gis仿真技术 gis设计与实现实验

水利水电工程施工技术与管理措施？

在日常生活中，水利水电工程具有重要的地位，推动着经济的发展。水利水电工程施工技术是工程质量的主要影响指标，所以要对其加以分析。这种技术主要是将水能转变为电能，然后经过变压器转化或是变电站以及输电线路传递到电网中。整个过程需要进行较好的管理，确保施工技术得到有效的利用。

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1工程概况

现对某市一水电站进行分析，研究其工程施工技术。该水电站主要是混合式开放，所在区域为最低排汇基准面，坝型主要是黏土心墙堆石坝，其最大高度是27.4m。在水电站中，其工程规模是中型，等级为Ш，在主要的建筑物上，有黏土心墙堆石坝、溢洪道、引水隧洞、调压井，等等。因此，需要对水电工程的施工技术进行分析，具体内容如下。

2水电工程施工技术

2.1预应力锚固技术

在水电工程中，运用预应力锚固技术能够对总体的结构进行加固。在日常的工作与养护中，通过预应力锚固技术，能够较好地缓解局部受力，降低不良事故的产生概率。预应力锚固技术与GPS的有效结合，可以更加准确地把握锚固施工的方向和深度，提升施工的质量，施工人员能够更好地处理岩基与工程结构。在应用预应力锚固技术的过程中，要认真分析水电工程的坝形，了解其稳定性与施工强度的不同，保证施工的安全性与协调性。在水利水电工程中，要制定施工标准，合理配备锚杆和锚固荷载，重视施工技术产生的影响。

2.2坝体填筑技术

在水利水电工程中，坝体填筑是流程化作业的基础，施工人员确定坝体的面积时，要充分考虑这部分因素，以更好地为施工设备提供加好的环境。在水利水电工程中，施工条件的完善性与施工环境的好坏可以通过坝体填筑技术进行改善，尽量避免影响实际施工。在不同的气候条件下，施工人员要选取合理的施工手段，提高坝体填筑施工的水平。

2.3坝体防渗加固技术

在水利水电工程施工环境比较恶劣的情况下，施工人员为了保证工程的实际效果，需要使用坝体防渗加固技术来增加坝体的稳固性。施工人员要分析工程中容易出现渗漏的区域和结构，例如坝肩、坝底，等等。对此，要使用合理的手段进行帷幕灌浆或是劈裂灌浆等。通过这种方式，能够让坝体拥有较好的防渗效果，降低渗漏出现的可能性。施工人员选用劈裂灌浆，需要分析坝体基础，然后进行灌浆孔的布置。主排孔与副排孔，需要进行合理分布，首先要将主排孔布置在轴线方向，然后将副排孔布置在相距轴线1.5m处，最后要保证两个排孔能够相互交错。施工人员要采取回转的方法，通过纯压式灌浆方式进行成孔的灌浆。

2.4GIS三维动态仿真技术

水利水电工程是一项系统性较强的工程，在实际操作中，可以应用GIS三维动态仿真技术提供更为精确的数据。施工人员在应用这种技术的过程中，要提升水利水电工程的施工管理水平，为施工的开展奠定较好的基础。具体内容如下：①施工人员针对不同的仿真模块要获取准确的信息，更好地进行工程施工，例如水流的几何形状以及水电工程的属性等。②施工人员获取水利水电工程的施工点之后，要进行合理的组合，从而针对不同的局面进行分析和处理，将应用的数据保存在对应的数据库中，以便工作人员查询。

3水利水电工程施工管理措施

施工人员除了需要采取合理的施工技术手段，还应加强施工管理，确保施工的各个环节能够满足施工的标准。

3.1构建完善的安全施工机制

在水利水电工程中，安全施工是非常重要的内容，施工人员应结合工程的实际情况，构建完善的施工机制，确保施工顺利完成：①要从整体角度出发，针对不同的环节制定一系列安全施工机制，并保证其可行性与低成本性。②施工人员要对容易出现问题的区域彻底排查。水利水电工程涉及很多工种，有复杂的人员构成，如果施工人员的能力水平差距较大，也可能会影响施工。相关人员要对这种情况进行记录，分析存在问题的原因。③施工单位要制定应急预案，分析在安全施工中可能出现的问题，组织专家进行详细的讨论，能够较好地应对施工中出现的问题，从而保证工程的有序进行。

3.2注重技术管理体系的完善

在施工中，施工人员要应用完善的技术管理体系，针对不同的部分进行责任分配。整个过程中，要注重施工信息的收集与分析，开展积极的技术交流活动，然后讨论水利水电工程可能出现的问题。完善技术管理体系能够为工程实施奠定较好的技术保障。施工人员要重视机械设备的监控工作，然后进行日常的维护。这能减少机械设备出现问题的概率，确保整体施工的安全性。本次水电站，建立了专门的技术档案部门，配备专人进行资料的收集与整理，进行试验、检修和归类，保证技术材料的完整性。

3.3加强施工机械的科学管理

在水利水电施工中，施工机械具有重要作用，这些设备能否得到较好的运行，会影响工程的实施。施工人员在实际施工中，要重视设备的管理工作。施工人员要确认“两票”与“三制”工作是否得到严格落实。其中，“两票”是操作票和工作票，“三制”包括设备缺陷管理制、交接班制以及巡回检查制。这个过程有较多内容，要进行仔细的排查和检验。施工人员要重视施工设备的使用，严格管理施工设备，了解不同设备的特点和仪表使用的方法，降低错误操作的概率。最后，施工人员要认真分析设备出现的故障，然后分析故障产生的原因，通过有效的方案进行排查和解决。

3.4提高施工人员施工水平

在水利水电施工中，施工人员应具有较高的专业技能，保证水利水电工程的质量。所以施工单位要提高施工人员的技术水平，为工程的顺利实施奠定较好的基础。具体有以下几项措施：①在施工前，施工人员要做好技术的交底工作，然后明确不同阶段的重点，进行人员分配，充分挖掘施工人员的内在技术潜能。②施工单位要加强对施工人员的技术培训。在开始施工前，组织施工人员积极参与培训课程，邀请知名的专家和经验丰富的员工进行施工要点讲述，让施工人员明确施工中注意的问题，采取合理的措施。在施工中，施工人员要拥有足够的讨论和思考时间，并交换意见，较好的协调，共同进步。③要完善考核机制，确保水利水电工程能够顺利实施。

4结束语

在水利水电工程的施工中，施工技术的实施具有重要作用，直接影响着施工的质量。施工人员要明确施工技术的主要内容，然后在适当的环境使用，保证其发挥最好的效果。施工技术的管理措施，能够更好地完善施工技术的应用效果，提升工程的整体质量。

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GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了采用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具采用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而辅助决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。

建设工程项目数字化施工管理？

下面是中达咨询给大家带来关于建设工程项目数字化施工管理的相关内容，以供参考。

1前言

施工管理过程其实就是信息流动的过程,通过信息从上层到下层或从下层到上层的纵向流动,以及在同一层次间的横向流动,达到管理和控制的目的。但目前我国的建设工程管理过程中,信息的流动主要采用手工统计数据、编制报表的方式(一些企业即使采用了计算机,也主要用于将手写的报表编织成打印的报表),这种方式工作量大、效率低,难以保证信息的及时性和有效性。

随着“数字化地球”概念的提出,“数字化”时代已经到来,相对其他行业和领域来说,建设工程领域的数字化概念还很模糊,数字化的施工管理方法研究也很少见。为此,本文从“数字化施工管理”概念出发,重点分析了数字化施工管理的内涵及可能实现的手段。数字化施工管理是工程管理领域的必然趋势,本文抛砖引玉,以期引来同仁的积极探讨并带来数字化施工管理的繁荣。

2数字化施工管理的内涵

与“数字地球”的概念相似,“数字化施工”就是将施工过程数字化,它包括工程全部施工过程信息的数字化、网络化、智能化和可视化。“数字化施工管理”即在数字化施工的基础上,用数字化手段整体性地解决工程施工问题并最大限度地利用信息资源。

数字化施工管理是以知识为基础,运用空间的概念整合信息及资料库的体系,是一种强调知识共享与更新的机制及过程,注重将原始资料经过整理、统计与分析后变成信息,而信息经过充分运用及共享,则可转化为有用的知识。

因此,本文认为数字化施工管理的内涵应包括以下几个部分:

①空间信息技术;

②系统仿真计算;

③可视化与虚拟现实;

④多智能体施工。数字化施工管理的兴起将为建设行业加快工程进度、节约工程造价、保证工程质量等起到巨大作用。

2.1空间信息技术

空间信息是数字化施工管理的首要前提,它包括施工场地的地形、地貌、建筑物、施工项目等一切空间的信息。空间信息技术是处理空间信息最为有力的工具,它主要包括遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS),即3S。其中,地理信息系统在建设工程管理中发挥了越来越重要的作用。

地理信息系统(GIS,GeographicInformationSystem)是近年来迅速发展起来的、一门介于地球科学与信息科学之间的交叉学科,亦是地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息技术。它是在计算机硬件和软件支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。

GIS具有存储、处理、传输和显示海量地理信息或空间数据的功能,因而适合用于管理规模越来越庞大的工程建设系统的信息。目前有学者研制开发了以GIS和数字媒体技术为基础的三峡工程决策支持系统集成指挥中心,在可视化的环境下以多种媒体形式为决策用户提供各种施工动态、静态信息,为提高决策效率提供有效的工具[3]。GIS可以对信息进行空间分析和可视化表达,这些功能适用于工程地质勘探、工程项目选址分析、工程项目风险评价、施工平面规划等工程建设领域。丰富的查询功能也是GIS的一大显著特点,GIS提供图形查询、文字查询、事件查询和过程查询,利用这些功能不但能获得与空间坐标有关的各项实体的信息(如设计参数、图纸等),还可以获得动态的过程信息,如施工过程信息等。文献[4]将GIS用于公路建设管理中,利用GIS动态反映路基、结构物的施工进展情况,随时反映出工程的变更情况,实现各构造物的施工进展形象图及各种信息的统计与分析。近年来,随三维、四维的数据模型日趋成熟,三维、四维的GIS也逐渐得到研究和应用。天津大学的钟登华等将GIS技术与系统仿真技术相结合,并广泛应用于水利水电工程的施工领域中,如坝区地质三维可视化、地下洞室和大坝施工过程三维动态演示、施工导截流施工管理、施工场地总布置等,在行业内取得不小的反响[5-7]。如图1为应用GIS技术生成的某水电工程施工场地总布置图。另外,与人工智能、面向对象、万维网、虚拟现实等技术的结合的新型地理信息系统不断的出现,这与施工管理数字化的趋势相符合,因此也必将在工程建设领域得到更加深入和广泛的应用。

2.2系统仿真计算

系统仿真技术是20世纪40年代末以来随着计算机技术的发展逐步形成的一门新兴学科,它以相似性原理、系统工程方法、信息技术以及应用领域相关专业技术为基础,以计算机等设备为工具,利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术[8]。仿真就是通过建立系统模型对实际系统进行试验研究的过程。随着仿真技术的发展,现代仿真技术已经成为任何复杂系统不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。

国外从70年代开始将仿真技术应用到工程施工过程仿真,以循环网络仿真软件为代表的一系列软件已广泛的应用在隧洞施工、土石方开挖、桥梁施工、管道施工等工程施工领域,如Halpin用于工程施工过程仿真的CYCLONE;Moavenzadeh用于费用预测的隧道施工仿真软件TCM;Clemmins用于土方工程施工仿真的SCRAPESIM;Kavanagh用于代替CPM的循环网络仿真系统SIREN;Odeh基于知识的施工计划仿真系统CIPROS;Huang用于施工过程动态交互仿真的DISCO等等。

随着人们对建模方法学研究的不断深入及计算机技术的飞速发展,对系统仿真技术提出了更高的要求。20世纪90年代以来,系统仿真的研究主要集中在:分布式交互仿真(DistributedInteractiveSimulation)、面向对象仿真(Object-OrientedSimulation)、智能仿真(Intel ligentSimulation)、可视化仿真(VisualSimulation)、多媒体仿真(MultimediaSimulation)等等[10]。图2为可视化与仿真相结合而生成的可视化施工管理过程。

在国内,天津大学的孙锡衡[13]等于80年代初首先把仿真技术引入水电工程施工领域,随后,钟登华等人对大型地下洞室群、混凝土坝的施工过程进行仿真研究,尤其是近期提出基于GIS的可视化仿真等理论和方法在众多大型实际工程中得到了成功的应用[14-20]。其他的一些研究单位和学者也在施工过程仿真领域作了一定的工作。其中,同济大学[21]根据已

有的盾构法隧道施工引起地层移动理论,采用了基于数据体视化算法的计算机仿真技术,研制了盾构法隧道施工实时预测与控制仿真软件;武汉水利电力大学和大连理工均在混凝土坝浇筑仿真方面进行了研究[22-24];四川大学主要研究了地下洞室群施工过程的仿真计算[25],等等。沙梅[26]用离散系统仿真对集装箱码头的工艺系统设计进行模拟,为集装箱港口工程项目设计提供决策支持。曾赛星[27]引入了可用于离散事件和连续事件的SLAMⅡ仿真系统,针对一个多服务台的土方运输系统进行了传真试验。

2.3可视化与虚拟现实可视化即科学计算

可视化(ViSC,VisualizationinScientificComputation)[28],是指运用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为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。而虚拟现实(VirtualRe ality,简称VR)是采用以计算机技术为核心的现代高新科技生成逼真的集视觉、听觉、触觉与嗅觉为一体的特定范围的模拟环境,通过多种传感设备(如头盔显示器、立体眼镜、数据手套、数据衣等)使用户以自然的方式与模拟环境中的物体进行交互,从而产生身临其境的感受和体验。

与可视化相比,在VR系统中用户与计算机的交互方式就像现实中人与自然的交互一样,即具有沉浸性(Immersion);在VR系统中用户不再是被动地接受计算机所给予的信息或者是旁观者,而是能够使用交互输入设备来操纵虚拟物体,以改变虚拟世界的,即具有良好的交互性(Interaction);用户利用VR系统可以从定性和定量综合集成的环境中获得感性和理性的认识,从而深化概念和萌发新意,即具有想象性(Imagina tion)。由于上述特点,虚拟现实在建设工程领域的应用成为了新的热点。

利用VR的可视化特性,对整个施工现场场景和施工过程进行三维展现,可以充分挖掘人类视觉获取信息的潜能,使工程技术人员和决策人员可以最大限度地获得施工过程的信息,有效地检验施工组织设计方案的可行性;用户也可以进入数据本身所在的环境,通过实时交互修改参数来对不同施工方案进行比较。

VR的交互性是学校教学或培训员工的有效工具。建筑工程施工和管理是实践性较强的课程,而现实条件又不可能提供所有的实践环节,采用VR构建一个虚拟的工程建设环境,使学生“参与”其中,将会提高学生的“实践经验”。采用VR技术虚拟施工过程,也有助于操作人员全面了解操作流程,优质安全地完成施工任务,尤其对一些特殊的或危险的操作进行全面培训,可以大大提高培训的安全性,并降低培训的费用。

2.4多智能体施工

智能体(Agent)是指为了实现自己的设计目标或任务而独立自主的运行,能适应自身所处的环境,并能不断地从环境中获取知识以提高自身能力,具有学习和推理功能的智能实体。多智能体系统[34]是由多个可计算的智能体组成的集合,其中每个智能体是一个物理的或抽象的实体,能作用于自身和环境,并与其他智能体通讯。其目标是特大的复杂系统(软硬件系统)建造成小的、彼此相互通讯及协调的、易于管理的系统。多智能体技术是人工智能技术的一次质的飞跃。多智能体技术具有自主性、分布性、协调性,并具有自组织能力、学习能力和推理能力。采用多智能体系统解决实际应用问题,具有很强的鲁棒性和可靠性,并具有较高的问题求解效率。由于多智能体技术的这些特点,它在解决复杂大系统的问题是具有明显的优势。

随着国民经济的发展和新技术、新材料、新工艺的不断出现,工程项目规模不断扩大、形式日益复杂,工程建设过程涉及的单位和个人也越来越多,因而对建设工程管理的统筹性、协调性、时效性提出的要求就越来越高。对于这样一个复杂的系统,应用多智能体技术来保证工程建设任务的顺利进行时非常合适的。

目前,已有学者研究基于Agent的工程建设协同工作方法,为工程建设项目进行高效管理、协作设计的提供重要的工具[35]。曾明[36]以苏州河综合整治工程的计划管理为背景,提出一种用于多部门计划协调支持系统的Agent协同工作组织结构。由于在招投标时,需要大量的工程量数据计算工程造价,重庆大学的任玉珑等提出了构建适用于投标计价和做招标的标底的招投标计价多Agent协同工作系统的思想,该多A gent协同工作系统包含工程量计算Agent和造价计算Agent[37]。西北工业大学的储备等从设计资源的角度深入研究了通过Agent以招投标模型实现产品设计任务的合理配置从而达到设计资源的合理分布与合理流转[38]。大型水利工程的物资供应系统是一个复杂系统,为此,刘三伢等[39]将供应链管理理论和Agent技术引入大型工程物资供应系统的研究中。

总的来说,多智能体技术在建设工程领域的研究和应用还很有限,有待进一步拓展其应用的深度和广度。

3数字化施工管理的实现

如同数字地球一样,数字化施工的实现是一个长期复杂的工程,它需要各种相关知识、技术等的共同提高与发展,软环境与硬(件)环境同时不可或缺。在硬件方面,要在工程施工区内布置高速宽带互联网,大量的现场跟踪摄像设备,可随时接入Internet、具备无线上网功能的电子计算机,数码设备等,每个现场施工人员需配备先进的数字设备。同时现场配备多台跟踪摄像与监测设备,在施工中结合系统仿真计算,部分实现了数字化施工。在软环境方面,要组建高效精干的数字化施工管理机构,做好施工前的数据资料收集准备工作,强化施工过程中的管理与控制。

4结束语

数字化施工管理是工程管理现代化的需要,也是数字化时代的必然趋势。虽然,目前数字化施工管理还是一个全新的概念,相关理论和技术尚不成熟,但是应该看到,在一些方面我们已取得了一定的成果。本文仅粗浅地讨论了对数字化施工管理的概念和相关理论方法的认识,以期带来更多的探讨,共同促进数字化施工管理的繁荣。

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如何在环境监测中应用GIS技术?

GIS技术，即地理信息系统，在环境监测系统中发挥着不容忽视的作用，不仅能整合、分析过去的研究结果，还能为未来的研究方向和保护工作提供建议及对策。具体来说，GIS在监测农家生态旅游环境中的主要应用领域如下：

（1）建立稀有动物数据库。利用野外调查数据，确定野生动物的分布地点和族群量，再将这些数据及动植物基本数据输入GIS。这些数据可与其他空间性数据如植被分布图、土地利用图、土地发展趋势图等相结合。这些数据也可与同级程序结合，进行仿真模拟，以预测环境改变对这些动植物的影响，同时还可用来进行资源保护和经营管理等。

（2）生物资源调查的规划。地理信息系统可通过数据处理，将环境划分为均质（Homogeneous）的小区域，以方便研究者在每一个区域内选定观测点进行调查，并进行各区域内生物族群组成的比较研究。

（3）建立动植物分布数据库。使用GIS能建立生物分布的数据库，若能配合遥测技术所得的数据，就可得到生物所在地的状况，再借由图形数据来展现动物的分布，以提高数据可读性，并可进行深入的分析。生物资源数据库的建立，可帮助了解周围的环境状况，在资源规划、利用、生态保护、景观生态学研究、环境教育和国际交流上，都有其应用范围。