村镇规划中的水库淹没模拟分析

村镇规划中的水库淹没模拟分析

汪自军,陈圣波,包书新,宋金红,王旭楠

(吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春130026)

摘要 [目的]为镇区和镇域的规划提供决策支持。[方法]以鹿乡镇为例,利用DW G 地形图提取高程点信息并建立D EM,制作S PO T -5高分辨率和多光谱融合影像作为地表纹理,生成三维影像,然后进行水库淹没分析和三维飞行模拟。[结果]利用VR G IS 技术和水库淹没计算模型,通过人机交互计算生成淹没区域,对鹿乡镇基础设施和用地布局进行规划。通过三维飞行模拟了解到鹿乡镇地形、地貌、植被覆盖等要素的全貌及细节的空中动态观测、分析和研究,结合鹿乡镇域特点综合考虑,鹿乡镇可以定位为以天然生态和鹿文化为主的长春市近郊特色农业镇。[结论]利用虚拟现实技术,基于D EM 和SO P T 5影像数据,制作逼真的三维可视化洪水淹没景观,为村镇的更新、发展和规划提供决策支持。

关键词 三维可视化;D EM;虚拟现实;淹没分析

中图分类号 S126 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)03-01150-03

A n a ly s is on R e se rvo ir Subm e rg in g S i m u la tionin th e P la n n in g o f V illa g e s a n d T ow n s W ANG Z i-jun e t a l (C o lle ge o f G eo -exp lo ra tion S cien ce an d T ech n o logy ,J ilin U n ive rs ity ,C h an g chu n,J ili n 130026)A b s tra c t [O b jectiv e]T h e a i mo f th e resea rch w as to p ro v ide decisionsu ppo r ts fo r th e p lan n in g o f tow n sh ip an d tow n reg ion.[M e th od]T ak in g L u x ian g tow n a s a ca se ,DW Gtopog raph ic m ap w a s u sed to d rawe leva tionin fo rm a tion an d se t u p D EM.T h e f u sioni m age o f S PO T -5w ith h ighreso lu tion an d m u lti-p le -spectrumw e re prepa red a s te r ra i ntex tu re to gen e ra te th ree -d i m en sion a l i m a ge and m ak e re se rvo ir su bm e rg in g an a ly sis andth ree -d i m en s ion a l fly i n g s i m -u la tion.[R e su lt]T h e su bm erged reg ion s w e re m ade th rou gh hum an -m ach in e in te raction ca lcu la tion by u s i n g VR G IStech n o log y an d re se rvo ir su bm erg in g ca lcu la tion m ode l to m ak e p lan n in g o f th e in fra stru ctu re an d land lay ou t in L u x ian g tow n.C on side r in g syn th e tica lly w ith co m b in a tion o f th e ch a racte r istics o f L u x ian g tow nreg ion,th rou gh ae r ia l dyn am ic obse rva tion,an a ly sis an d re sea rch onth e pan o ram a and de ta ils o f e ssen tia ls su ch a s lan d fo rm,ph y sio gn o m y an d v ege ta tion cove rage in L u x ian g tow n by th ree di m en s ion a l fly i n g si m u la tion,L u x ian g tow n cou ld be loca ted a s ch a racte r is tic ag ricu ltu ra l tow n w ith th e m a jor ity o f n a tu ra l zoo lo gy an d dee r cu ltu re inth e subu rb o f C h an gch un city .[C on clu sion]

B a sed oni m age da ta o f D EMan d SO P T 5,v ir tu a l re a lity tech -n o logy w a s u sed to m ak e in to life lik e th re e -d i m en sion a l v isu a lized flood su bm erg in g land scape ,w h ich prov ided decisionsu ppo r t fo r th e upda te ,de ve lopm en t an d p lan n i n g o f v illa ge s an d tow n s .K e y w o rd s 3D v isu a liza tion;D EM;V irtu a l re a lity ;Su bm erg in g an a ly sis

基金项目 国家自然科学基金项目(40471086);长春市社会发展科技

计划项目(2005185-05SF 12)。

作者简介 汪自军(1982-),男,湖北鄂州人,硕士研究生,研究方向:

3S 技术与应用。

收稿日期 2007-09-28

村镇规划是加强村镇建设的重要手段,可引导农村经济结构转型,建立多元化投入机制,创造良好的人文环境,推进村镇社会各项事业均衡发展。村镇规划要依靠科学实现协调发展,加强村镇居民点、基本农田保护区、工业园区规划,加强村镇人居环境建设,减少环境污染,保护生态环境[1]。

G IS 的发展为许多地学相关的学科提供了有用的工具,村镇规划和设计是其中最活跃的应用之一,从规划和设计的角度出发,数据、分析模型、蓝图设计和视觉化是4个重要的部件,地学视觉化贯穿整个规划和设计过程[2-4]。虚拟现实技术是20世纪80年代后期兴起的计算机图形新技术,它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉等感觉形式的虚拟世界[5-7]

。虚拟地理信息系统技术(V irtu a l G IS )是虚拟现

实技术与地理信息系统技术结合的技术,它提供了一个真三维世界3D G IS [8-9],突破现实空间、客观时间、空间和尺度的局限,提供比二维地图更直观的视觉效果[10]

,应用在规划过

程中,可进行精确、逼真的村镇空间现状环境测评、用地布局

分析、防灾分析等决策应用

[11-12]

。

笔者以鹿乡镇为例,将三维可视化与虚拟现实技术应用在鹿乡镇的水库淹没模拟分析和飞行模拟中,为规划提供了定量的视觉化的洪水淹没区域,实现了对鹿乡镇地形、地貌、植被覆盖等要素的全貌及其细节的空中动态观测、分析和研究,从而为镇区和镇域的规划提供了决策支持。1 数据处理

1.1 DEM 建立 DEM 可以根据离散高程点或等高线生成,

鹿乡镇1∶1万DW G 地形图等高线存在断线、缺线等缺点,所以选择高程点作为D EM 数据源。高程点的高程值以文本注记形式表现出来,要从DW G 地形图中提取并匹配高程点和高程注记,得到高程点数据。针对鹿乡镇具有多山、存在乱掘和悬崖等复杂地形特点,利用高程点和山脊线、山谷线及悬崖界线等硬断线建立T IN 格式DEM 。由于采集D EM 数据时存在误差,使得DEM 表面存在一些异常的伪洼地,在进行洪水淹没分析之前,应该找出这些伪洼地并剔除。洼地区域是水流方向不合理的地方,并非都是由于数据误差造成的,因此,提取洼地后必须根据洼地贡献区最低高程Z m in 和最高高程Z m a x 计算洼地深度d =([Z m a x]-[Z m in]),最后设定阀值并填充洼地[13-15]。

1.2 地表纹理处理 原始遥感影像只有进行几何纠正,才能进行图像的几何量测等应用。对鹿乡镇S PO T -5全色波段和多光谱波段图像以DW G 地形图作为底图,采用多项式模型分别进行几何校正,然后裁剪使其范围一致并配准,最后用多光谱波段图像实行IH S 正变换,用全色波段代替变换后的I 分量后,再作I H S 逆变换变回RGB 模式,即得到同时具有高分辨率和高光谱信息的新图像。

得到了D EM 和地表纹理影像后,即可进行水库淹没分析和三维飞行模拟,流程如图1。2 水库淹没分析

利用计算机和信息技术进行洪水淹没分析的研究虽然很多[16],但大多研究还是基于二维G IS 技术[17]。充分利用G IS 中3D 分析和虚拟现实技术进行水库洪水淹没分析可以准确定量反映洪水特性和淹没面积。

2.1 水库淹没计算模型 淹没分析分两种情形:凡高程值低于给定水位点皆计入淹没区属于无源淹没,考虑高程值和

安徽农业科学,Jou rn a l o f A n h u i A g ri.S ci .2008,36(3):1150-1152 责任编辑 李晓玉 责任校对 李晓玉