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【摘要】三維可視化技術(shù)應(yīng)用到水利水電建設(shè)中有助于提升水利工程建設(shè)質(zhì)量，幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確獲取有價(jià)值的信息，為施工人員開(kāi)展施工作業(yè)提供更多重要依據(jù)。文章在介紹三維可視化技術(shù)的內(nèi)涵和特征后，對(duì)三維可視化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，從地理三維模式、資產(chǎn)信息的智能化查詢(xún)、三維數(shù)字平臺(tái)、3D可視化技術(shù)等應(yīng)用方面進(jìn)行了探究，通過(guò)以具體案例為研究對(duì)象，對(duì)基于AR技術(shù)下的三維可視化技術(shù)在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用做出了詳細(xì)解釋。結(jié)果表明，三維可視化技術(shù)具有良好的實(shí)用性，能夠?qū)崿F(xiàn)水利水電工程的智能化管理。

【關(guān)鍵詞】三維可視化技術(shù)；水利水電工程；AR技術(shù)；智能化管理

1三維可視化平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)

三維可視化的結(jié)構(gòu)主要由三維封裝層、三維數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、地理信息服務(wù)層、OpenGL底層等構(gòu)成，三維可視化技術(shù)在水利水電中的應(yīng)用，以O(shè)penGL底層作為基礎(chǔ)。平臺(tái)軟件中的基礎(chǔ)三維平臺(tái)包括工程建設(shè)管理與決策支持系統(tǒng)、水電運(yùn)行管理與決策支持系統(tǒng)和環(huán)保水保管理系統(tǒng)等。三維數(shù)據(jù)的訪問(wèn)層為數(shù)據(jù)操作和空間的計(jì)算等提供了必要支撐。地理信息服務(wù)層的專(zhuān)業(yè)功能較多，即三維模型、植被、地形修改和淹沒(méi)分析等，業(yè)務(wù)應(yīng)用層能夠?qū)λ姌I(yè)務(wù)需求了解后進(jìn)行有效制定和開(kāi)發(fā)。

2三維可視化技術(shù)在水利水電工程中的具體應(yīng)用

三維可視化技術(shù)是借助三維空間的展示讓人們了解到更多復(fù)雜數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)的輔助，為建設(shè)人員提供更多海量數(shù)據(jù)。

2.1地理三維模式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智慧決策功能

水利水電測(cè)繪人員根據(jù)具體的工作要求，獲取重要數(shù)據(jù)信息，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息建立流域地理信息模型，展示出高程變化、流域地形、河道信息等，測(cè)繪人員采用水流演進(jìn)算法計(jì)算洪水演進(jìn)和水位漲落，幫助管理人員根據(jù)汛限水位進(jìn)行信息處理，讓相關(guān)人員及時(shí)了解防汛中存在的不足和管理弱點(diǎn)，為開(kāi)展指揮決策和做出防汛方案奠定基礎(chǔ)。

2.2資產(chǎn)信息庫(kù)的應(yīng)用，形成資產(chǎn)信息的智能化查詢(xún)

在水利工程和流域水電工程建設(shè)中，通過(guò)建立專(zhuān)門(mén)的資產(chǎn)信息庫(kù)，降低資產(chǎn)浪費(fèi)，強(qiáng)化資產(chǎn)管理效果。例如，施工人員根據(jù)設(shè)備列表對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行管理，設(shè)備信息與三維模型、信息庫(kù)等進(jìn)行對(duì)應(yīng)后，可以了解設(shè)備臺(tái)賬信息。同時(shí)，施工人員利用資產(chǎn)信息庫(kù)對(duì)信息庫(kù)中存在的設(shè)備缺陷、圖紙信息等進(jìn)行管理，降低資源的浪費(fèi)。

2.3三維數(shù)字平臺(tái)的利用，開(kāi)展智能監(jiān)視和巡察

傳統(tǒng)的監(jiān)視查詢(xún)平臺(tái)主要應(yīng)用二維界面為主，操作人員在運(yùn)用相關(guān)的系統(tǒng)對(duì)水利水電建設(shè)中的實(shí)際情況開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)督和把控。而三維數(shù)字平臺(tái)中相關(guān)操作人員能夠了解三維空間中的儀表設(shè)備和閥門(mén)設(shè)備等信息，通過(guò)提前設(shè)立想要巡查的線路提升工作效率，而一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，操作人員應(yīng)結(jié)合相關(guān)報(bào)警信息對(duì)實(shí)際中存在的問(wèn)題進(jìn)行檢查，實(shí)現(xiàn)三維智能定位，全面掌握?qǐng)?bào)警設(shè)備的信息。另外，相關(guān)操作人員還可以借助數(shù)字化平臺(tái)觀看現(xiàn)場(chǎng)視頻，準(zhǔn)確把握好現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，再對(duì)這些信息進(jìn)行有效驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交叉性作業(yè)的有效監(jiān)控。

2.43D可視化技術(shù)的運(yùn)用，建立智能化施工現(xiàn)場(chǎng)

水利水電建設(shè)中操作人員結(jié)合3D可視化技術(shù)對(duì)水利水電施工現(xiàn)場(chǎng)的地形或者地上建筑物等建立數(shù)字化模型，能夠真實(shí)反映出建設(shè)的情況、建筑物整體上的布局或者地基的開(kāi)挖程度，數(shù)字化建模中還能夠直接顯示出填充的三維過(guò)程和更多有價(jià)值的信息，數(shù)字化建模的創(chuàng)建過(guò)程的流程如下所示。①數(shù)字地形模型（DTM）收集地表點(diǎn)的空間坐標(biāo)（X、Y、Z）和實(shí)際測(cè)繪中所收集到的各種物體的屬性等，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)特征表示出征地物的模型特征。②數(shù)字地形模型（DTM）還能夠?qū)λ幍牡匦伍_(kāi)展有效的充填和切割，而該模型主要是由三角形所構(gòu)成，這些三角形的性質(zhì)特征在角度、面積、海拔、坡度等方面都不同。③通過(guò)建立施工系統(tǒng)的三維模型，以對(duì)實(shí)際中存在的情況進(jìn)行展示和輸出，保障該模型的可視化功能和構(gòu)建三維GIS空間。④廣泛應(yīng)用CAD圖形建模技術(shù)。這一技術(shù)主要是借助CAD軟件建立系統(tǒng)，并且還可以運(yùn)用鼠標(biāo)對(duì)模型庫(kù)進(jìn)行繪制。

2.5VR技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建三維數(shù)字化電廠

三維數(shù)字化電廠將廠房?jī)?nèi)的攝像頭進(jìn)行建模后，接入安全生產(chǎn)監(jiān)控視頻和門(mén)禁監(jiān)控視頻，掌握安全生產(chǎn)的情況有助于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和把控，其所發(fā)揮出的重要優(yōu)勢(shì)如表1所示。

3工程實(shí)例的分析

以某省水利樞紐為研究對(duì)象，該項(xiàng)目是我國(guó)重要的水利工程之一，總體預(yù)算達(dá)到31億元，開(kāi)工建設(shè)的時(shí)間是在2013年，大壩的長(zhǎng)度498m，高度48m，正常的蓄水位在56m左右。

3.1水工建筑物三維模型的構(gòu)建

該水壩工程對(duì)水工建筑物的位置和建筑物形體等都進(jìn)行了提前設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中對(duì)三維模型予以高度重視。首先，三維模型在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑物的基本信息進(jìn)行全面獲取，然后再對(duì)信息進(jìn)行分析和提取。建筑物典型斷面的相關(guān)信息，其水工建筑模型需要與平面圖像幾何尺寸保持一致，導(dǎo)入3DsMax，對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行任意的旋轉(zhuǎn)、平移和組合、計(jì)算。在獲取三維實(shí)體模型后，根據(jù)不同建筑物特征，選擇好對(duì)應(yīng)材質(zhì)后，對(duì)模型開(kāi)展貼圖處理，進(jìn)而設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型。

3.2獲取真實(shí)場(chǎng)景

水利水電建設(shè)時(shí)，施工人員應(yīng)第一時(shí)間了解到該水壩工程的情況，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)布置大量視頻監(jiān)控?cái)z像頭，對(duì)圖像開(kāi)展有效傳輸，然后在相匹配的圖像傳輸系統(tǒng)中，利用攝像頭，展示施工建設(shè)的全貌，幫助施工人員全面觀察，提前做好各項(xiàng)施工準(zhǔn)備工作，降低各項(xiàng)事故的發(fā)生幾率，提升工作效率和保障整體施工進(jìn)度。3.3注冊(cè)相應(yīng)的硬件相機(jī)施工人員將攝像頭安裝在RT-GPS上，通過(guò)設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，注冊(cè)相機(jī)。借助相機(jī)展示虛擬場(chǎng)景，幫助施工人員開(kāi)展各個(gè)環(huán)節(jié)的施工，從而了解到施工中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，保障施工的進(jìn)度和速度。

3.4借助AR技術(shù)搭建可視化工程

虛擬相機(jī)在注冊(cè)之后，能夠?qū)ㄖ锏挠跋襁M(jìn)行直接利用，將虛擬的建筑模型與真實(shí)施工圖像放在一個(gè)空間內(nèi)，將真實(shí)場(chǎng)景與建筑圖像重疊在一起，直接反映虛擬物體在空間上的關(guān)系，使現(xiàn)實(shí)效果得到提升。另外，設(shè)計(jì)人員在對(duì)兩張圖像每個(gè)像素進(jìn)行辨認(rèn)后，確保虛擬物體能夠在真實(shí)場(chǎng)景中進(jìn)行有效重疊，當(dāng)出現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景成像點(diǎn)后，將其作為虛擬成像點(diǎn)。

3.5仿真培訓(xùn)

流域梯級(jí)水電在運(yùn)行過(guò)程中，主要采用集控中心的方法進(jìn)行把控，但是由于之前該電站只對(duì)監(jiān)控的對(duì)象予以把控，這就導(dǎo)致監(jiān)控的效果差強(qiáng)人意。但是，在水利建設(shè)工程中，通過(guò)仿真培訓(xùn)，借助三維可視化技術(shù)，能夠增強(qiáng)該水電站工作人員的操作能力，提升監(jiān)控效果。

4結(jié)語(yǔ)

三維可視化技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程中，幫助施工人員擁有更多可以利用的資源和信息，提升施工效率。三維可視化技術(shù)中的圖像從二維技術(shù)向三維技術(shù)轉(zhuǎn)變，展現(xiàn)出更加清晰的圖像畫(huà)面，能夠?yàn)楦黜?xiàng)決策提供重要依據(jù)，提升管理力度，保障各項(xiàng)管理工作有條理。三維可視化技術(shù)會(huì)使水利水電工程的建設(shè)趨于數(shù)字化和可視化、智能化發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)水利水電工程的可持續(xù)發(fā)展。

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作者：孫洪秀  單位：青州市水利建筑總公司