肖 仲 凱，蔡 璇，韋 立 新，仲 躋 文，于 慧

(長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局 長(zhǎng)江下游水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210011)

0 引 言

為響應(yīng)國(guó)家關(guān)于“推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略”，落實(shí)水利部提出的“加快推進(jìn)新時(shí)代水利現(xiàn)代化的指導(dǎo)意見(jiàn)”，需健全長(zhǎng)江水災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、災(zāi)害防治、應(yīng)急救援體系，圍繞水利信息技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、三維建模等新一代信息技術(shù)，為沿江涉水工程提供水災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警分析和豐富的應(yīng)用解決方案，促進(jìn)水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和社會(huì)服務(wù)的智慧化[1]。

開(kāi)展河床監(jiān)測(cè)分析能夠有效降低涉水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，為工程防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。傳統(tǒng)的河床監(jiān)測(cè)分析手段是將多測(cè)次監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行比較分析，但由于成果數(shù)據(jù)分散，地形圖制式不統(tǒng)一，收集及整理的工作量較大，通過(guò)人工統(tǒng)計(jì)分析圖表、文字等形式來(lái)描述河床沖淤變化情況，成果分析效率較低且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法做到快速、直觀展示河床的沖淤變化。設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)涉水工程河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析平臺(tái)能夠有效管理和科學(xué)分析涉水工程局部河床監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，不僅可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和標(biāo)準(zhǔn)化管理，而且能夠?qū)哟惭葑兲卣鬟M(jìn)行高效分析[2-3]。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)原則及思路

1.1 設(shè)計(jì)原則

平臺(tái)設(shè)計(jì)原則主要考慮以下4點(diǎn)：① 數(shù)字化管理，通過(guò)信息化手段對(duì)河床監(jiān)測(cè)相關(guān)的地形數(shù)據(jù)、斷面數(shù)據(jù)、分析圖表、報(bào)告等基礎(chǔ)資料都進(jìn)行數(shù)字化統(tǒng)一管理；② 安全性管理，通過(guò)地形數(shù)據(jù)加密處理以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全管理等手段，充分確保重要涉水工程地理信息、分析數(shù)據(jù)的高安全性管理；③ 模塊化原則，根據(jù)河床演變分析常規(guī)技術(shù)方法，例如等高線平面變化、河床沖淤變化、典型斷面比較等進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，做到可移植、可復(fù)制；④ 成熟易用原則，采用國(guó)際主流、成熟的體系架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)快速查看河床模型，精準(zhǔn)展示分析歷年多測(cè)次河床演變過(guò)程。

1.2 設(shè)計(jì)思路

基于微服務(wù)架構(gòu)，以技術(shù)先進(jìn)、柔性敏捷、漸進(jìn)連續(xù)的設(shè)計(jì)思路，采用分布式、云化部署方式，堅(jiān)持以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，充分運(yùn)用多波束、三維建模、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水利對(duì)象及活動(dòng)的透徹感知、全面互聯(lián)、智能應(yīng)用與泛在服務(wù)。

平臺(tái)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用前后端分離的設(shè)計(jì)模式，所有需要大量計(jì)算的工作例如點(diǎn)云數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析處理，都通過(guò)后端分布式數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL存儲(chǔ)以及分布式高性能應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行預(yù)處理和分析，通過(guò)后端統(tǒng)一注冊(cè)、發(fā)布的Restful微服務(wù)接口響應(yīng)前端請(qǐng)求，在前端結(jié)合三維引擎快速完成三維模型數(shù)據(jù)的渲染和交互。

2 平臺(tái)功能及架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

運(yùn)用三維仿真和離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化算法等技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建通用數(shù)據(jù)模型以及常用三維計(jì)算和分析方法，實(shí)現(xiàn)涉水工程局部地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)和斷面數(shù)據(jù)的一鍵導(dǎo)入、數(shù)據(jù)自動(dòng)去噪、快速生成三維仿真模型，并融合2D和3D技術(shù)，直觀、真實(shí)地展示涉水工程綜合特征和河床地形的三維信息，實(shí)現(xiàn)涉水工程三維河床模型的動(dòng)態(tài)生成、專業(yè)化分析、演變動(dòng)畫模擬及可視化交互，為河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析提供了一種科學(xué)有效、簡(jiǎn)便直觀的分析途徑。平臺(tái)主要功能包括以下3個(gè)方面。

2.1.1平臺(tái)系統(tǒng)管理功能

考慮到該平臺(tái)涉及地形、水文數(shù)據(jù)信息，在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，充分考慮了應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層以及系統(tǒng)層幾個(gè)方面的安全設(shè)計(jì)與實(shí)施，從平臺(tái)訪問(wèn)控制、權(quán)限控制、身份驗(yàn)證、Https協(xié)議、系統(tǒng)安全漏洞防護(hù)、入侵檢測(cè)、病毒防護(hù)等多個(gè)方面入手，構(gòu)建安全可靠、自主可控的水利應(yīng)用平臺(tái)。

2.1.2涉水工程三維建模及河床模擬展示功能

(1) 根據(jù)重要涉水工程施工設(shè)計(jì)圖，1∶1建立三維仿真模型，結(jié)合GIS能夠清晰地展示現(xiàn)場(chǎng)兩岸堤防、灘地實(shí)景情況。

(2) 根據(jù)地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)不同高程值賦予不同色值，生成河床三維模型，河床以曲面或網(wǎng)格的形式進(jìn)行切換顯示，用戶可以清晰直觀地瀏覽和了解河床情況，同時(shí)可以根據(jù)需要切換已錄入系統(tǒng)的不同測(cè)次地形模型。

(3) 用戶可以在三維場(chǎng)景上選擇疊加工程段實(shí)時(shí)水位。

2.1.3河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析功能

(1) 地形數(shù)據(jù)疊加沖淤分析。系統(tǒng)支持兩個(gè)測(cè)次模型的疊加分析，用戶選擇待分析的模型后，平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前模型和所選模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)高程差，以可視化方式給出疊加沖淤分析的結(jié)果。

(2) 河床沖淤演變動(dòng)畫模擬。演變動(dòng)畫以循環(huán)播放的形式動(dòng)態(tài)展示一定時(shí)期內(nèi)不同測(cè)次的河床演變過(guò)程。

(3) 等高線變化分析。系統(tǒng)根據(jù)模型散點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制每個(gè)模型的地形等高線，支持多測(cè)次地形等高線變化分析。

(4) 固定斷面分析?？梢赃x擇不同測(cè)次的斷面數(shù)據(jù)，以圖表形式展示多測(cè)次的斷面比較分析結(jié)果。

(5) 自定義斷面分析。系統(tǒng)根據(jù)手動(dòng)選擇斷面的起點(diǎn)和終點(diǎn)動(dòng)態(tài)生成多測(cè)次斷面分析比較圖表。

(6) 河道坡比計(jì)算。系統(tǒng)根據(jù)手動(dòng)選擇斷面的起點(diǎn)和終點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算河道坡比。

(7) 河床最深點(diǎn)統(tǒng)計(jì)預(yù)警分析。根據(jù)平臺(tái)已有地形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工程河段河床最深點(diǎn)和涉水工程附近河床最深點(diǎn)，以圖表形式展示變化趨勢(shì)，并根據(jù)涉水工程特性設(shè)定河床沖刷幅度極值預(yù)警和極限沖刷預(yù)警。

(8) 預(yù)警提示。平臺(tái)結(jié)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、幅度變化和人工干預(yù)給出監(jiān)測(cè)預(yù)警提示，供工程養(yǎng)護(hù)管理單位決策參考。

(9) 場(chǎng)景漫游。平臺(tái)可以自動(dòng)漫游、巡檢工程河段水下河床及堤防情況。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)架構(gòu)采用5層架構(gòu)設(shè)計(jì)，分別是感知層、資源層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層以及應(yīng)用層，如圖1所示。感知層采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為平臺(tái)提供重點(diǎn)涉水工程的各類感知數(shù)據(jù)的泛在感知與采集，例如水位、高程、流速、流量、斷面、視頻等信息，實(shí)現(xiàn)涉水工程的及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)、監(jiān)視與監(jiān)控。資源層是基于分布云化資源提供平臺(tái)所需的計(jì)算、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)層通過(guò)構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、散點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、斷面數(shù)據(jù)庫(kù)、三維數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)等提供平臺(tái)的水文數(shù)據(jù)管理。服務(wù)層通過(guò)不斷提煉與沉淀平臺(tái)應(yīng)用所需的共通功能，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)共通服務(wù)，為應(yīng)用層的應(yīng)用快速構(gòu)建提供支撐。應(yīng)用層結(jié)合業(yè)務(wù)需要，基于涉水工程數(shù)據(jù)與服務(wù)層提供的共通能力，構(gòu)建河床三維場(chǎng)景、等高線變化分析、斷面分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

平臺(tái)采用輕量化HTML5/WebGL建模方法實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景，遙感影像能真實(shí)有效地描述地表特征，是三維地形仿真的重要數(shù)據(jù)來(lái)源[4-5]，實(shí)現(xiàn)快速建模、運(yùn)行時(shí)輕量化的3D可視化效果，充分還原涉河工程本身和周圍的場(chǎng)景。采用插值算法完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理，基于HTML5，應(yīng)用2D/3D引擎完成河床三維模型的建立。

3 典型案例應(yīng)用

按照平臺(tái)系統(tǒng)功能及架構(gòu)設(shè)計(jì)的建設(shè)目標(biāo)，目前已完成了南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析平臺(tái)(見(jiàn)圖2)的研發(fā)工作，并建立了南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋三維場(chǎng)景仿真模型。平臺(tái)將南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋常規(guī)河床監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了包括三維河床模擬展示、地形數(shù)據(jù)疊加沖淤分析、沖淤演變動(dòng)畫模擬、等高線變化分析、自定義斷面分析、河道坡比計(jì)算、河床最深點(diǎn)統(tǒng)計(jì)預(yù)警分析、三維場(chǎng)景漫游等河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析功能，并支持基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新和統(tǒng)計(jì)分析查詢。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 三維建模技術(shù)

在參考涉水工程圖紙及相關(guān)尺寸信息的基礎(chǔ)上，首先將3DMax系統(tǒng)單位比例與顯示單位比例設(shè)置成一致，在虛擬環(huán)境的設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)體的建模原則，正確處理不同構(gòu)筑物模型之間的差異，結(jié)合“真實(shí)建?！钡脑瓌t及模型大小，完成單個(gè)涉水工程的建模。例如跨江大橋的建模需結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析主要橋梁組件結(jié)構(gòu)(如T梁、蓋梁柱式墩、輕型橋臺(tái)等)構(gòu)件圖的幾何和拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)組件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)組件的三維建模[6-7]。

同時(shí)利用基于HTML5技術(shù)的Web編輯開(kāi)發(fā)工具及圖形引擎軟件，將模型導(dǎo)入進(jìn)行場(chǎng)景編輯。設(shè)定模型標(biāo)簽、業(yè)務(wù)屬性參數(shù)等，為后續(xù)程序驅(qū)動(dòng)的落地如數(shù)據(jù)綁定、數(shù)據(jù)展示等提供預(yù)處理，從而更好地滿足虛擬場(chǎng)景的實(shí)施需求。圖3為南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋三維建模。

4.2 數(shù)據(jù)插值、濾波及三角面生成算法

4.2.1數(shù)據(jù)插值與濾波

比較常用的插值算法有反距離權(quán)重插值和克里金插值[8-10]。本文所介紹的平臺(tái)使用了反距離權(quán)重插值算法(inverse distance weighting，IDW)。該方法假定每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有一種局部影響，而這種影響會(huì)隨著距離的增大而減小。算法的基本原理是對(duì)于平面內(nèi)已有數(shù)據(jù)(xi，yi，zi)，通過(guò)距離加權(quán)插值法，根據(jù)坐標(biāo)的屬性值z(mì)i實(shí)現(xiàn)對(duì)P點(diǎn)屬性值插值。如果P點(diǎn)的周圍有N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，則P點(diǎn)的屬性值可變?yōu)?/p>

在原始數(shù)據(jù)中，可能存在一些干擾點(diǎn)，為此平臺(tái)采用了濾波算法來(lái)做處理。算法以粗處理為主，在輸入數(shù)據(jù)中計(jì)算每個(gè)點(diǎn)到K個(gè)臨近點(diǎn)的距離分布，對(duì)每一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算它到所有臨近點(diǎn)的平均距離和標(biāo)準(zhǔn)差。以此標(biāo)準(zhǔn)差作為閾值，不滿足的將其定義為離群點(diǎn)，并在原始數(shù)據(jù)中剔除，完成濾波后再進(jìn)行迭代，進(jìn)一步剔除噪聲。濾波完成后，對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)采用反距離加權(quán)法計(jì)算預(yù)測(cè)高程值，計(jì)算的時(shí)候當(dāng)前點(diǎn)的高程值不作為輸入，預(yù)測(cè)的高程值和當(dāng)前實(shí)際值差值大于一定限值，用預(yù)測(cè)高程值替代當(dāng)前高程值。以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋河床水下散點(diǎn)數(shù)據(jù)為例，插值后的格網(wǎng)數(shù)據(jù)如圖4所示。

4.2.2三角面生成

3D模型是由最基礎(chǔ)的三角形面拼接合成，例如1個(gè)矩形可以由2個(gè)三角形構(gòu)成，1個(gè)立方體由6個(gè)面即12個(gè)三角形構(gòu)成，以此類推，更復(fù)雜的模型可以由許多小三角形組合合成。TIN是由空間中離散分布的不均勻點(diǎn)組成的三角網(wǎng)絡(luò)模型，它是DEM的一個(gè)主要數(shù)據(jù)模型。本文平臺(tái)采用TIN模型來(lái)實(shí)現(xiàn)三角面的生成，TIN模型根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)[11-12]。如果點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，該點(diǎn)的高程通常通過(guò)線性插值的方法得到(在邊上用邊的2個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用3個(gè)頂點(diǎn)的高程)。所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。在構(gòu)建TIN過(guò)程中，平臺(tái)采用了帶約束的Delaunay三角剖分算法，以解決實(shí)際河道中碰到的彎道或空白淺水區(qū)等實(shí)際數(shù)據(jù)所引起的三角網(wǎng)構(gòu)建冗余問(wèn)題。以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋河床水下散點(diǎn)數(shù)據(jù)為例，三角網(wǎng)構(gòu)建如圖5～6所示。

4.3 數(shù)據(jù)加密處理

為保證三維河床模型生成的準(zhǔn)確性，同時(shí)便于與多測(cè)次地形數(shù)據(jù)的比較分析，對(duì)前端獲得的不同測(cè)次的散點(diǎn)地形數(shù)據(jù)物理坐標(biāo)需要進(jìn)行網(wǎng)格化加密處理，不同模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值須一致。同時(shí)為了地形數(shù)據(jù)的安全性，平臺(tái)在數(shù)據(jù)加密處理時(shí)進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)和坐標(biāo)歸零處理，例如以橋墩位置為中心，按一定角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，前端在生成模型時(shí)，再次進(jìn)行了縮放處理，保證了數(shù)據(jù)的安全性。

4.4 集成多個(gè)河床演變分析模塊

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)歷年多測(cè)次的局部地形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)和高效分析管理，集成開(kāi)發(fā)了“疊加沖淤分析”“沖淤演變動(dòng)畫模擬”“等高線變化分析”“河床斷面分析”等多個(gè)河床演變分析模塊。疊加沖淤分析模塊實(shí)現(xiàn)了任意選擇2個(gè)測(cè)次地形網(wǎng)格數(shù)據(jù)的沖淤計(jì)算，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化沖淤圖，直觀展示河床沖淤狀態(tài)。沖淤演變動(dòng)畫模擬模塊可任意選擇時(shí)間區(qū)間，平臺(tái)會(huì)生成區(qū)間的模擬演變動(dòng)畫，動(dòng)態(tài)展示工程局部河床的演變過(guò)程。等高線變化分析模塊實(shí)現(xiàn)了多測(cè)次等高線的選擇、疊加和比較分析。河床斷面分析模塊實(shí)現(xiàn)了固定斷面分析和手工斷面分析，固定斷面為預(yù)先設(shè)置的固定位置的斷面，手工斷面為用戶手工在三維地形圖上繪制的任意斷面，兩者都可以通過(guò)選擇不同的測(cè)次數(shù)據(jù)，將斷面展示到曲線圖，一次可選擇多個(gè)測(cè)次，不同測(cè)次以顏色區(qū)分，能夠動(dòng)態(tài)顯示所選中斷面點(diǎn)的高程值，同時(shí)手工斷面可自動(dòng)計(jì)算斷面起點(diǎn)和終點(diǎn)的河床坡比。這些可復(fù)制、移植的河床演變分析模塊能夠直觀、快速高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)涉水工程局部河床演變的分析。

以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，涉水工程位于長(zhǎng)江南京河段大勝關(guān)附近，位置見(jiàn)圖7。平臺(tái)通過(guò)入庫(kù)地形數(shù)據(jù)，可自定義選擇自動(dòng)生成多測(cè)次的等高線變化圖，功能模塊展示如圖8所示。

4.5 河床監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制

平臺(tái)可根據(jù)各個(gè)涉水工程特性，設(shè)置特定的河床監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制。例如橋梁工程需重點(diǎn)關(guān)注跨江主橋墩附近區(qū)域河床的沖淤變化，隧道工程需重點(diǎn)關(guān)注隧道軸線位置上方河床的沖淤變化，碼頭工程需關(guān)注碼頭前沿河床沖淤變化。以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算并展示橋墩附近河床最深點(diǎn)高程值，同時(shí)根據(jù)工程設(shè)計(jì)最大沖刷極值，動(dòng)態(tài)顯示河床可沖刷厚度，分級(jí)別給出預(yù)警。如圖9所示，平臺(tái)右上角紅色框區(qū)域?yàn)轭A(yù)警模塊，當(dāng)前主橋墩附近河床最深點(diǎn)高程為-43.57 m，處于正常狀態(tài)；當(dāng)橋墩附近河床高程值小于等于極限沖刷值+5.00 m時(shí)，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警提示。

如果工程所在岸線存在河道崩岸險(xiǎn)情或重點(diǎn)險(xiǎn)工段，同時(shí)需建立河道邊坡崩岸險(xiǎn)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)堤防、河道邊坡的水平位移值，發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng)值提前給出崩岸險(xiǎn)情預(yù)警。

5 平臺(tái)功能拓展前景

5.1 融入底層感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

信息是智慧水利建設(shè)的基石。系統(tǒng)、整體、多類型地獲取信息，以及信息獲取之后的存儲(chǔ)、匯集、評(píng)價(jià)、校正和融合對(duì)智慧水利目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要[13]。智慧水利具有透徹感知、全面互聯(lián)、深度挖掘、智能應(yīng)用及泛在服務(wù)等特征，各個(gè)層次互相關(guān)聯(lián)，彼此耦合，從業(yè)務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、水利云、網(wǎng)絡(luò)、安全等方面形成一個(gè)完整體系[14]。目前水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)站已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集的各要素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心[15-16]。針對(duì)某個(gè)重要涉水工程監(jiān)測(cè)預(yù)警分析平臺(tái)，可在其重點(diǎn)河床位置設(shè)置底層感知設(shè)備，構(gòu)建感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將重點(diǎn)河床面高程值、水位、流速、流向?qū)崟r(shí)傳輸至平臺(tái)。同時(shí)可以利用高精度全自動(dòng)三維形變實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)，根據(jù)重要涉水工程特點(diǎn)建立監(jiān)控模型，實(shí)現(xiàn)重要涉水工程形變監(jiān)測(cè)安全預(yù)警，通過(guò)重點(diǎn)部位危險(xiǎn)點(diǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)警，可有效降低涉水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，為工程防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)，增強(qiáng)抗御自然災(zāi)害的能力。

5.2 接入在線二維水沙模型

隨著理論水平的提高與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，河流水沙數(shù)學(xué)模型得到了迅猛發(fā)展。由一維模型發(fā)展到二維、準(zhǔn)三維、三維模型；由恒定流模型發(fā)展到非恒定流模型；由單一河道模型發(fā)展到復(fù)式道、分汊河道、干支流河道以及河網(wǎng)模型；由均勻沙模型發(fā)展到非均勻沙與寬級(jí)配泥沙模型；由懸沙、平衡輸沙、非耦合模型發(fā)展到全沙、非平衡輸沙、耦合模型[17]；由水沙模型發(fā)展到水沙、水質(zhì)與水溫聯(lián)合模型等[18]。隨著水文信息服務(wù)理念的改變和服務(wù)領(lǐng)域的擴(kuò)展，將推動(dòng)智慧水文監(jiān)測(cè)體系的建立與應(yīng)用[19]。收集工程所在河段的地形及水文資料，結(jié)合上下游水文測(cè)站共享數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)底層感知數(shù)據(jù)，可構(gòu)建在線二維水沙自修正耦合模型。運(yùn)用水文預(yù)報(bào)技術(shù)，將模型預(yù)先計(jì)算的流場(chǎng)成果接入該平臺(tái)，能夠模擬展示重要涉水工程所在局部河床的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)，為涉水工程的場(chǎng)景化應(yīng)用提供基礎(chǔ)水文支撐。

6 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，為構(gòu)造“天空地”一體化的智慧水文監(jiān)測(cè)體系提供了有效的技術(shù)支撐。重要涉水工程河床監(jiān)測(cè)預(yù)警分析平臺(tái)是基于3DMax構(gòu)建，結(jié)合編輯開(kāi)發(fā)工具聯(lián)合建模法，通過(guò)地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立動(dòng)態(tài)河床三維模型，利用等高線變化、疊加沖淤分析、河床沖淤動(dòng)畫模擬、典型斷面比較、河床坡比計(jì)算等手段，能快速直觀地分析涉水工程局部河床沖淤演變過(guò)程，同時(shí)具有自動(dòng)預(yù)警功能，為重要涉水工程的科學(xué)管理、隱患排查、安全維護(hù)提供了關(guān)鍵性技術(shù)支撐。設(shè)計(jì)研發(fā)此平臺(tái)有利于實(shí)現(xiàn)地形、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一共享、高效分析和多場(chǎng)景應(yīng)用，有利于推動(dòng)重要涉水工程安全管理規(guī)范化、精細(xì)化、智慧化。