其宗水电站施工总布置可视化问题研究.doc

天津大学硕士学位论文其宗水电站施工总布置可视化问题研究姓名：吴莹卿申请学位级别：硕士专业：水工结构工程指导教师：王仁超20090501也，：。，。，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得：鑫连盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：赙研签字日期：妒年舌月阳学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权鑫盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：昊蓥即导师签名：签字吼一年月日刃；超签字日期：灿年多月日第一章绪论研究背景及意义第一章绪论水利水电工程施工总布置是指对工程施工场地在施工期间进行的空间规划，它是参考施工场地的地形、地貌、水文、地质、气象、枢纽及永久建筑物布置等因素，为满足施工期间的分期、分区、分标的方案要求，加快工程施工进度和降低工程造价、保证工程施工安全及工程质量等要求而创造的环境条件【】。目前对施工总布置设计通常只注重了各环节具体问题的解决，而忽视了对施工总布置整个过程宏观上的直观把握，而且也没有一个科学有效的工具来进行辅助设计。因此，建立一个能科学、直观、逼真的表现整个施工总布置动态过程的可视化系统，显得尤为必要。另外，水利水电工程枢纽设计及施工过程中往往需要涉及大量的数据及图形信息，如施工场地水文地形地质资料、工程设计参数与图纸、施工场地布置信息、附属物信息以及工程施工进度情况等等，尤其是在深山峡谷中修建的大型工程，其施工总布置过程更为复杂，所涉及的信息量就更加庞大。如何高效、简便地对施工总布置信息进行管理及分析处理，并能有效地为设计和决策人员服务，是提高施工组织设计效率及施工管理水平的关键因素。水利水电工程施工场地总布置几乎包括了一切地上、地下已有的建筑物和拟建的建筑物；一切为施工服务的临时性建筑物（包括砂石加工系统、混凝土系统等），因此，建立一个以施工总布置为平台，施工总进度为时间轴线，紧紧围绕主体建筑物施工，把临时建筑物施工、施工场地布置、施工导流等有机结合起来，进行综合的、全方位的、全过程的信息可视化管理系统有着十分重要的意义。大型水利水电工程施工总布置又是一项复杂的系统工程。首先，施工总布置将涵盖各类永久和临时建筑物的施工情况；其次，围绕主体建筑物施工的渣场、料场、施工场地、交通道路利用等也发生着四维变化；第三，道路交通、渣场堆存、料场开采与各个建筑物施工进度、导流程序、水位变化等都紧密相关。因此，一个完善的施工总布置可视化管理系统，需要找到个合理的方式来恰当的描述上述各种既具有不确定性、又具有多重相关性的问题。地理信息系统（）是一门地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息管理技术。它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机的结合起来，满足用户对空间信息的管理需求，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策，在这一点上，它有别于其它传统意义上的信息系统【】。与第一章绪论雷达遥感技术（）、全球定位系统（）等紧密结合起来的技术，已被广泛地应用于洪水演进、能源开发、资源清查、区域规划、环境保护等领域，并获得了巨大的成功。目前，随着技术的发展，其对于空间数据的采集及处理能力不断提高，空间分析功能日趋强大，三维建模更加便利，这些为基于的仿真可视化技术研究提供了有利的条件。因此，本文利用地理信息系统（，）所特有的空间数据库技术，针对施工总布置系统的具体特点，建立了一个施工总布置动态可视化系统，并结合其宗水电站工程，实现了其宗水电站施工总布置设计和管理过程中信息的可视化管理与分析，同时实现了施工总布置全过程三维动态演示，不仅能直观的显示枢纽施工组织设计成果，而且将极大地方便工程施工总布置决策及管理。国内外研究现状对于施工过程的仿真，国内外已有较多的研究。例如，针对堆石坝填筑过程、混凝土坝浇筑过程、地下洞室群开挖施工过程和溢洪道开挖施工过程，目前均有较为成熟的仿真模型和仿真系统平台。但是施工仿真的结果输出往往过于繁琐，一般的施工仿真系统只能输出冗繁的数据和简略的二维平面图，因此，为了更好的展示施工仿真的结果，开发相关的可视化系统显得尤为重要。工程可视化的发展大致可分为三个阶段：第一阶段为世纪年代初期，随着计算机技术在工程项目中越来越普遍的应用而出现了平面图形可视化和二维动画。例如天津大学孙国强对土石坝交通运输系统进行了模拟研刭，实现了二维图形模拟，冯志军研究了交通运输系统的通用性模型【】，实现了平面动画模拟；第二阶段为世纪年代后期到世纪伊始，主要研究三维动画技术与传统仿真技术的融合，开发了相应的三维可视化平台进行仿真结果的可视化显示以及数据的查询。如天津大学钟登华等开发的地下厂房开挖三维可视化演示系统【】。第三阶段为最近几年，得益于虚拟现实技术的提出，、等三维图形处理软件的飞速发展，以及计算机硬件强有力的支持，实现了形象逼真的三维可视化平台的开发。例如弗吉尼亚理工大学和开发的施工动态可视化系统等【】。目前所开发的各种可视化平台均是针对少数几项工程施工过程的可视化或者坝区几个特定时刻施工情况的巡航展示，而由于施工总布置本身所具有的复杂性、综合性等诸多因素，有关施工总布置全过程动态可视化的研究并不多。究其原因，一是因为国外大型水利工程建设处于低谷，伴随着以此为背景的相关施工第一章绪论总布置研究减少；另一个原因则是由于施工总布置其本身的特性施工总布置并非只有一个独立对象的施工过程，而是一个融合了各种建筑物施工、砂石料场规划、场内交通运输、施工导流、水位变化等一系列相互交织、相互关联的过程。因此理想的针对施工总布置的可视化系统应涵盖上述所有因素，并且同时能提供强大的数据查询和分析功能，让可视化功能不仅能定性也能定量的反映仿真施工过程，为施工管理和决策提供更为有效的参考。基于上述原因，通过常规方法开发的可视化平台很难描述这样复杂的过程。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、建模和显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理信息研究和基于地理的决策服务而建立起来的计算机技术系统。本文将研究基于的施工可视化系统，将其应用于水电站施工信息的可视化查询及分析中。本文研究理论基础地理信息系统理论美国联邦数字地图协调委员会（，）关于地理信息系统（，）的定义为：“是由计算机硬件，软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。”根据这个定义，我们将的概念分为两个组成部分。其一，地理信息系统是一门科学，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；其二，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统（如图所示）。图概念框架第一章绪论可视化技术可视化（）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。可视化技术最早运用于计算科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化（）。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。科学计算可视化自年提出以来，在各工程和计算领域得到了广泛地应用和发展。最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，这种技术就是可视化（）技术。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直接而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极大地提高人们的工作效率。可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维。更令人惊奇的是目前正在发展的虚拟现实技术，它能使人们进入一个三维的、多媒体的虚拟世界。所有这些都依赖于计算机图形学、计算机可视化技术的发展。人们对计算机可视化技术的研究已经历了一个很长的历程，而且形成了许多可视化工具，这些三维应用软件已涉及建筑、产品设计、医学、地球科学、流体力学等领域。本文主要研究内容本研究结合其宗水电站工程施工总布置，通过将、计算机仿真、数据库等技术有机结合，研究了大型水电工程施工总布置动态可视化信息管理技术与方法，研究与可视化技术结合的可行性与有效性，提出基于系统的三维动态可视化方法，进而研究施工总布置三维动态可视化方法及其在其宗工程施工的应用。在理论研究的基础上开发了其宗水电站施工总布置动态可视化系统。针对其第一章绪论宗水电站施工总布置，着重开展了以下方面的研究：以为平台，开发了其宗水电站施工总布置动态仿真可视化系统；其宗水电站一切永久建筑物施工过程仿真结果的三维可视化；其宗水电站一切临时建筑物施工过程仿真结果的三维可视化；其宗水电站土石料场与主要建筑物基础开挖过程的三维可视化；其宗水电站堆场堆放过程的可视化；其宗水电站施工准备期与主体工程施工期土石方平衡优化以及土石方流向与道路利用可视化；其宗水电站施工工厂与营地三维可视化。本文的研究与开发具有如下方面意义：（）以施工总布置为平台、施工总进度为时间轴线，将主体建筑物施工和施工条件分析等水利水电工程施工组织设计多个方面有机结合，为水利水电工程施工提供了一个直观、动态、全方位综合管理信息系统，对提高水电工程施工组织设计水平，协同各个专业之间设计关系、准确把握施工总布置与总进度、主体建筑物施工关系，在辅助决策方面有着重要的意义；（）将、计算机仿真、数据库管理技术等有机融合，为探索复杂系统的仿真可视化，乃至水利水电工程三维协同设计奠定了一定的理论和实践基础；总之，水电站施工总布置动态可视化系统研究，将会给施工总布置设计与决策提供强有力的分析工具。有助于推动水电设计工作的智能化、现代化发展，而且必将带来显著的经济效益和社会效益，具有较大的推广应用价值。第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理简介的产生与发展年加拿大测量学家首先提出了地理信息系统的概念，并于世纪年代初研究成功第一个实用意义上的地理信息系统（），对土地等自然资源信息进行分析和管理。与此同时，美国哈佛大学计算机图形与空间分析实验室，开发出世界上第一个通用的制图软件包系统，这是世界上开发基于图形方式（矢量数据格式）的通用型地理信息系统的成功起点。随着世纪年代末发达国家和相关国际组织建立起的机构和组织，新出现的地理信息系统很快在相关领域受到高度重视，美国建立起若干个地理信息系统组织，如城市与区域地理信息系统联合会（）和美国航测与遥感协会（）等。世纪年代，地理信息系统迅速发展与巩固，美国等发达国家投入了大量的人力、物力、财力，开发出各类专业地理信息系统，商业软件开始活跃，不少大学开始培养人才，开展学术活动。世纪年代是的大发展、普及和推广应用阶段，地理信息系统由比较简单的、单一的功能、分散的系统发展成为多功能的，用户共享的综合性信息系统，并向智能化发展。年代后期，两种主要的技术（栅格和矢量）实现一体化。相应地，技术与遥感技术一体化，成为新一代（第二代）技术成熟的标志。若干优秀的地理信息系统软件，如美国环境系统研究所（）开发的等，在此期间被广泛推广应用。软件性能的提高，促使地理信息系统应用迅速扩展：应用的领域从传统的资源和环境迅速扩展到众多领域，应用的社会部门从政府扩展到涉及区域规划管理的企业和商用领域，应用的地区扩展到全世界。市场的空前扩大，形成一个巨大的产业。教育在发达国家高校普及，学术活动空前活跃。世纪年代是地理信息系统发生飞跃的时期，其标志是：第一、地理信息系统发展形成了一个世界范围内公认的，包括基础理论研究体系和技术应用体系在内的完整学科：地理信息科学或地球信息科学。第二、世纪年代中后期，在加速发展的互联网企业网（）技术和面向对象开发技术，以及整个计算机技术领域集成化趋势的带动下，技术发生飞跃，形成第三代第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理技术。与多种计算机技术相集成，共同融入计算机主流技术。技术的进步促使地理信息共享和社会化程度的极大提高。相应地，应用领域和产业的发展更加迅猛，走向公众，进入日常生活领域。教育进入中学，学术活动空前深化。年，美国前副总统戈尔提出“数字地球”科技发展战略。数字地球是“嵌入超海量地理相关数据（）、多重比例尺、三维表达我们居住的行星一地球（，）。数字地球的提出，进一步提高了学科和技术的地位，为地理信息科学和技术的发展提供了一个强大的新推动力【。的开发模式地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统，其以某些专业领域的工作为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统；二是工具性地理信息系统，即工具软件包，如、等，具有空间数据输入、存储、处理分析和输出等基本功能。随着地理信息系统应用领域的扩展，应用型的开发工作日显重要。如何针对不同的应用目标，高校开发出既合乎需要又具有方便、美观、丰富的界面形式的地理信息系统，是开发者非常关心的问题。常用的开发模式主要有三种：独立开发、单纯二次开发、集成二次开发【】。独立开发指不依赖于任何工具软件。从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如、等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无须依赖任何商业工具软件，减少了开发成本；但是对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化工具软件相比，而且在购买工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁及所花的代价。单纯二次开发是指完全借助于工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言。例如，的提供了语言，公司研制的提供了语言等。用户可以利用这些宏语言，以原工具软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。集成二次开发是指利用专业的软件，如、等，实现的基本功能，以通过软件开发工具尤其是可视化开发工具，如、等为开发平台，进行二者集成开发。集成二次开发目前主要有两种方式：第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理（）、或耦合方式采用对象链接和嵌入（，）自动化技术或利用数据交换机制（，），用软件开发工具开发前台可执行性应用程序，以自动化方式或方式启动工具软件在后台执行，利用回调技术获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。（）、控件利用工具软件生产厂家提供的建立在技术基础上的功能控件，如的、公司的等，在等编程工具编制的应用程序中，直接将功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。中信息的可视化组织和管理在中，空间数据的表达实际上是用矢量表示和存储图形，有时也称其为矢量图形。任意图形一般可以分解为点（）、线（）、面（）、面片（）等几种不同的基本图形元素，每种图形元素又包括几何空间位置及其多种属性特征，具体见表和图所示。表图形的几何分类数据类掣几何分类实例占窄间点机械、种、】物线空问直线、曲线水面边界、地形边界面空间甲而、曲而水而、开挖面面片曲面或平面的聚含坝体、开挖体（）点（）线（）面（）面片图图形的几何分类强调对空间数据的处理。工程施工系统仿真不仅涉及施工场地、环境、建筑物布置等静态的具有地理位置特征的空间信息，而且还反映地形填挖、建筑物施工、土石流信息、道路运输状况等大量动态的空间逻辑关系和统计信息关系，对描述此类数据具有优越性。利用特有的空间数据组织形式，为反映可视化仿真所揭示的具有时空特征的数据信息提供了条件。它把客观世界中实体对象在计算机中用真实的空间位置来表示，并使空间关系及其属性按一定方式有机第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理结合起来，从而实现空间实体与属性信息的一一对应。以软件为例，将空间实体对象用图形（空间）数据和属性数据来共同描述，并分别使用不同的存贮模块。一部分描述实体的几何空间坐标和拓扑关系（文件），一部分用来描述实体的属性（文件），两者间的关联标识则存储于索引数据（文件）中，这三者组合成为其特有的空间数据库（，简称）。空间数据和属性数据通过索引数据（文件）对应起来，使得构成空间对象的每一个图元与描述该图元的属性建立一一对应的关系（见图），这种空间数据的组织结构为仿真系统数字模型的建立及其可视化空间表达提供了条件【”】。图空间数据库的组织形式基于的施工总布置信息可视化原理大型水利水电工程施工是一项庞大的系统工程，特别是在施工总布置的设计中常常涉及到各个施工项目和运输情况的协调，料场渣场以及各建筑物的空间位置、施工道路的布置、施工时间的安排、水位水流随时间的变化关系之间常存在着复杂的时间空间逻辑关系【】，如何直观形象地向工程技术人员展现这些复杂的信息是提高设计效率、管理决策水平的关键所在。由于在处理复杂空间数据及其对应属性的方法上有着得天独厚的优势，我们将系统运用到施工总布置可视化平台上，为水利水电工程施工设计提供一种全新的环境，实现图形数据和属性数据一对一甚至一对多的查询与显示，从而探索新的设计表现方法和理论，对工程的建设管理重新审视，彻底摆脱传统的管理手段和思想带来的局限性。施工总布置信息的可视化方案其实质就是外界数据经数字化进入系统，进而用于可视化表达的数据流向过程。图形象地表示了施工总布置数据由原始采集，经系统内部转化和衍生，最后反映具有一定物理意义的可视化信息，并为决策及管理服务的过程。第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理图基于的施工可视化仿真方案施工总布置与总进度之间的关系施工总布置和施工总进度是贯穿于整个水利工程施工中的两大重点问题，一切的施工活动均围绕此展开。二者分别从空间和时间的角度揭示了各个施工环节中的联系和矛盾，二者既相对独立，又相互关联。总布置和总进度之间具有相对独立性。施工总布置侧重的是空间位置上的安排，包括道路的布置，渣、料场的位置，生产区的布置，各建筑物之间的空间关系等。这些空间上的关系最终将决定施工过程中土石方的流向，以及运输道路的使用问题。当所有地物的位置确立以后，土石方流向也将随之确立，而这些均和时间无关。相反，施工总进度所涉及的则是时间上的安排。由于大型水利水电工程的施工是个庞大的系统问题，总系统中包含许多子系统，各个子系统同样又由子系统组成，因此在总进度的安排上要周密地考虑到各个子系统之间的时间顺序逻辑联系。在总进度的安排中时间关系为决定性因素。所以，总进度和总布置是两个相对独立的概念。总布置和总进度之间具有相对的独立性。施工总布置和施工总进度之间又有着相关性，道路是这二者联系的纽带。由于在现实施工过程中，道路往往成为了施工运输的制约因素，它将施工总布置的空间关系和施工总进度的时间关系结合起来。在整个施工过程中我们一般不单纯考虑的土石方流的流向或各个开挖和受料区土石方的变化，而是综合考虑各个时段中土石方的流向，以及与这些时段土石方流相对应的料源和受料点的信息。正因为这样，仅仅分析空间位置关系或施工顺序上的时间关系就显得极不全面。更何况由于道路的制约，二者会在施工过程中产生一定的矛盾，例如，由于总布置的确定，一些道路在多个土石流运输中均会被用到，总进度则确定了这几个土石第二章基于的施工总布置可视化信息管理原理流运输的时间，如果其中出现了矛盾，则需要我们去协调解决。因此在施工过程中，总布置和总进度安排又是相互联系的。从上面的分析我们不难看出，在施工组织中要综合考虑施工总布置和施工总进度的安排，尽量减少矛盾的产生，对不可避免的矛盾问题也要有足够的认识。但是传统方法将地理空间位置图纸化，统计分析数据数值化，并没有直接建立二者的联系，因此很不直观，也很容易产生一些错误，而将可视化技术引入其中能很好的解决这些问题，将空间数据，时间数据，统计数据直观的表示出来，让我们对其中联系一目了然，为日后的决策和管理提供更全面的参考。第三章基于的施工总布置三维数字建模方法第三章基于的施工总布置三维数字建模方法实现施工总布置系统信息的可视化查询与分析功能的必要条件是建立一个包含施工总布置充分信息和表现其逼真形象的施工总布置三维数字模型【】。这个模型具体反映了施工场地地表地形、水流水位、施工总布置中建筑物及施工场地施工设施的布置、渣场堆存和回采、料场开挖及地形填挖等方面的静态与动态的三维面貌及相应信息。施工场地数字模型系统是综合利用、建模技术，对施工场地的基础设施、功能机制自动采集、管理和辅助决策的技术系统。施工场地数字模型的建立过程反映了施工过程仿真系统数据由原始采集，再通过图形软件处理，最后通过内部转化和衍生，最终体现为可视化信息的一系列数据流程。等高线参数化建模模型数据匕模型模型图形化建模模型，三维实体建模对应特性数据库的建立建筑物纹理贴图包含多重信息的地物数据对应材质及纹理贴图转化为或格式仅含空间信息的地物数据模型平台的集成式二次开发三维可视化系统图可视化平台数据处理方法图施工总布置三维数字模型的建立充分利用了的数字化功能。其中，数据的处理方法和处理流程如图所示。三维地形模型的建立建立施工场地三维地形模型是整个施工总布置三维数字建模的基础，所有工程水工枢纽与施工总布置建筑物均布置其上。领域对三维处理技术进行分类的工作，按照空间结构将分为七类：规则格网数字地面模型、三点数字地面模型、等值线数字地面模型、第三章基于的施工总布置三维数字建模方法第三层第二层第一层数据基础数据准备数字地面模型介数字地形模型介数字高程模型丫三角网格模型介原始等高线数据图地面模型建立步骤曲面数字地面模型、线路数字模型、平面多边形数字地面模型和空间多边形数字地面模型。由于近年来，三维技术发展非常迅速，一些过去不容易实现的三维表达方式现在已经开始普及。同时，更高级、更新的三维地形表达技术又不断涌现。因此有必要对不同层次的地形表达进行区分，如图所示。数据准备层次。原始等高线是经过勘探工作获得施工场地地形等高线数据，将其转化为系统所能识别的文件格式导入系统中。在本阶段，数据一般为中的“”“”格式文件。数据基础层次，是指生成的三角网格模型。现在对地表的建模一般形式有两种，（角网格模型）和（规则网格模型），模型是由分散的地形点按照一定的规则构成的三角网，它能充分表现地形高程的变化细节，适用于地形较为复杂的地区，具有很大的信息量；模型用一组大小相同的栅格描述地形表面，所包含信息量较少，因此施工总布置场地地表模型选用模型【】。在平台上，的生成原理如下：先在给定的带有高程属性的矢量图形上寻找到合适的节点，再通过这一系列的节点进行三角剖分。这些节点和一系列的边界相连接，从而形成了三角网。在中，模型的生成满足三角剖分准则，即确保没有一个节点落在三角网的内部。如果三角剖分准则在的任何部位都得到满足，则这些三角形的最小内角将获得最大值，这样就尽可能的避免狭长三角形的出现。小三角形通过边界的连接形成了连续的非重叠的三角面，这些三角面在获取表面线性特征的位置中起着至关重要的作用，例如对山脊和山谷的描述。图显示了模型的节点和边界，显示了模型的节点边界及表面第三章基于￥的施工总布置三维数字建模方圭围矾模型生成示意田第一层次是数字高程模型。是实现较高层次三维表达的基础。对这一层本身进行可视化地形表达，可根据已经生成的数据基础采用按高程（或等高线）的分层设色法。第二层次是数字地形模型。这一层的特点是已具有照片般的可视化地形，它已应用透视原理，通过明暗或色调处理可鲜明表达出任意鸟瞰角度和光源条件下的地形起伏，场景可随观察角度而移动。但这种地形模型的地面上空无一物，看上去就像月球和火星表面那样空旷。这一层采用英文（埔数字地形模型）第三层是数字地面模型。这一层数字地形模型的地面上，对已有模型进行修正并叠加上真实的或仿真的地表或其他地物。铺设仿真地面的材料可以是正射航片、卫星影像和线划地图等，还可以按照地图实际情况添加仿真地物，如大坝围堰施工场地等，因此这一层称为数字地面模型非常恰当，英文采用，简称。在实际操作中为了保证系统运行的速度，必须对生成原始地形等高线数据进行先期处理，蛆使得出的数字地形既能够与地物较好地匹配，又满足系统运行速度的要求。按照施工总布置场地区域的划分，对等高线的高程间隔取值不一。远离旆工场地中心的区域，取间隔的等高线：中心区域间隔，特别是整个河床是施工的主要场地，关系到主要建筑物与地形的空间匹配，可取值间隔；其他区域布置着渣场、砂石料场、交通道路及一些附属性或临时建筑物，可取值间隔。把上述等高线叠加起来，导入生成地形。图（】为矢量化后的地形线，）为生成地形模型，然后再对进行贴图，渲染以及光照的调整，得到模型，如图（）所示，对模型加咀修正井添加地物，便得到了基本模型，圈。第三章基于的施工总布置三维数字建模方法醪）原始地形等高线（模型矿矿）模型（）模型图可视化系统地面模型建立地形填挖技术地形的填挖是在旆工场地地表模型上进行的。由于地表是由许许多多个不规则三角形组成的，且每个三角形都有其属性（包括面积、高程、坡度、坡向等），因此可以较为容易地得到填挖面与地形的交线，并自将需要开挖的那块文件方便地切割下来。对于需要开挖的，可利用强大的图形计算功能计算出表面积、总方量、坡度坡向等一系列参数，为旌工做出详细参考。原始地裹模型是切施工活动的基础，本身不具有时间和施工特性的属性，从原始数据上沿相交线切去开挖初始形体面所包含的地形区域，所切去的地形即为需要开挖掉的地形”，圈（）分别为切割前后的地形，再对切割之后的数据按照模型的生成步骤进行操作，垃终得到理想的地面模型。第三章基于的施工总布置三维数字建模方注矿原始模型）填挖处理后的、模型图横型填挖处理文件不便于编辑属性信息，但对于地形的开挖和回填，如大坝基坑开挖、料场开挖、溢洪道开挖、进水口开挖、各种洞室进出口开挖和路面开挖及回填等施工活动均有时间和施工特性故此时我们在绘图软件中运用和系统中相同的空间参考，做出该开挖体的实体模型，由于实体模型可以精确地测量出体积，我们可以按仿真结果中的开挖量与时间的关系以及籀工顺序进行切块，最后再将实体转化为面片（）格式导人并在数据库中写入相应的开挖时间。这样做出的开挖体是由封闭的面组成，在视觉上呈现出体的效果，在演示的过程中能看到更加真实和准确的开挖效果”。图所展示的便是最终的基坑开挖体模型，及其各部分所对应的数据。旌工总布置实体建模揭基坑开挖体棱型地物实体模型属于空间上静止的数据模型，包括空间位置、形状和空间拓扑关系，静态空间实体之间的空间关系是通过内在的拓扑结构来维护的。这有利于数据的空间一致性检膏、空间关系查询和空间推理。在的三维空间里，所有的实体模型归根结底是由点、线、面构成的，其中体数据则可视为由闭合面片围成的构件，通过这些基本构件再更进一步组建成复杂的物体。第三章基于的旌工总布置三维数字建模方法参数化实体建模是一种通过相关几何关系组合一系列用参数控制的特征部件而构造整个几何结构模型的技术。整个建模过程被描述成一组特征部件的组装过程，而每个部件都由一些关键的参数来定义。此建模方式大丈简化了可视他平台的建模过程，并且能在生成图形的同时，充分利用双重数据库相对应的优势，导入与图形相应的属性特征，为下一步地演示和查询做好准备。参数化建模方法虽然精确高效，但有一定的局限性，对于一些不规则的或者在构造上很复杂的地物，我们仍然采用了图形建模方法。在软件中，画出各个面以及由各个面组成的体，在￥中导出为面片文件，最后在数据库中标注对应的各种属性。这种办法适用范围极广，对曲面、不规则体司样有效，但是操作相对复杂。大坝可视化建模在本研究中，大坝类型为堆石坝冼需要手动对大坝浇筑进行分区，如图（所示，得到各个控制点的坐标，在系统中生成各个坝区的模型每个分区又根据不同的高程划分为不同的层。最后将各个坝区按照空间拓扑关系组台在一起，得到整体大坝模型。为了让整个可视化过程更加的真实，在模型中将不同材料也进行了区分，还在坝面在加了施工马道，如图。一旌：二羔：（】大蚬分区示意圈，一口晕二二一罨一：！。大坝生成界面太坝模型（大坝最终效果围圈，堆石坝可视化建模为了方便建模，构造一些简单的模板部件，其形状由些形体参数控制。根”第三章基于的施工总布置三维数字建模方法据各个部分形体的具体数据以及各自的内部几何结构形式，调用相应的模板部件以此来簿化模型的构建，如图（曲所示。建模过程中如果发现有不台理的地方，只需修改相应模板部件的参数即可，图（为大坝撮终效果图围堰可视化建模根据材料和施工方法的不同将围堰划分为不同的区，每个分区又根据时间进行插值分层，整个围堰被划分为相对独立的各个部分。按照控制点坐标及拟好的填筑顺序，调用自带的绘图程序等将各部分绘制出来，然后和大坝的建模一样，按照空间拓扑关系组合为一个整体。如图所示地下洞室可视化建模地下洞室分为导流洞、交通洞、引水管道等，根据其断面型式有圆形、城门洞形等，根据其轴线分类又分为直线段、转弯段、渐变段等，其中各种组合情况比较复杂。为了更细致的描述洞室的形体，我们采用实体建模，即在软件中绘制出详细的三维的洞室模型，并根据施工特性对其进行分段分区，再将其分别导入到系统，最后根据拓扑关系组合相关特性模型构建地下洞室模型，如图。圈地下渭童群模型第三章基于的蘼工尊布置三维数字建模方法厂房机组可视化建模厂房浇筑及机组安装可视化在以往的研究中往往将其作为附属建筑而粗略演示，但厂房机组的施工往往位于施工总进度的关键路线中，厂房施工和机组安装对整个工期起着决定性作用，因此，非常有必要对其进行精确及细化的可视化建模。在参照了有关水轮机的结构及厂房浇筑的施工组织设计规范后，对水轮机和厂房进行合理的分区分块，在中进行绘制，再在系统里转化为格式井建立相应的施工特性数据库。图混凝土厂房橇型渣场可视化建模图厂房机组模型）发电机组模型渣场的建模涉及到各个时段的入渣和出渣量、不同时刻的断面面积和形状、顶底高程、总渣量。以上因素同时受地面状况，地形起伏、地貌（水流）的影响都是渣场建模过程中必须考虑的因素。弃渣场的堆渣过程多是由高处往低处堆、沿路从近到远进行，而存渣场出渣则是由低处向高处取料。渣场与地面的交线不规则，只要渣场的形体面大到足够与地面相交，露在地面以上的渣场就可卧很清楚地显现出与地面的不规则交线。渣场的建模和地形的填挖类似均是先找到各个区的方量、位置和堆存顺序以及仿真结果中相对应的特性（如时间，时段堆入量和运出量）再进行建模，最终导人再在数据库中导入相应的属性。根据自卸汽车的运输特性，每次卸下的料堆均为半圆弧形，为了更真实的描述弃渣过程，模型中的基本单位均为半圆弧形。图（）弃渣场模型图弃渣场在演示平台中的效果。第三章基于的施工总布置三雏数字建模方法【弃渣场模型弃渣场最终效果圈洼场檀道路交通可视化建模在场内施工总布置系统中，道路纵横交错，还与渣场、料场、开挖、坝体填筑等一系列和土石方流向在逻辑上紧密关联，不仅仅有空间，时间四维信息，还包括一些阶段性的统计分析结果，整个系统信息量极其庞大【】。但正是因为有了这系列庞大的信息，才能不失真地反映出施工总布置中各项目间的协调关系，以及各项目在施工中所形成的制约关系。因此时道路的建模，以及对道路模型信息的娃理和反映是奉系统研究的重点