王传桂
绍兴建祺园林建设有限公司 浙江绍兴312000
摘要：我国科技的发展和计算机技术的不断成熟，水利工程事业发展的过程中有越来越多的智能先进的技术参与，而虚拟仿真技术就是其中的一种。虚拟仿真技术和水利工程的结合为水利工程的具体实施突破时间和空间上的局限，建立具体的仿真模型，根据水利工程的施工进行实验模拟，通过对模拟实验结果的分析和判断，发现在水利工程施工过程中存在的问题，由此修改完善水利工程的设计的实施方案。虚拟仿真技术对水利工程具有前瞻性，能够提前发现水利工程中存在的问题，有效的实现控制施工成本、减少现实误差、降低水利工程的施工风险，从而最终达到提高水利工程的质量，促进水利工程的总体发展。
关键词：水利工程；运行管理；虚拟仿真技术
引言
0世纪50年代兴起的一种新型虚拟仿真技术，为实现工程运行管理现代化以及提高人的主体认识能力提供了技术支持。一般地，对于仿真结果的读取比较常见的形式有可视化、数字化和二维仿真3种。其中，数字化仿真存在操作简单、易于实现的特点，但仿真结果无法直观地提供给用户，所以理解时具有一定难度，并且对于一些隐蔽性问题也难以发现;二维仿真较数字仿真更加直观，二维图形模拟多用于物流规划、城地和设备等领域，有也将二维动态图形用于物流过程的模拟分析，并为工程优化设计提供指导。但是该方法无法实现人机交互，只能提供简单的画面。随着计算机硬软技术的快速发展，虚拟仿真技术逐渐得到广泛的研究应用，可视化仿真逐渐替代以往的数值和二维仿真。可视化仿真主要是利用系统中各物理对象的位置关系，经过组合处理生成三维模型，在三维空间上加入时间轴T，从工作方式和具体坐标的角度描述基本对象。在表现形式上仿真结果不局限于各种符号图形在屏幕上的动态变化，而且能够实现人与电脑的互动。
一、虚拟仿真技术概述以及在水利工程中的应用意义
虚拟仿真技术实际上是在依托计算机系统的基础上，模拟衍生出的另一个系统，具有交互功能。虚拟仿真技术作为一项技术系统，能够结合图形技术、传感技术和仿真技术建立虚拟的信息空间，在空间里能够进行人性化的模拟仿真互动，凭借着系统的优越性和实用性，在室内设计、建立数字城市、游戏设计等方面有着广泛的应用。虚拟仿真技术在水利工程中的应用主要是对工程的施工方案进行虚拟验证，通过验证结果的分析对方案进行及时的优化，提前根据合理科学的验证发现在水利工程方案中的问题，在极大的程度上避免了水利工程在施工过程中可能出现的事故和失误。在水利工程中应用虚拟仿真技术可以在水利工程施工之前就显示按照水利工程设计和施工方案现实实施之后的效果，给予了水利工程施工方案更多的设计空间，帮助水利工程施工实现最优化，因此虚拟仿真技术在水利工程中的应用能够缩短水利工程的施工周期、提高施工质量、加深相关设计和工作人员对整个水利工程的结果和流程、有利于保障施工人员的人身安全等。
二、虚拟仿真原理
虚拟仿真在整个工程中的应用基础是虚拟环境建模，一般涉及听觉建模与三维视觉建模两个体系，其中视觉建模有模型切分、对象特性、物理、运动和几何建模等模块。采用DEM数字高程模型或以.dxf、*.dgn格式存储的三维等高线地形图，实现虚拟仿真数据与地理特征数据的格式转化，并考虑工程地形条件贴上真实的卫片或航片。然后结合二维CAD图纸建立三维建筑物仿真几何模型，如通航建筑物、厂房、地下电站、泄水建筑物和水库大坝等，将真实照片纹理与现场实拍照片相融合，可以实现工程现场情景的完全模拟。最后，按照实际接触的工程建筑物与地形关系，通过拼接处理完成三维虚拟仿真的建模。实际上，表面变形、对象捕获、相互作用、位置改变、缩放、碰撞等均反映了三维虚拟环境中物体的运动特性，通过将坐标系设置于每个具有运动特征的对象上可生成对象坐标系统，为改变对象的位置可以利用各方向上坐标值的控制来实现。
将虚拟仿真技术应用于工程运行管理时，水工建筑物部件通常会发生运动，如水轮机机组运行、泄水闸门的旋转、船闸的关闭与开启，开闸泄水流态以及水位的变化等。三维几何模型仿真这些动作效果时，需要在一定条件下合理控制、设定其空间方位角和位置坐标，由此实现水工建筑物的动作模拟。
三、水利工程运行管理中虚拟仿真技术的应用
3.1MATLAB电力系统仿真技术
CleveMoler和JohnLittle等人合作成立了Mathworks软件公司，推出了商用MATLAB软件。随着时代的发展，MATLAB已广泛应用于各种仿真及计算领域，如通过符号计算求解微分方程，通过数值计算方法进行各种算法的运算，通过Simulink环境搭建电子电路仿真模型、电力系统模型、控制器与控制算法模型、机械系统动力学模型等。Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的环境，在Simulink中可通过框图建模或编程的方式搭建仿真计算模型，电力系统模块库（PowerSystemBlockset）就集成在Simulink的库中，在该模块中可使用电力系统常见的元器件模型，如传输线路模型、发电机模型、RLC复杂模型、开关模型、继电器模型、三极管模型、变压器模型等。电力系统分析中常用的元件模型包括：同步电机模型、变压器模型、输电线模型、异步电机模型、负载模型。
3.2计算机仿真技术
计算机仿真技术又被称为计算机模拟技术，通过多样化的技术手段对农田水利工程的施工进行妥善管理，这样能够提高施工的效率，提升各项操作的便捷性，降低返工问题发生的几率，以便及时为农民的灌溉工作进行助力。在农田水利工程施工之前应该先对工程的各项数据进行充分采集，构建工程数据分析库，保障工程设计的科学性和严谨性。其次应该对施工中可能出现的质量和安全问题进行科学预测，并提出对应的解决措施，避免对工程的质量和施工人员的生命财产安全造成影响，提升施工单位处理突发事件的能力。最后对工程的相关参数进行分析，通过这些数值确定水利施工的基本方向，制定基本的优化方案。科学合理地应用计算机仿真技术，能够保障计算的精准性，简化各项数据计算的流程，为水利工程开发和施工提供更加充足的时间。
3.3虚拟仿真技术和水利过程方案设计与实施
传统水利工程施工的合理性只要依靠相关设计人员以往的工作经验来判断，但是通过经验制定的施工方案并不能真正地保证水利工程施工的安全有效性，在一定的程度上会造成施工周期过长、施工质量出现问题、方案具有局限性。而通过虚拟仿真技术建立起的仿真模型则可以在极大的程度上避免由于人为因素而造成的失误，科学验证施工方案的合理性，及时发现在方案中隐藏的漏洞，与此同时虚拟仿真技术还可以通过大数据掌握建筑物周围的环境特征，利用计算机技术对工程的具体环境进行实时交互，及时对水利工程设计人员给出设计建议，例如通过对不同方案的建筑结构能耗数据分析计算，得出节能效率比例，使得设计人员在对方案修改和选择时能够有科学的依据。
结束语：
计算机三维仿真技术在水利行业中的应用水平，较其它行业还存在较大的差距，现阶段主要用于工程的局部结构，还未能形成集成整个工程项目的管理系统，尤其是在多元数据融合、可视化等方面仍需进一步探究，水利行业中多任务、多目标虚拟仿真系统的应用还不够成熟。运行管理过程中水利工程多利用摄像头或二维平面监视，在管理决策和调控过程中三维空间动态技术的应用还处于起始阶段，水利工程运行管理将随着三维虚拟仿真技术的成熟得以快速的发展。
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