溃坝洪水时空过程三维动态可视化关键技术研究

发布时间：2017-05-15 22:08

  本文关键词：溃坝洪水时空过程三维动态可视化关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国现有水库超过8万座,其中病险水库数量过半,这些病险水库一旦发生溃坝,将会对下游地区居民的生命和财产造成巨大损失。针对病险水库存在的安全隐患问题,除了需采取除险加固等工程性措施外,研究溃坝洪水时空演进过程与可视化表达方法,分析评估可能对下游地区带来的影响也是防洪减灾的重要非工程性措施之一。随着计算机技术的发展,数值模拟方法已成为溃坝洪水演进过程研究的主要方法。基于这些数值模拟方法,国际上出现了一批较成熟的溃坝洪水模拟软件,这些软件通过指定溃口参数,计算得到指定位置的流量过程、洪峰出现的时间等信息,但这些软件对数值模拟结果的表达、解释及分析还过于简单。GIS以其对地理时空数据的存储、管理、表达、分析优势可以在溃坝洪水过程模拟的应用中发挥巨大的作用,但GIS中现有的无源淹没分析或有源淹没分析等方法大都忽略了溃坝过程中的物理学与动力学因素,其模拟的时效性、可靠性较差。针对此问题,本文提出将光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法引入到GIS对溃坝洪水过程模拟的应用中,把SPH方法产生的海量模拟结果数据作为GIS的一种新动态数据源,研究溃坝洪水过程三维动态可视化的时空数据建模、可视化表达及分析等关键技术,取得的主要研究成果有:(1)设计了一个溃坝洪水过程动态可视化的技术方案。首先将流体粒子数据进行预处理,将流体粒子数据转化为流体表面网格数据;然后将这些流体表面网格数据及其他一些地理数据在三维时空数据模型的基础上进行时空数据的建模,得到一个三维时空数据库;最后结合三维渲染引擎与可视化技术,实现溃坝洪水时空过程的三维可视化表达与分析。(2)提出了一个溃坝洪水过程的三维时空数据模型,设计了溃坝洪水过程中多源数据时空建模的方法流程。基于溃坝洪水过程模拟中时空数据的特点和动态可视化的要求,提出了一个三维时空数据模型,以面向对象的思想将时空数据抽象为地理实体,并对地理实体进行分类分层管理。基于该数据模型,设计了多源数据时空建模的方法流程。(3)设计并实现了几种时空数据可视化表达分析方法。分析并总结了时空数据动态可视化的主要特点及目标,阐述了时空筛选的基本思路,并给出了具体的实现方法;基于时空筛选方法,设计并实现了几种时空数据可视化表达分析方法。(4)开发完成了溃坝洪水过程模拟三维可视化系统。系统由三维模型编辑子系统、场景组织子系统、可视化子系统及若干个基础功能模块组成,为基于SPH方法的溃坝洪过程可视化表达提供了一个初步的、一体化的技术方案。
【关键词】：溃坝洪水 时空数据建模 三维动态可视化
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV122.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究目标和内容13-14
• 1.4 技术方案14-16
• 1.4.1 数据概括14-15
• 1.4.2 需求分析15
• 1.4.3 技术路线15-16
• 1.5 论文的章节安排16-18
• 第2章 时空数据建模技术18-27
• 2.1 三维时空数据模型18-20
• 2.1.1 地理实体基本结构19
• 2.1.2 地理实体分类19
• 2.1.3 地理实体的分层管理19-20
• 2.2 三维时空数据库20-22
• 2.2.1 时间表达20-21
• 2.2.2 三维时空数据库21-22
• 2.3 时空数据建模方法22-27
• 2.3.1 静态地理实体建模22-23
• 2.3.2 形变地理实体建模23-25
• 2.3.3 移动地理实体建模25-27
• 第3章 时空数据动态可视化技术27-40
• 3.1 基本概念27-28
• 3.1.1 图形渲染管线27-28
• 3.1.2 视锥体28
• 3.1.3 空间筛选28
• 3.1.4 场景图形28
• 3.1.5 视口时间28
• 3.2 OpenSceneGraph简介28-32
• 3.2.1 场景图形的渲染流程29-30
• 3.2.2 数据动态调度30-32
• 3.3 时空数据的动态可视化32-37
• 3.3.1 时空数据动态可视化的特点32-33
• 3.3.2 时空数据动态可视化的目标33
• 3.3.3 时空筛选33-35
• 3.3.4 时空数据可视化表达35-37
• 3.4 溃坝洪水过程的场景组织37-40
• 第4章 系统设计与应用40-56
• 4.1 系统简介40-51
• 4.1.1 系统目标与功能40-41
• 4.1.2 系统的体系结构41-51
• 4.2 应用案例51-56
• 4.2.1 坝区概况51
• 4.2.2 应用目标51-52
• 4.2.3 数据52
• 4.2.4 技术方案52
• 4.2.5 应用效果52-56
• 结论56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间取得学术成果62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 ;NUMERICAL SIMULATION OF TWO-DIMENSIONAL DAM-BREAK FLOWS IN CURVED CHANNELS[J];Journal of Hydrodynamics;2007年06期

2 李天文,吴琳,曹颖;基于渭河下游DEM的洪水淹没分析与模拟[J];水土保持通报;2005年04期

3 张大伟;权锦;何晓燕;董涛;;基于地理信息系统的一维溃坝洪水分析系统研发及应用[J];水利学报;2013年12期

4 舒红,陈军,杜道生,周勇前;面向对象的时空数据模型[J];武汉测绘科技大学学报;1997年03期

  本文关键词：溃坝洪水时空过程三维动态可视化关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：369005