湘江流域污染物動態(tài)運移三維可視化及空間分析.pdf

1、湘江作為湖南省境內(nèi)最大的河流，既是流域主要飲用水源地，又是湖南經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要命脈。近年來，由于大量工業(yè)污水和生活垃圾排放，湘江水質(zhì)越來越差，湘江污染物動態(tài)運移三維可視化及空間分析需求日益迫切。然而，目前對污染物動態(tài)運移的模擬還集中在一維、二維情形，三維模擬雖說存在理論模型，但求解復(fù)雜、困難并且可視化程度不高。
　　 以往的系統(tǒng)主要以二維河面為對象完成污染物的擴(kuò)散模擬，通過DEM數(shù)據(jù)來完成二維河面高程賦值，實現(xiàn)二維河面在三維場

2、景的擴(kuò)散模擬，無法深入了解河流內(nèi)部的污染物擴(kuò)散情況。因此，本文以湘江污染物為研究對象，通過對污染物在水體中運動形式等理論分析及湘江區(qū)域?qū)嶋H狀況的了解與研究，簡化污染物擴(kuò)散基本模型，推導(dǎo)出適用于湘江污染物擴(kuò)散的三維水質(zhì)模型及其解析解。
　　 在三維可視化表達(dá)方面，考慮到地理信息系統(tǒng)(GIS)在動態(tài)空間關(guān)系表達(dá)、空間相關(guān)分析功能、海量數(shù)據(jù)處理及三維展示和動態(tài)模擬上的優(yōu)勢，本文結(jié)合GIS技術(shù)，從河面三維可視化、河床三維可視化和剖面成圖

3、三方面探討污染物動態(tài)運移三維可視化的解決方案。針對河面三維可視化，本文以反映河道實際情況，方便計算機(jī)自動處理為主要目標(biāo)，提出了一種新的提取河面網(wǎng)格方法，完成了河面網(wǎng)格的提取，并通過反距離權(quán)重插值完成網(wǎng)格高程賦值。而河床三維可視化方面，為了建立更為真實的河床三維模型，本文提出了沿中心線提取河床離散點方法，其實現(xiàn)思路與河面網(wǎng)格化方法基本一致，并通過拉格朗日插值完成離散點的高程賦值，利用克里金插值完成DEM規(guī)則格網(wǎng)點的高程內(nèi)插，最終建立河床D

4、EM。同時，為了展示河流內(nèi)部的污染物擴(kuò)散情況，本文實現(xiàn)了一種河流剖面生成方法完成了剖面的自動成圖，從而真正實現(xiàn)污染物動態(tài)運移三維可視化。
　　 另外，在污染物擴(kuò)散模型與GIS集成方式方法探討的基礎(chǔ)上，本文實現(xiàn)了一種基于編碼方式的參考坐標(biāo)計算方法。與傳統(tǒng)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方式相比，基于編碼方式的參考坐標(biāo)計算方法實現(xiàn)思路簡單，并通過在島嶼處建立了多個參考坐標(biāo)系，將不同參考坐標(biāo)系的污染物擴(kuò)散模擬進(jìn)行疊加運算，解決了島嶼處參考坐標(biāo)系的不確定性問

5、題，并使得模擬效果更為準(zhǔn)確、合理。
　　 最后，本文以GIS技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為手段，以ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫引擎，以O(shè)racle為后臺數(shù)據(jù)庫，以VS2008為開發(fā)環(huán)境，C#為開發(fā)語言，利用ArcGIS Engine9.3進(jìn)行組件式二次開發(fā)，最終開發(fā)完成了C/S模式下的湘江污染物動態(tài)運移三維可視化及空間分析系統(tǒng)，并以湘江實際數(shù)據(jù)為例模擬了污染物動態(tài)運移效果，實現(xiàn)了污染物擴(kuò)散模型與三維場景的集成研究。結(jié)果表明，該系統(tǒng)切