0 引言
水污染事件是指大量含有高濃度污染物的液體或者固體進入水體，使某一水域的水體遭受污染，從而降低或失去使用功能并產生嚴重危害的現象。 突發性水污染事件一般是指人為或者自然災害引起，使污染物在短期內惡化速率突然加大的水污染現象。 近年來，我國接連發生多起重大突發性水污染事故，不僅造成了巨大的經濟損失，更造成了社會的不安定和生態環境的嚴重破壞。 突發性水污染事故已經成為用水安全和水環境質量的一個潛在威脅。 其中較為重大的典型事件為廣東北江鎘污染事件、遼寧渾河撫順段水質酚濃度超標事件、廣西紅水河天峨段水質污染事件、湖南湘江株洲和長沙段鎘污染事件等這些事件均對飲用水源地安全造成直接影響。 由此可見，突發性水污染事件已經成為威脅水源地安全的最主要因素，它有可能在短時間內迅速影響城市供水系統，直接威脅人群健康； 它造成的城市停水等事件又可能對一個城市社會經濟系統造成重大影響，并引發重大社會問題。 然而在應對突發性水污染事故方面，傳統的環境管理方式僅能監測特定地點的、當時的水質狀況，發布監測到的水質數據； 而分析計算、預警預報的手段很有限，自動化水平比較低，在允許的工作量下，無法準確描述管理范圍內任意地點的水質狀況，無法準確把握水質未來數日的走向趨勢，無法使發布的數據直觀、簡便地為大眾理解。 虛擬現實技術對于目前而言還是一項較為新興的技術，而此技術在應急事件推演中應用才剛剛開始，就已經體現出其明顯的優勢。 其主要體現在兩個方面。
一方面是有一種真實感和全新交互體驗。 這種真實的感受是其它任何一種非仿真模型展示手段所不具備的，是對現實的虛擬仿真以及對現實中并不存在的事件進行虛構。 另一方面也可以對突發事件預案的處理流程進行檢驗和優化。 也是傳統的模擬江河等水資源污染推演模擬無法比擬的（如圖 1 所示） .
1 虛擬現實地理信息系統的研究價值與意義
虛擬現實地理信息系統（Virtual RealityGeographical Information System ,VRGIS） ,是地理信息系統與虛擬現實技術相結合的產物，是目前地理信息系統和虛擬現實技術研究的熱點和前沿方向之一，它具有傳統 GIS 系統所具有的空間數據的存儲、處理、查詢和分析等功能，只是將VR 技術作為主要的用戶界面和交互方法。 在虛擬現實地理信息系統中，地理實體的三個基本特征是空間、時間和屬性。 因此 ,地理實體的變化要從空間語義、時間語義以及屬性語義進行描述。 空間刻畫了地理實體的空間位置，空間分布與空間相關性。 時間語義通過事件序列來表達，也就是說，事件是地理實體變化的源泉，事件的發生導致實體狀態的不斷改變 ,而這種改變涵蓋了實體變化的各個方面，包括對象狀態的改變、空間位置的改變、對象屬性的改變以及對象的演變等. 因此，通常采用記錄事件發生的時間、發生的地點、作用的對象、發生的事件以及導致的變化幾個方面，即采用記錄事件五要素： 時間、地點、對象、事件、量變的方式。 包括地理實體的變化時可以在特定的事件五要素中能識別和訪問一系列事件。
2 虛擬現實地理信息系統特征及地理對象模型
VRGIS 具有以下幾個方面的特征： （1） 空間數據的真實表現； （2） 用戶可從任意角度進行觀察、浸入、實時交互，可在所選擇的地理范圍內外自由移動； （3） 具有基于三維空間數據庫的基本GIS 功能； （4） 可視化部分作為用戶接口的一個完整的部分. 虛擬現實技術的應用為地球信息科學提供了一種嶄新、靈活、交互的方式去表達真實世界中的各種地理現象和地理過程，而地理信息系統技術為虛擬現實所構建虛擬世界增強用戶利用 GIS 的分析功能，VRGIS 也是對現實環境對象進行仿真定義與操作，不同地理空間對象在虛擬空間中可以具有不同特性 （如顏色、材質或紋理）. 它是一個動態的虛擬信息空間，其變化不僅在時序上，而且更體現于地理對象之間交互變化，當修改某個地理對象的特性時，可能會對它所處的環境產生影響，改變與它存在特定關系的其它對象的狀態，從而改變整個虛擬環境。 它們之間的變化是通過事件屬性描述定義的，即當對象的事件屬性的屬性值發生改變時，會自動觸發事先定義在該屬性上的事件。 基于該基理，地理對象模型分為 8 個基本元素： 對象標識、時間信息、空間信息、事件信息、關系屬性、外觀屬性、事例屬性和一般屬性。 其中對象標識是識別該地理對象和數據庫用來管理對象的唯一標識符。 因而利用 Unity3d 這款全面整合的專業引擎可以讓開發者輕松創建諸如三維真實環境、建筑可視化、實時三維動畫等多種類型相結合的跨多平臺虛擬現實的綜合型開發工具。
3 水污染突發事件系統的需求分析
虛擬現實地理信息系統應具有分析突發性水污染事故的分類、特點與危害等功能. 因突發性水污染事故具有不確定性、危害緊急性、需快速有效響應性三大特征； 并在統計分析既往發生的突發性水污染事故案例基礎上，從污染事故的風險源、污染事故的污染物種類、發生污染事故主體的薄弱環節三方面對突發性水污染事故風險進行分析； 該系統應用采用一維水動力水質數學模型作為污染事故影響模擬的工具； 并指出污染事故相關參數（綜合降解系數、排放方式等） 的設置原則。 可設置常規污染物、重金屬離子、可溶性非金屬有毒物、難溶性非金屬有毒物、可溶性有機物五類污染物的參數設置，并預留對其它類型污染物的特征參數設置. 以松花江某斷面為模擬對象，在數模計算技術上實現了事故污染物的快速模擬，在 5 ~10 min 內對各水廠取水口提出預警； 并可設置不同天氣不同水文條件下、不同事故發生地點，對事故污染物遷移傳輸的條件。
4 虛擬現實地理信息系統動態環境建模技術路線
虛擬環境的建立是虛擬現實技術的核心內容。 動態環境建模技術的目的是獲取實際環境的三維數據，并根據應用的需要，通過遙感影像數據預分析，提取整合后的數據，將著污染源標識在顯示區域范圍中，經過數據判讀和處理，快速形成了著污染源監測數據范圍。 利用獲取的二維數據建立相應的三維虛擬環境模型. 三維數據的獲取而更多的環境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數據獲取的效率。
4. 1 數據源的獲取及整合
為確保監測取得實際效果，內外業同步實施，綜合運用 GIS 技術與遙感技術相結合的方法，具有時效性強、分辨率高、資料獲取快捷和費用低廉的特點，很好地解決了對全市有區、縣水系污染情況實行監控這一問題。 外業使用動力三角翼，北斗定位技術和現代通訊技術相結合的方式。 通過動力三角翼上安裝的圖像采集系統，對發現的著污染源進行拍照，相機同步記錄了地理坐標，通過即時通訊工具實時傳回到監測數據庫，并結合多種類型數據形成空間數據庫。 Geo-database是一種采用標準關系數據庫技術來表現地理信息的數據模型，ArcSDE 是一個連續的空間數據模型，借助這一模型，可以實現用關系數據庫對空間數據庫的管理。 在估算所需數據中引入 Geodatabase + ArcSDE 技術進行數據庫管理，可實現屬性數據和空間數據的一體化存儲、管理，從理論上保證了數據的完整和數據共享.
4. 2 地形與地物建模
利用 Arcgis 軟件對實驗數據進行加工整理，可對現有的全要素地形圖矢量化數據進行二次加工去除多余地形要素，保留關鍵要素如等高線，居民地，水域等要素，并轉換格式為 dwg 格式。 使用 Sketchup8,導入 dwg 地形要素，進行大量的數據建模，如地形地勢、房屋，也可進行貼圖加工，將建立好的模型（如圖 2 所示） . fbx 格式導出。 將 fbx 格式數據導入 unity 3d 下配合地形工具進行聯合建模（如圖 3 所示） .
4. 3 三維地理信息系統功能設計
（1） 基礎功能區域： 選擇實體功能、查詢屬性功能、局部縮放功能。 （2） 環境構造區域： 風速風力設定、季風方向設定、地表溫度設定。 （3） 污染源事件觸發區，可選擇污染物種類： 該功能為浮動窗口，當選擇污染源實體要素時，即時觸發窗口并可以添加污染源種類以及排放量，種類有油脂類、液體類、化工污染類、劇毒類，每種類型污染物均可選擇污染量，不同種污染物根據具體模型在水體中的擴散范圍及時間也響應做出變化. （4） 實時推演功能區： 推演啟動按鈕、推演暫停按鈕、推演快進按鈕、推演停止按鈕、分別控制該次推演的啟動、暫停、快進、停止。 并有時間軸設置復選框，可以設置該次推演所進行的時間。
4. 4 水資源污染突發事件地理信息系統的發布與維護
對于快速形成了著水質污染監測數據范圍的報告可由 ArcGIS Server 集中管理、處理、空間分析、編輯、制圖等功能。 通過 ArcGIS Server,用戶可以對自己創建的 GIS 數據內容進行數據操作，并維護變化的信息。 對于虛擬現實地理信息系統展示部分，由于運用的 Unity3d 技術,對于接受的數據是由 fbx 數據模型搭建而成，對其虛擬場景維護只能在 Unity3d 下完 成，由 于Untiy3d 支持眾多平臺及多種形式的客戶端類型，發布可以選擇用戶面較廣的 pc 平臺下的 exe格式，也可以通過安裝了 Unity web player 插件，以 web 的形式發布在網絡服務器上，近年來隨著便攜智能設備的普及，Android 設備的已成了絕大多數人手機的智能平臺，而 Untiy3d 也可以以apk 進行封裝，從而在智能手機平臺上發布。
5 結束語
該文通過應用虛擬現實地理信息系統技術，將三維地面模型、建筑物及相關設施的三維立體模型融合在一起，用戶在顯示屏上可以很直觀地看到突發性水污染事故影響范圍，也可進行諸如查詢、量測、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，避免或減少突發性水污染事件所造成的各種直接或間接的經濟損失； 為城建規劃、環保監測等提供由二維 GIS 向三維虛擬現實的可視化的三維 GiS發展需要。 并為政府和環境監察部門及時了解宏觀情況并采取響應措施提供了客觀、準確的依據。
參考文獻：
[1] 孟凱中，王斌?！凹ā笔录幹莆廴臼鹿蕬鳖A案的啟示[J]. 能源研究與信息，2006,22（4） : 198 -203.
[2] 姜學智，李忠華。 國內外虛擬現實技術的研究現狀[J]. 遼寧工程技術大學學報，2004,23（2） : 238 -240.
[3] 彭輝華。 虛擬現實技術模擬演習項目的可行性研究[J].科技信息，2012,（1） .
