基于DEM的三维地形建模及集输管道路径优化研究

发布时间：2020-10-17 17:59

　　 丘陵、山地地貌油气田在我国油气资源版图中占有重要地位,其地面集输管道的减资节能设计对于油气高效经济开采具有重要意义。国内外学者对油气集输管道的路径优化开展了大量的研究,但这些研究大部分针对的是二维平面布局,针对起伏地形约束条件下的油气集输管道路径研究还较少,缺乏精细三维地形建模基础上的管道最优走向布置研究。因此,开展三维地形约束条件下的油气集输管道路径优化研究,对于降低管道建设成本,提高油田效益有着十分重要的现实意义。首先,选取可以足够展现地形细节特征的数字高程模型(DEM),在深入分析地形DEM表示模型、四叉树存储结构和空间插值方法的基础上,结合开放式图形库(OpenGL)3D建模平台,实现了三维地形的精细重构。其次,针对影响DEM三维建模过程中所涉及的主要影响因素,采用灰色关联度分析法,筛选得到了影响建模效率的主要因素为四叉树搜索阈值、网格划分精度和插值邻域数据量。基于主因素分析得到的三项关键参数,结合单因素分析法和多元回归分析法,构建了三维建模时间与主控因素之间的多元回归模型,量化表征了建模因素对于建模时间的影响程度。考虑GRID模型存储简单但数据量大,以及Tin模型灵活精细而存储复杂的特点,将二者优势组合,形成了三维地形混合建模方法,在保证建模精度的同时实现了地形建模数据的轻量化。最后,将三维障碍以投影的方式进行有效表征,以总管道长度最小为目标,以管道路径点几何位置为决策变量,考虑障碍和三维地形对于管道布局的影响,同时兼顾路径点规模和管道曲率半径约束,建立了三维地形条件下油气集输管道路径优化数学模型。针对模型的非线性特征,采用蚁群算法对模型进行求解,并且对蚁群算法求解的能见度函数进行了对比优选,得到了求解效果最佳的主控参数。经实例验证表明,本文所提建模方法效率高、精度好,所建立的优化模型和解法可以在减少管道长度的同时降低管道起伏程度,优化效果明显。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;TE863
【部分图文】：

第一章 绪论素，实现了 DEM 混合建模。集输管道路径优化管道长度最小为目标函数，考虑障碍和三维地形起伏程度的影响，同时兼和管道曲率半径约束，建立受三维地形约束的油气集输管道路径优化模型法对模型进行求解并且筛选出效果最佳的能见度函数。以路径长度和沿线为评价指标，将计算结果与采用遗传算法求得的最优路径进行比较。技术路线

高的科学研究中。除此之外，还有很多已经存在的多种分辨率的庆、新疆等油田，由于处在地形复杂多变的丘陵和山地环境中，程数据，因此，考虑到数据的精度，范围等各方面因素，本文采。 表示模型 有五种不同的表示类型:离散点模型、规则格网 GRID 模型、不规则线模型和等高线模型。其中常用的的是等高线模型、规则格网 GTIN 模型[43]。等高线建模方法区域上高度相同的点连接起来，就是等高线。等高线模型有两个重线上的点的高度相同，不同等高线不能相交。等高线模型的主要同的高程面水平分割之后，会丢失大量的地表细节信息，而且这高线中恢复的，也就是说，等高线模型只能近似的描述地球表面地形地貌的细节；另外，等高线模型必须通过多组等高线才能描等高线是无法反映地貌特征的。

东北石油大学工程硕士专业学位论文叠的连续三角形构建成地形模拟网格，这就是不规则三角网模型（TIN）。由于 TIN 模型精确度高，可以准确的反映地形细节，因此其对构成它的三角形格，一般来说有三个基本原则：（1）TIN 模型必须是唯一的（2）尽量使每一个三角形都是正三角形。（3）保证三角形边长之和最小，具体来说就是保证最近邻点构成三角形。目前，建立 TIN 模型的方法有很多，各种方法都有一定的适用范围和优缺点，，由于 Delaunay 三角划分法更加成熟，理论基础更为扎实，所以被广大学者。三维地形的不规则三角网是在规则格网的基础上，根据预先设定好的某一种一些采样点后，将剩下的随机分布的高程点连接起来构成不规则三角形格网。插入算法原理简单，便于操作，因此常常作为高程点的 Delaunay 三角划分方法
【参考文献】

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本文编号：2845129