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可視化技術(shù)研究范文第1篇

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[5]Bigheader.World Wind技術(shù)手冊[R].2007.

[6]童曉沖，賁進，張永生.全球多分辨率數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建與快速顯示[J].測繪科學，2006，01.

可視化技術(shù)研究范文第2篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字地球平臺 可視化算法 可視化技術(shù)

中圖分類號：F224 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0054-03

1 數(shù)字地球與數(shù)字地球平臺

數(shù)字地球是一個無縫的覆蓋全球的地球信息模型。把分散的信息按照地理坐標組織起來，既能體現(xiàn)出地球上各種信息的內(nèi)在有機聯(lián)系，又便于按照地理坐標進行檢索和利用。數(shù)字地球是信息化的地球，它包括全部地球資料的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和可視化的過程。其核心思想是利用數(shù)字化手段整體性地解決地球問題，并最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球從數(shù)字化、數(shù)據(jù)建模、系統(tǒng)仿真、決策支持一直到虛擬現(xiàn)實，是一個開放的復雜的巨大系統(tǒng)，是一個全球綜合信息的數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程。數(shù)字地球的特點是空間性、數(shù)字性和整體性，它有自己的理論體系、技術(shù)體系、應用體系、工程體系[1]。

以Google Earth和World Wind為代表的數(shù)字地球平臺（Digital Earth Platform），是一個集地球空間數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、分析、檢索、表達、輸出為一體的服務和決策支持系統(tǒng)。數(shù)字地球平臺以多分辨率空間影像數(shù)據(jù)為基礎，以統(tǒng)一的坐標投影系統(tǒng)為框架，以開放的XML為數(shù)據(jù)交換標準，以空間數(shù)據(jù)為支撐，以三維可視化技術(shù)為手段，以分布式網(wǎng)絡為紐帶，為建立基于空間信息的各類應用提供有力的工具[2]。

2 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)管理

2.1 數(shù)字地球平臺的選擇

數(shù)字地球平臺一般均采用金字塔層級結(jié)構(gòu)對影像和數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）進行分級分塊。金字塔是一種多分辨率層次模型，從金字塔的底層到頂層，其分辨率越來越低，對應的層級數(shù)據(jù)量也越來越小。在地形場景的繪制時在保證顯示精度的前提下為提高渲染速度，不同的場景區(qū)域需要不同分辨率的數(shù)據(jù)。金字塔層級結(jié)構(gòu)的建立為減少數(shù)據(jù)訪問量、提高系統(tǒng)的效率及性能提供了技術(shù)上的保障。隨著影像和DEM數(shù)據(jù)量越來越大，為提高實時縮放和渲染的速度，快速獲取不同分辨率下的數(shù)據(jù)，往往對原始的影像和DEM建立其金字塔層級結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建地形金字塔的層級結(jié)構(gòu)時，首先把原始的地形數(shù)據(jù)作為金字塔的底層，即第0層，并對其進行分塊，形成第0層的層級塊矩陣。在第0層的基礎上按每2×2個像素合成一個像素的方法生成第一層，并對其進行分塊，形成第1層的層級塊矩陣。依次按照此種方法構(gòu)建整個層級的金字塔，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于四叉樹結(jié)構(gòu)的生成和維護相對比較簡單，且當空間數(shù)據(jù)對象分布比較均勻時，基于四叉樹的空間索引可以獲得比較高的空間數(shù)據(jù)插入和查詢效率，因此其成為空間數(shù)據(jù)庫中常用的索引之一。在生成空間四叉樹索引結(jié)構(gòu)時需要確定工作區(qū)域的邊框坐標，即空間四叉樹的根節(jié)點?？臻g對象插入空間數(shù)據(jù)庫時如果某一節(jié)點中的空間對象達到某一閾值，則需將當前節(jié)點分解成2d個子節(jié)點（其中d為空間的維數(shù)）以使每個節(jié)點中包含的空間對象數(shù)小于給定的閾值。金字塔層級結(jié)構(gòu)和線性四叉樹索引方式相結(jié)合的數(shù)據(jù)組織管理方式保證了海量地形數(shù)據(jù)實時可視化，如圖2所示。

World Wind是一款采用了先進的流傳輸技術(shù)的可視化三維數(shù)字地球瀏覽器，主要面向科學研究工作者，軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫Terrain Server實現(xiàn)地形三維的顯示；同時，World Wind也是一個開放的軟件，提供了開放的地理信息框架，允許用戶修改World Wind本身的代碼，在此基礎上進行二次開發(fā)?；陂_放性的考慮，本系統(tǒng)選擇World Wind作為數(shù)字地球的開發(fā)的基礎平臺。數(shù)字地球平臺的運行界面如下圖3所示。

2.2 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)管理

電磁法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質(zhì)和電化學特性的差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規(guī)律和時間特性的觀測和研究，尋找不同類型有用礦床和解決地址問題的地球物理勘探方法。電磁法勘探法用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源，解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問題。電磁法勘探過程中的裝置示意圖如下圖4所示。

由上圖4可見，測試完畢后，每個測點對應得到一組一維的測試數(shù)據(jù)，一條測線的測量數(shù)據(jù)可顯示為二維圖形，一個測區(qū)的數(shù)據(jù)可以生成三維圖形。

系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)管理策略為數(shù)據(jù)文件與KML（keyhole markup language，keyhole標記語言）文件相結(jié)合的方式。KML是一種采用擴展標記語言（XML）語法與格式的語言，KML使用包含名稱、屬性的標簽來確定顯示方式，數(shù)字地球平臺對于KML文件的解析就是通過解析這些標簽得來的。因此，系統(tǒng)將諸如點坐標、經(jīng)緯度及高度等屬性信息寫入KML文件；而二進制格式的數(shù)據(jù)文件保存的則是詳細測量信息，二者通過經(jīng)緯度坐標信息、測點名稱等屬性可一一對應起來。

2.3 基于數(shù)字地球平臺的測點信息管理

可見，作為空間信息支持下的GIS系統(tǒng)，數(shù)字地球平臺可以有效地組織和顯示地理信息數(shù)據(jù)，在此基礎上進行測區(qū)選擇與測線部署優(yōu)化，能夠監(jiān)控野外勘探施工質(zhì)量。

3 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)可視化

現(xiàn)有的三維可視化軟件開發(fā)包種類較多，支持的語言包括C++，Java，IDL腳本語言等，支持的開發(fā)環(huán)境比較齊全。OpenGL是較多采用的圖形庫，但它的函數(shù)功能復雜多樣，對于圖形的投影、顏色、紋理、光照等方面的設置繁瑣、編碼量大，不易短時間內(nèi)掌握。Open Inventor是一個建立在OpenGL 基礎上的對象庫，開發(fā)人員可以任意使用、修改和擴展對象庫。Open Inventor由一系列的對象模塊組成，通過利用這些對象模塊，開發(fā)人員可以花費最小的編程代價，開發(fā)出能充分利用強大的圖形硬件特性的程序。

在Windows環(huán)境下，以.NET為開發(fā)平臺，采用Open Inventor進行三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的可視化處理可以大大簡化開發(fā)的過程，而且開發(fā)者無需過多關(guān)注圖形的優(yōu)化顯示，就可以得到極為逼真的圖形顯示效果。

克里金內(nèi)插法：為了更好地發(fā)揮Open Inventor的各項圖形模塊功能，前期對數(shù)據(jù)的處理非常重要，需要將離散、不規(guī)則的數(shù)據(jù)插值處理成規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。運用圖形仿真方法，插值的過程就是建立所研究變量完整的數(shù)學模型的過程。數(shù)據(jù)場可視化常用的插值方法一般有距離加權(quán)反比法，多項式最小二乘法等。在地質(zhì)統(tǒng)計學中克里金插值方法獲得了廣泛的應用[3]，從統(tǒng)計意義上來說，是從變量相關(guān)性和變異性出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對區(qū)域化變量的取值進行無偏、最優(yōu)估計的一種方法；從插值角度講是對空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無偏內(nèi)插估計的一種方法，本文采用了普通克里金（Kriging）插值方法進行數(shù)據(jù)的預處理。

4 結(jié)語

數(shù)字地球平臺以高分辨衛(wèi)星影像為基礎，利用無縫拼接技術(shù)使影像連續(xù)，采用高精度DEM正射校正使其空間位置準確，在此平臺上不僅可以顯示地形的構(gòu)造信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)油氣勘探信息的集成化、可視化綜合管理與應用?？梢?，作為空間信息支持的GIS系統(tǒng)，數(shù)字地球平臺是地球科學研究重要組成部分和重要依托，可以有效地組織、顯示數(shù)據(jù)?？梢暬瘮?shù)據(jù)的前期處理非常重要，還需要不斷研究尋找速度快、誤差小、復雜度低且適合地質(zhì)數(shù)據(jù)特點的插值算法。

參考文獻

[1]承繼成，郭華東，薛勇，數(shù)字地球?qū)д揫M].北京：科學出版社，2007.

[2]苗放，葉成名劉瑞，孔祥生，李康榮，徐松浦，張遠紅，新一代數(shù)字地球平臺與“數(shù)字中國”技術(shù)體系架構(gòu)探討.2007，11（32）：157-158.

[3]丁光華，劉嘉勇，孫克強.基于XML的信息隱藏方法[J].計算機工程，2008，34（6）：155-157.

[4]劉瑞，苗放，葉成名.基于數(shù)字地球平臺的油氣工程技術(shù)應用[J].成都理工大學學報（自然科學版），2009.

可視化技術(shù)研究范文第3篇

關(guān)鍵詞：流場數(shù)據(jù)可視化線卷積積分雙線性插值

中圖分類號：TN957.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

1引言

科學可視化是融合了圖形學、計算機視覺、數(shù)據(jù)管理、圖像處理和人機交互等多學科的一門新興的綜合學科?？茖W可視化的方法在發(fā)展到一定程度后可以與相關(guān)的領域結(jié)合應用，這可將科學實驗結(jié)果以及大規(guī)模的計算數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)出來，為用戶挖掘數(shù)據(jù)中的深層信息提供極大的便利。由于自然界沒有直接可用的表現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的可視化的表達模型，目前針對這類數(shù)據(jù)還沒有找到一種可以通用的技術(shù)。然而海洋水體中采集的數(shù)據(jù)大部分為矢量場數(shù)據(jù)，矢量場的可視化對理解復雜的流體制意義重大，所以尋求有效的解決方案是十分必要的。

矢量場中的特征各有不同，通常特征對流場數(shù)據(jù)描述的精確度與特征的維數(shù)正相關(guān)，因此常選取維數(shù)相對較高的特征來描述流場。對于這類特征，其可視化方法大致分為四種方法。直接法：直接將相應特征的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，不進行分析操作，此方法直觀、易懂、運算量相對小。幾何法：在流線上指定一系列點，記錄這些點的運動軌跡；基于這些軌跡來繪制幾何對象?；谔卣鞯姆椒ǎ禾崛?shù)據(jù)中被用戶視為有意義的部分，對這一部分信息進行可視化操作?；诩y理的方法：將向量場的局部性質(zhì)呈現(xiàn)給可視化向量場，這類方法可以在一些復雜的流場中，繪制出一個具備很多細節(jié)的密集連貫的可視化結(jié)果?；诩y理的可視化可以依賴的技術(shù)可歸納為點噪聲技術(shù)、線積分卷積（LIC）、紋理平流和運用GPU的技術(shù)等。本文選用基于紋理的線卷積積分（即LIC方法）實現(xiàn)海洋流場數(shù)據(jù)的可視化，為海洋領域的研究提供新的方法。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1雙線性插值

由于采集的海洋流場數(shù)據(jù)點是離散且無特殊規(guī)律可循的一個離散的點集，而計算機在處理無規(guī)則的數(shù)據(jù)時有很大難度，因此為了流場數(shù)據(jù)可視化的順利進行，對海洋流場數(shù)據(jù)進行預處理是必不可少的。本文的數(shù)據(jù)預處理工作采用雙線性插值法進行。雙線性插值，又稱為雙線性內(nèi)插，是含有兩個變量的插值函數(shù)的線性插值擴展，其核心思想是在兩個方向分別進行一次線性插值。

如圖1所示，設要得到未知函數(shù) 在點 的值，假設函數(shù) 在 四個點的函數(shù)值是已知的。第一步，沿著 軸的方向采用線性插值的方法進行插值操作，經(jīng)過這一步操作可以得到 的坐標值。第二步，沿著 軸的方向進行線性插值，得到 的坐標。這樣就得到所要的結(jié)果 。

2.2龍格庫塔法

在求解微分方程的眾多方法中，龍格庫塔法是一種較為常用，精度也較高的方法。因此，龍格庫塔方法在工程領域的應用也較為廣泛。泰勒公式和用斜率作為近似表達微分，是龍格庫塔算法的兩大特征。其主要思路是將積分區(qū)間上計算出幾個點的斜率進行加權(quán)平均，得到的結(jié)果作為下一組計算參考。根據(jù)預先計算的點的個數(shù)不同，龍格庫塔算法可以分為二階龍格庫塔法、四階龍格庫塔法等。

2.3 線卷積積分

LIC（Line Integral Convolution，線卷積積分）是流場紋理方法中最主要的一種技術(shù)，其主要思路是以矢量場數(shù)據(jù)的噪聲紋理為根據(jù)進行低通濾波，生成具有矢量方向相關(guān)性的紋理圖像。輸出圖像中每一點的像素值如下：

其中， 是輸出圖像中像素 的灰度值； 是噪聲圖像中像素 的灰度值； 和 分別是沿流線正向、反向第 步的像素位置； 和 分別是正向和反向流線的積分步數(shù)； 表示反向流線的權(quán)值。

LIC方法基于運動模糊的圖像處理，在流場數(shù)據(jù)的方向上進行卷積濾波，使得結(jié)果可以表現(xiàn)出流線的空間相關(guān)性。LIC算法可以提高處理數(shù)據(jù)的效率，每一個像素點的速度矢量也能較為快速的得到。

LIC通常選擇白噪聲作為輸入紋理，本文也是這么操作的。采用卷積積分的方法得出每一個像素點的輸出紋理值。第一步，針對成像區(qū)域中的每一個像素點，沿著其流場的正、反兩個方向進行積分操作，這的積分操作是對稱的。通過這過程可得到該點的流線。第二步，每個像素點對應的輸入噪聲值根據(jù)選取的卷積核參與卷積，得到的結(jié)果作為輸出紋理的像素值。

3海洋流場數(shù)據(jù)可視化設計與實現(xiàn)

本文設計了基于LIC的海洋流場數(shù)據(jù)可視化的流程如下：

首先，從數(shù)據(jù)文件中讀取出海洋二維流場可視化數(shù)據(jù)。將讀取處的數(shù)據(jù)存入預先定義好的的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；建立均勻網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，然后對數(shù)據(jù)運用線性插值法進行預處理，使流場數(shù)據(jù)均勻的分布在二維網(wǎng)格上。本文定義一個新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)組成包括經(jīng)度位置、緯度位置，在經(jīng)度方向的速度大小和在緯度方向的速度大小。

第二，輸入噪聲確定為白噪聲，同時設置好流線的控制參數(shù)。其中，步數(shù)設置的在進行卷積運算的次數(shù)，即通過幾步可以生成所需的整條流線；步長設置的是每一次運算所選取的數(shù)據(jù)點移動的距離大小；流線總長度設置的是卷積運算次數(shù)的最大值，即何時強制終止此次運算。

第三，經(jīng)過上述處理的各個像素點，根據(jù)LIC算法原理分別沿著正向、反向進行流線計算。這里采用龍格庫塔算法對各像素點進行流線計算。完成流線計算后進行卷積操作，得到對應像素的紋理值。最后輸出的像素值是紋理值與顏色值融合的結(jié)果。

第四，將運算的結(jié)果以圖像的形式顯示出來。本文采用的是OpenGL的方法。

為驗證該方案的有效性，本文選取某海域的一組海洋流線數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)集運用雙線性插值進行預處理，將該海域劃分分為361 x 723的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)點記錄13個時刻的流線數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)集大小為361x 723 x 13的數(shù)據(jù)集用以本文功能的檢驗。在Visual Studio 2008的控制臺程序運行后，得到如圖2所示的繪制結(jié)果。

4 討論

本文運用線卷積積分的方法，實現(xiàn)了海洋流場數(shù)據(jù)的可視化。由于本文的設計是在基于單機實現(xiàn)的，但在實際工程應用中，面對的數(shù)據(jù)通常是規(guī)模龐大的，因此計算能力不足時需要解決的問題之一。目前的研究尚不能妥善地解決這個問題。在接下來的工作中，進一步提升計算效率，采用分布式的方法是需要努力的方向。

參考文獻

[1]Brian Cabral， LeithLeedom. Imaging Vector Fields Using Line Integral Convolution[J]. Lawrence Livermore National Laboratory. 1997.

可視化技術(shù)研究范文第4篇

1.科學計算可視化技術(shù)研究背景

科學計算可視化作為一個研究領域開始于1987年，它首先是為了高效地處理科學數(shù)據(jù)和解釋科學數(shù)據(jù)而提出并形成的。它將大量枯燥的數(shù)據(jù)以圖形圖像這種直觀的方式顯示出來，使觀察者可以準確地發(fā)現(xiàn)隱藏在大量數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，從而幫助人們更好地理解和分析這些數(shù)據(jù)。

VISC的研究包括兩方面：一是VISC工具的研究.即如何把科學數(shù)據(jù)、數(shù)值圖像轉(zhuǎn)化成可視圖形與可理解信息的算法和工具；二是VISC應用研究，即把可視化工具應用于科學和工程的各個學科的方式和方法。它涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計及圖形用戶界面等多個研究領域。科學計算可視化技術(shù)的意義重大，它大大加快了數(shù)據(jù)的處理速度，使每日每時都在產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)得到有效的利用；實現(xiàn)人與人、人與機器之間的圖像通訊，增強了人們觀察事物規(guī)律的能力；使科學家在得到計算結(jié)果的同時，知道在計算過程中發(fā)生了什么現(xiàn)象，并可以改變參數(shù)，觀察其影響，對計算過程實現(xiàn)引導和控制。

2.科學計算可視化技術(shù)在現(xiàn)代教育方法中的應用

信息時代，學習是一種社會活動，個人不能脫離社會環(huán)境孤立地學習，抽象、多維信息的處理能力顯得日益重要，如果把科學計算可視化與教育有機地結(jié)合，教育與社會需求之間的差距將得以縮小，因為科學計算可視化本身是對客觀對象的模擬，所構(gòu)建的學習環(huán)境與實際生活情境相關(guān)。科學計算可視化的沉浸性和交互性為學習者提供了可以直接交互的三維立體空間，并將學習者置于主動學習的中心地位，有利于學習者知識的建構(gòu)。

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)制造“真實”感受

虛擬現(xiàn)實可以徹底打破時間的限制，對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。例如，利用虛擬實驗系統(tǒng)，學生可以進行溫室效應、電路設計、建筑設計等方面的探索學習，從而研究出二氧化碳對全球氣候的影響規(guī)律，或設計出新的電路、新的建筑物。虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使得設備與環(huán)境塑造更接近于真實，有利于學生的技能訓練，如軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。

美國巴爾的摩Johns Hopkins大學的化學工程系教授卡爾威在計算機網(wǎng)絡上建立了一個虛擬實驗室，模擬各種實驗，讓工程系的學生通過計算機網(wǎng)絡來做實驗，嘗試解決工程上遇到的各種問題。例如，通過一個虛擬的鉆油實驗，學生可以知道某個位置的油井的深度，從而估計油層的形狀及所需費用。

2.2計算機動畫展現(xiàn)“實物”效果

計算機動畫在教育方面有著廣闊的應用前景。有些基本概念、原理和方法需要給學生以感性上的認識，在實際教學中有可能無法用實物來演示。這時借助計算機動畫把各種表面現(xiàn)象和實際內(nèi)容進行直觀演示和形象教學，大到宇宙形成，小到基因結(jié)構(gòu)，無論是化學反應還是物理定律，使用計算機動畫都可以淋漓盡致地表示出來。

另外計算機動畫在網(wǎng)絡游戲、文化娛樂等方面也有著廣闊的應用前景。基于PC的三維游戲正在不斷增加，其制作也離不開三維動畫技術(shù)。開展三維數(shù)據(jù)場可視化技術(shù)研究，探索提高體繪制質(zhì)量、速度的理論和關(guān)鍵技術(shù)，對于完善可視化理論、拓展體繪制的應用領域等都具有重要的理論和實踐意義。

3.科學計算可視化技術(shù)對于現(xiàn)代教育方法的價值及意義

從教育的發(fā)展過程看，任何一種新技術(shù)、新媒體的出現(xiàn)，都會引起教育上的革命。例如，紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)，廣播和電視技術(shù)的發(fā)展，計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，都曾引起了教育在質(zhì)的飛躍。毫無疑問，科學計算可視化與教育相結(jié)合，也一定會在教育領域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍。因此，探討科學計算可視化與教育相結(jié)合的理論依據(jù)，無論是對教育的發(fā)展，還是對科學計算可視化技術(shù)自身的發(fā)展都是必要的，也是現(xiàn)實可行的。利用計算機動畫技術(shù)，可將科學計算過程以及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為幾何圖形或圖像信息并在屏幕上顯示出來，以便于觀察分析和交互處理。計算機動畫已成為發(fā)現(xiàn)和理解科學計算過程中各種現(xiàn)象的有力工具，即“科學計算可視化”。

實現(xiàn)科學計算的可視化具有多方面的重要意義。它可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使龐大數(shù)據(jù)得到有效利用；可以在人與數(shù)據(jù)、人與人之間實現(xiàn)圖像通信，從而使人們能夠觀察到在傳統(tǒng)的科學計算中發(fā)生的現(xiàn)象，成為發(fā)現(xiàn)和理解科學計算過程中各種現(xiàn)象的有力工具；同時，還可以實現(xiàn)對計算過程的引導和控制，通過交互手段改變計算所依據(jù)的條件，并觀察其影響?？傊茖W計算的可視化將極大地提高科學計算的速度和質(zhì)量，實現(xiàn)科學計算工具和環(huán)境的進一步現(xiàn)代化，從而使科學研究工作的面貌發(fā)生根本性的變化。

可視化技術(shù)研究范文第5篇

[關(guān)鍵詞]GIS三維；可視化技術(shù)；輸電線路；運維；應用

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0277-01

前言

GIS三維可視化技術(shù)是指以計算機技術(shù)處理圖像為基礎，將獲取的信息轉(zhuǎn)換為三維圖形，并且在顯示屏上顯示出來的一種技術(shù)手段。目前，GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運維中的應用非常普遍，利用GIS三維可視化技術(shù)可以為輸電線路的運維提供一種新型的管理理念和方式，這對于輸電線路運維的決策和方案具有決定作用。因此，現(xiàn)階段研究GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運維中的應用顯得至關(guān)重要。

一、線路走廊危險地物的檢測

根據(jù)我國有關(guān)輸電線路運維有關(guān)法律法規(guī)的要求，輸電線路的線路走廊中各種地物的安放應該符合一定的安全距離。因而需要對線路走廊的危險地物進行檢測，首先應該測量各種線路走廊地物到輸電線的距離，這個距離至少應該滿足保證輸電線路安全運行的距離要求，當然，不同的地物要求與輸電線的距離要求也不一樣，因而需要將地物進行分類。其次，將地物分類完成后，還需要對輸電線與絕緣子之間的結(jié)合點進行處理。最后，還需要測量和計算所有地物與輸電線的距離，以保證輸電線與地物的距離能夠符合安全輸電運維的要求。一旦發(fā)現(xiàn)某種地物到輸電線的距離不滿足安全輸電運維的要求，GIS三維可視化技術(shù)可以提供自動報警，這樣維護人員就可以及時對輸電線路進行維修。當然，在對輸電線路的使用距離進行檢測時，應該充分考慮外界環(huán)境因素的影響，尤其應該考慮到當?shù)刈畲箫L和最高溫度的情況。因此，必須根據(jù)GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，對當?shù)氐娘L速和溫度等條件進行預測，進而為建立輸電線路模型提供有效的依據(jù)。

二、線路走廊地形地貌變化檢測

在輸電線路的線路走廊內(nèi)，由于地形、風速和溫度等外界因素，當然，輸電線的桿塔高度由于可能會發(fā)生坍塌、滑坡和位置偏移等問題。很顯然，這些因素對輸電線路的安全問題埋下了極大的隱患。因此，在輸電線路運維的過程中，需要采用GIS三維可視化技術(shù)對這些因素進行分析，首先需要比較準確地觀察到線路走廊地形地貌變化對輸電線路運維的影響，從而使得輸電線路安裝人員及時發(fā)現(xiàn)這些隱含的環(huán)境問題，從而為制定輸電線路運維的方案提供依據(jù)。因此，采用GIS三維可視化技術(shù)對線路走廊地形地貌變化進行檢測對于提高輸電線路的安全運維具有現(xiàn)實意義。

三、輸電線路三維可視化管理

目前，傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)采集的手段還比較落后，主要還是以人工測量為主。但是，隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS三維可視化技術(shù)可以準確地測量出三維走廊的地形、地貌和塔桿的位置等，從而更加方便地為輸電線路的運維提供數(shù)據(jù)支持。采用GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)還可以通過有關(guān)軟件進行處理后，就可以產(chǎn)生精度更高的數(shù)字模型。基于GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，我們可以精確地建立三維模型，以匹配實際的輸電線路的運維方式。同時，在建立三維數(shù)據(jù)模型時，還應該考慮輸電線路運維地區(qū)的房屋和樹木等因素。這樣才能保證建立的三維模型更加準確，還能減少后期制定輸電線路運維過程中對數(shù)據(jù)的處理量。因此，GIS三維可視化技術(shù)可以清楚地反映外界的三維真實情況，從而使得輸電線路運維工作人員更加準確地了解整條輸電線路的情況，進而實現(xiàn)對輸電線路的三維可視化管理。

四、樹木砍伐評估和管理

輸電線路的運維穿越樹林是非常常見的現(xiàn)象，尤其是在一些山區(qū)，因而需要評估輸電線路穿越樹林的面積和高度等。傳統(tǒng)的估計方法不僅成本較大，而且估計的數(shù)據(jù)不夠準確，進而給后期的輸電線路運維過程帶來了很大的不便。但是，GIS三維可視化技術(shù)為估計樹林的面積和高度提供了有效的估計手段。同時，GIS三維可視化技術(shù)還能準確地獲取樹林的很多結(jié)構(gòu)信息，主要包括樹林的幾何特征等。通過GIS三維可視化技術(shù)獲取的樹林信息，有助于我國對輸電線路穿越的樹林進行管理，尤其是當需要砍伐一定量的樹木時，GIS三維可視化技術(shù)采集的信息可以提供準確的砍伐量。但是，目前我國利用GIS三維可視化技術(shù)在樹木砍伐中的應用還處于起步階段，尤其與西方發(fā)達國家相比，這方面的技術(shù)還存在較大的差距。因此，我國利用GIS三維可視化技術(shù)實現(xiàn)對樹木砍伐進行全方位的估計和管理還有很長的距離。

五、輸電線路的增容分析

為了進一步提高輸電線路的載流容量，首先，我國需要考慮溫度對輸電線路材料造成的影響；其次，當輸電線路的載流量增大后，還需要考慮由于在載流量的增大而需要重新考慮輸電線與地面的距離。同時，利用GIS三維可視化技術(shù)對線路走廊進行快速掃描，可以準確地觀察到線路走廊的三維空間位置，再利用計算機軟件技術(shù)對采集的數(shù)據(jù)進行處理后，就可以為輸電線路運維提供有效的依據(jù)。目前，我國已經(jīng)開發(fā)了很多監(jiān)測輸電線路的設備，但是只有GIS三維可視化技術(shù)最受歡迎。因此，利用GIS三維可視化技術(shù)實現(xiàn)對輸電線路的增容進行分析顯得非常重要。

六、總結(jié)

總而言之，GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運維中的應用是一項系統(tǒng)化的工程。由于我國研究和利用GIS三維可視化技術(shù)的起步比較晚，尤其與西方發(fā)達國家相比，我國在應用GIS三維可視化技術(shù)方面還存在很大的差距。但是，近年來我國在利用GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運維中的應用也取得了一定的成果。為了更好地將GIS三維可視化技術(shù)應用于輸電線路中，因此，現(xiàn)階段研究GIS三維可視化技術(shù)在的輸電線路運維中的應用具有非常重大的現(xiàn)實意義。以上是本人的粗淺之見，但是由于本人的知識水平及文字組織能力有限，因此文中如有不到之處還望不吝賜教。

參考文獻

[1] 陽鋒，徐祖艦.三維激光雷達技術(shù)在輸電線路運行與維護的應用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，3（2）：62-64.