GIS三维分析软件在水下动态空间监测中的应用

[摘要]本文主要分析在水下动态空间检测中，GIS三维分析软件系统将周边环境、水下地形集成在一起，通过三维建模与渲染，能够更加形象直观地展示水域周边环境、水下地形起伏三维情况。

[关键词]GIS三维分析软件 水下动态空间 水下空间检测

[中图分类号] P756 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-153-1

1GIS三维分析软件与水下动态空间监测结合的意义

GIS三维分析软件系统将周边环境、水下地形集成在一起，通过三维建模与渲染，能够更加形象直观地展示水域周边环境、水下地形起伏三维情况；通过任意截取剖面提取断面图与冲於区域分析等功能，精确分析水下地形的动态变化，能够有效地分析与比较水下地形测量结果，提供一种全新的测量成果展现方式。

2三维分析软件数据采集与格式

2.1数据采集

2.1.1地形离散点采集

水域地形点采用GPS RTK 动态差分模式进行定位测量及水面高程测量，使用RTK采集测区附近已知点的平面及高程进行检核，检核精度满足测量要求方可使用，数据通讯采用UHF数据链，使用双频测深仪及多波束测深仪进行同步测深。使用HYPACK导航测深软件自动采集测量数据，每秒采集10～12次，确保水深特征点不遗漏。内业数据处理前需对采集的水深数据粗差进行剔除，确保分析使用数据的准确性、可靠性。

2.1.2周边环境数据采集

对于水域周边环境采用数码相机进行野外拍摄进行采集，对于特征建构筑物还需从多个角度拍摄，确保建模时资料准确与美观。

2.2软件读取数据格式

外业测量数据经过内业处理之后，转换成软件系统支持的源数据为TXT格式的文本数据，含测量的点数据，格式为：序号、X、Y、Z。使用软件中“离散点文件转换为Tin文件”功能，先将TXT格式转换为Tin文件格式，然后使用“Tin文件转换为Dem文件”功能，将数据最终转换为Dem格式。软件进行数据建模与分析建立在Dem数据资料基础之上。

3GIS三维分析软件在水库监测中的应用与绩效

水库水下地形监测测量完成后，必须对水下地形数据及断面图进行汛前、汛后及水库形成前后监测数据对比分析。分析主要从河道深泓线变化、岸坡变化、局部河势内回於冲刷量及回於冲刷速率比较分析等方面进行，分析河道变化趋势及河床冲刷情况，为保护新建水库大堤安全提供科学依据。

3.1河道深泓线变化

根据长达3年多的监测数据，并结合新建大堤外侧范围内的-5m、-10m等深线所形成的沟槽进行比较分析，沟槽整体呈扩大趋势，且沟槽有往大堤逼近趋势，对大堤的堤身安全有较大影响。从数据来看，冲刷逼近速率受汛期影响较明显，此间，各类冲刷在新建大堤堤身形成过程中尤为剧烈，目前沟槽的发展趋势还未稳定，有待进一步的跟踪观测，所以说水下地形断面监测是十分必要的。

3.2岸坡变化断面比较分析

岸坡变化分析可直接反映大堤长江侧水下岸坡变化情况，分析坡坎是否发生崩塌、滑坡等险情，堤防水下岸坡的稳定性监测是堤防监测主要任务之一。根据长期的监测数据分析可知，新建水库大堤上游段陡于1：1的岸坡较多，长达数公里，结合局部大河势测量资料与每月实施的固定断面测量资料，采用断面数据比较分析法进行分析，不同位置区域内的冲刷变化规律各不相同，如：陡坎冲刷逼近型、斜坡冲刷变陡型、整体均匀冲刷型，其中以陡坎冲刷对大堤影响最为严重，此类冲刷主要出现在上游桩号段，越往上游坎越陡，在每年的6月至12月期间冲刷较快，其余时间内趋于稳定，陡坎冲刷后逐渐向大堤方向逼近，冲刷至与外侧标高一致后区域稳定。

3.3局部河势内回於冲刷量及回於冲刷速率比较分析

采用自主开发的三维数据处理软件，将各个时期测量的河势数据生成尺度相同的多个文件，并按时间顺序两两之间以一定的函数关系K=A-B或K=B-A生成新的输出网格文件。函数里的A和B是输入的网格文件，K是输出网格文件。通过输入文件A和B计算其差值，计算结果送到具有相同坐标的输出网格文件K内。下图将青草沙水库2007年12月与2010年12月两次的离散高程数据，插值生成规则的格网数据，在经函数处理，得出了数据比较关系的水下地形冲於分析图。回於冲刷量分析可以通过软件里的体积和表面积的计算结果得出。

图中黄色为淤积量介于1m～3m，红色为淤积量大于3m区域；天蓝色为冲刷量介于1m～3m区域，深蓝色为冲刷量大于3m区域。通过使用不同颜色来区分冲刷与淤积，可以一眼看出三年来，整个区域内的变化情况。同样，我们可以采用该处理软件，将任意两次或多次的数据进行冲於分析，得到冲於的范围及速率，为建设方采取及时有效的应对措施提供精确可靠的分析资料。

三维数据处理软件可以通过剖面生成功能用来在三维图形上按一定方向和距离切出剖面线，剖面生成的剖面断面分析图可以更精确的看出该断面上冲刷、淤积量及具置。

4小结

综上所述，可总结出以下结论：（1）上述针对青草沙水库这种位于长江口流域的情况，所采用的水下地形监测精度及制定的合理监测子项与频次，可以有效监测出施工及汛期带来的地形变化与河床变化情况，得出精确的测量数据，因此，青草沙水库所采取的水下地形监测是十分必要的。（2）通过长达3年的监测和采取先进的软件或分析方法进行变化及趋势的分析，及时了解沟槽及深泓的发展趋势、水库的施工导致的冲於及岸坡变化趋势，为保护新建水库大堤提供依据，确保水库安全。（3）从目前的监测数据及分析资料来看，青草沙水库施工至目前水库运营期间，水库建设带来的周边的及堤脚附近的冲於情况、岸坡的变化、沟槽及深泓变化并未稳定，还需进行后续的相关监测，对确保水库大堤的安全及有效的治理是十分必要的。