據格式并非常用的地理信息數據格式，首先要對洪水風險分析數據的結構進行研究，并推導洪水風險數據轉化為地理信息平臺三維模型與地形的

30、融合在地球重力場的作用下，任何地物都要與地球表面發(fā)生不同程度的聯(lián)系，即地物一定要與地面進行匹配。在地形三維場景的構造中，如果地物模型沒有與地貌模型進行匹配（融合），就會出現(xiàn)地物飄在空中或鉆入地下的情況，造成場景的失真。為了能夠將地物模型與地貌模型進行匹配，在地貌模型的選擇上通常根據需要采用規(guī)則格網或不規(guī)則三角網。水1流.與地形的融合利用開發(fā)接口和洪水水動力學模型，可以將模型計算的淹沒范圍、淹沒水深表現(xiàn)為內部數據結構的數據集，為洪水演進過程中水流和真實地形環(huán)境結合打下基礎系統(tǒng)中的地形那個以柵格和為形式存儲，從可以直接提取河網以及相關的流域信息，是水文模型開發(fā)應用的基礎。由生成的流域，是流域參數化

31、的重要途徑。要在柵格上提取流域信息，柵格間流向的判別是基礎。算法是一種較成熟并且得到廣泛應用的水流提取方法，基于算法有多種改進型算法，但是各個算法都基本類似，主要的區(qū)別在于對于疑難地形的處理方式的異同。在應用中，算法由于成熟穩(wěn)定，作為軟件開發(fā)中提取水流的首選方法。算法原理算法中，確定一個柵格的水流方向就是將被處理的柵格單元同其最鄰近的8個柵格單元之間的坡降進行比較，被處理柵格單元中心同其相鄰的8個柵格單元中坡降最大的一個柵格單元中心之間連線的方向被定義為被處理柵格的水流方向，并且規(guī)定一個柵格的水流方向用一個特征碼表示。有效的水流方向定義為東北、東、東南、南、西南、西、西北和北，并分別用12、8

32、1、2、4、8、16、32和64這8個有效特征碼表示算法示意被處理柵格單元同相鄰8個柵格單元之間坡降的算法為：Slop/eD=Dzi式中為兩個柵格之間的坡降；為兩個柵格單元之間的高程差；zi為兩個柵格單元中心之間的距離。5.3.提2取.河網流域提取河網流域一般分為四步：首先，尋找最大正坡降，確定各柵格唯一的代表該柵格水流方向的特征碼。但在數據源里，不可避免地會由于一些高程數據的采樣誤差和高程數據取整所引起的數據誤差，或區(qū)內特殊的地貌，導致一些柵格無有效水流方向（不存在指向其周圍8個柵格的正流向），即產生凹陷點。凹陷點就是水流方向不能用8個有效的代表流向的特征碼表示的一個柵格或相互聯(lián)結的一系列柵

33、格。利用無凹陷點的柵格數字高程模型，計算有效水流方向分布圖；其次，從選定的流域出口柵格始，遍尋所有流向及流徑指向出口的柵格，即可確定該流域的區(qū)域及邊界；第三步是提取河網，流域中的每一個柵格均可算出匯流至該柵格的柵格個數，匯流柵格個數超過某一閾值的柵格即可認為是河道，閾值的選擇依方法而異；最后，對生成的河網分級，并劃分子流域。河水與河底的結合系統(tǒng)中涉及到的水流模型主要為流域中流動的水體，水電站或者泄洪閘等通過放水發(fā)電和泄洪，會導致上下游水體水位和流域面積發(fā)生相應變化，系統(tǒng)中建立的水體模型的主要作用就是用來反映這種不斷變動的水體。根據水流的連續(xù)性原理，可以計算出水體隨著時間推移占據的空間范圍，包括

34、空間坐標三個方向上的最大邊界值，將上述最大邊界值和河道值進行比對，可以在相交位置產生水流邊界線。水流模型的建立水流模型主要是指在泄洪過程中水流運動產生的飛濺效果的模擬模型，在建立水流模型過程中，我們主要采用了粒子效果來進行模擬。水流在流動過程中可以視作是相互撞擊的模型，采用粒子系統(tǒng)進行建模的基本思想是：采用大量、有一定大小和屬性的微小粒子作為基本元素描述水流。這些粒子均有自己的屬性，如：形狀、顏色、大小、存在期、速度等?；诹Ｗ酉到y(tǒng)的水流模擬將水流視作大量粒子組成，由一組預先定義的隨機變量來控制粒子的位置、形狀、動力學特征。每一個粒子運動都具有隨機性，對于每個粒子參數的取值，首先由給定平均期望

35、值和方差確定一個變化范圍，然后在范圍內隨機確定其值。該方法能展現(xiàn)出泄洪過程中水流的實際運動效果，相對較符合水流的實際情況。透4明.水面效果為了達到水面的透明效果，系統(tǒng)采用了水面模擬的方法來增加虛擬自然水面的效果。水面模擬目前的主要方法為實時性的和非實時性的兩類，本系統(tǒng)使用非實時性水面的模擬，借助于大量自然景觀制作軟件來渲染出真實感較強的水面效果。圖4.透明水面效果對于水面而言，系統(tǒng)通過區(qū)分可以透過水面觀察到的對象和無法透過水面觀察到的對象的分類閥值，來過濾相應的系統(tǒng)對象，使得水面產生類似于自然光發(fā)射的效果。在靠近河道堤岸的水面地帶，水面和地形的匹配則按照水流和地形融合的原則進行相應處理，以達到

36、水面和堤岸交界處的分離效果。圖5.水面堤岸交界處示意在河流閘門開啟的演示中，系統(tǒng)通過添加水面的動態(tài)紋理，來實現(xiàn)了水面的動態(tài)顯示，形成了水面流動效果。圖6.水面流動效果洪水淹沒信息可視化是洪水風險圖的重要組成部分利用強大的三維造型功能可以直觀地反映洪水風險信息,并能實現(xiàn)對洪水和地形的三維交互式實時漫游,為防洪抗險決策者提供充足的輔助決策和科學依據，充分對接風險圖，可實現(xiàn)三維洪水淹沒信息可視化。圖7.洪水淹沒展現(xiàn)業(yè)務數據與三維洪水風險圖結合傳統(tǒng)二維擁有成熟的數據結構、多種多樣的專題圖和統(tǒng)計圖、豐富的查詢和分析功能，在使用中仍然占據著重要的地位，而三維系統(tǒng)的優(yōu)勢在于展現(xiàn)和對現(xiàn)實的真實再現(xiàn)。因此在本系

37、統(tǒng)的信息展現(xiàn)中，使用了二維和三維聯(lián)合顯示的方式來展現(xiàn)數據，既滿足了傳統(tǒng)的查詢需求，也結合了三維系統(tǒng)的優(yōu)勢，在同一個框架體系下將兩者的優(yōu)勢發(fā)揮出來。用戶在三維場景中漫游時，可以通過實時查詢二維窗口的信息來獲得當前位置的圖表信息。圖8.二三維窗口聯(lián)合顯示當系統(tǒng)進行三維場景動態(tài)展現(xiàn)時，此時通過即時的二維窗口顯示圖表信息，可以有效地獲取到該場景下的各類專題信息，為輔助決策提供各類參考信息。圖9.動態(tài)圖表示意洪泛區(qū)大范圍地理信息更新天津市防汛抗旱所轄面積很大，基礎信息收集和更新必須借助先進技術，快速獲取大范圍的地理信息，并保證模型的質量、精度。近幾年，傾斜攝影技術發(fā)展日益成熟，的云計算三維自動建模技術解決了傾斜攝影快速采集、緩慢處理的瓶頸，降低了傾斜攝影技術城市建模的成本，提高了行業(yè)的信息化建設能力和水平。傾斜攝影技術已經是大區(qū)域洪泛區(qū)地理信息管理的必要手段。針對天津市三維洪水風險信息管理的應用，擬選取大黃堡洼蓄滯洪區(qū)試點，利用傾斜攝影技術采集基礎地理信息數據，進行真三維實景的風險圖展現(xiàn)，也為后續(xù)洪水風險分析模型提供準確的房屋模型、地物模型等數據。我們從精度和經費綜合考慮，提供一套比較經濟的傾斜攝影航飛方案。5.5.航1飛.范圍概述大黃洼蓄滯洪區(qū)屬北三河系，位于北運河中下游青龍灣減河與北京排污河之間，地處天津市寶坻區(qū)、武清區(qū)和寧河縣境內。北起筐兒港北堤，東至青龍灣減河右堤和青龍灣故道左堤，