溃坝洪水演进的三维可视化系统研究

发布时间：2017-09-17 05:31

  本文关键词：溃坝洪水演进的三维可视化系统研究

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【摘要】：我国水库数量众多,并存在不同程度的安全隐患；加之近年来极端恶劣天气的频发,极易发生洪水溃坝,导致人员伤亡和财产损失。为深入分析洪水演进机理,并为防洪减灾提供有效的辅助手段,如何利用三维地理信息系统、信息可视化技术,以及洪水演进数值模拟模型,全方位地表达洪水演进过程中的各类信息,具有非常实际的研究价值。本文对溃坝洪水演进的各类信息可视化技术以及洪水演进的实时仿真模拟展开研究。针对洪水演进的信息展示过程中存在的基本地理数据匮乏问题,本文基于Google Earth平台进行二次开发来构建三维地理信息可视化系统,充分利用其提供的丰富地理要素简化地理数据收集与处理的流程。并采用MIKE21自由表面流模型计算得到洪水演进数据,以解决数值计算精度低的问题。在洪水信息的处理过程中,使用Python脚本批量地将结果数据编制为KML文件,同时存储各项信息至MySQL数据库中。系统通过加载KML文件以及调用数据库的方式,结合Google Earth API技术,实现三维场景漫游、洪水演进过程的动态演示、演进过程数据的管理、淹没信息的交互查询等功能。另外,为满足洪水实时仿真模拟的需求,本文在二维光滑粒子流体动力学的基础上,提出一种流体仿真的改进策略。其中,通过一种基于动态网格的邻近粒子搜索方法来降低搜索复杂度,采用虚粒子与惩罚力相结合的方法处理边界条件以应对复杂地形边界,并简化流体表面重构过程。结合三维渲染引擎OpenSceneGraph以实现大规模场景下溃坝洪水演进的实时仿真模拟。本文在构建溃坝洪水演进的三维可视化系统基础上,以一小型水库的溃坝洪水为模拟实例。实例表明,该系统能够方便快捷地展示洪水演进的动态过程,提供各个演进时刻淹没信息的交互查询等功能；且能够对洪水演进过程实现直观的实时模拟以展现演进过程中的细节信息,且为相关研究者的深入分析以及防洪减灾的辅助决策支持,提供有效的技术手段。
【关键词】：溃坝洪水演进 流体仿真 三维可视化 地理信息系统 光滑粒子法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV122.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势9-12
• 1.2.1 洪水可视化技术的研究现状9-10
• 1.2.2 洪水演进模型的研究现状10-12
• 1.3 本文的主要研究内容及安排12-14
• 2 洪水演进三维可视化的场景构建技术14-23
• 2.1 三维地形模型的构建14-16
• 2.1.1 基于数字高程模型的地形表示14-15
• 2.1.2 基于细节层次模型的地形简化15-16
• 2.2 Google Earth技术16-19
• 2.2.1 基于Google Earth的二次开发16-18
• 2.2.2 Google Earth中动态信息的展示18-19
• 2.3 OpenSceneGraph三维渲染引擎19-22
• 2.3.1 OpenSceneGraph概述19-20
• 2.3.2 OpenSceneGraph中场景的组织与渲染20-22
• 2.3.3 回调机制22
• 2.4 小结22-23
• 3 溃坝洪水演进的数值模拟23-34
• 3.1 溃坝洪水问题的水力学模型23-25
• 3.1.1 二维浅水控制方程23-24
• 3.1.2 基于MIKE的溃坝洪水模型24-25
• 3.2 基于二维光滑粒子法的流体仿真改进策略25-29
• 3.2.1 基本原理25-28
• 3.2.2 数值模拟过程28-29
• 3.3 改进策略29-33
• 3.3.1 基于动态网格的邻近粒子搜索方法29-31
• 3.3.2 基于虚粒子和惩罚力相结合的边界处理31-32
• 3.3.3 流体表面重构及渲染32-33
• 3.3.4 算法流程33
• 3.4 小结33-34
• 4 溃坝洪水演进三维可视化系统的设计与实现34-49
• 4.1 系统总体设计34-36
• 4.1.1 系统需求分析34-35
• 4.1.2 系统架构设计35-36
• 4.2 基于Google Earth的洪水演进三维可视化子系统36-44
• 4.2.1 子系统功能设计分析36-37
• 4.2.2 子系统结构框架37
• 4.2.3 数据信息的获取与处理37-39
• 4.2.4 子系统的研究对象说明39-40
• 4.2.5 子系统各功能模块的实现40-44
• 4.3 基于OpenSceneGraph的溃坝洪水演进实时模拟子系统44-48
• 4.3.1 设计分析及模拟流程45-46
• 4.3.2 基于二维光滑粒子法的流体仿真改进策略的实验46-47
• 4.3.3 溃坝洪水的实时仿真与可视化47-48
• 4.4 小结48-49
• 结论49-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士学位期参与项目情况54
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况54-55
• 致谢55-56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李云,范子武,吴时强,吴修锋;大型行蓄洪区洪水演进数值模拟与三维可视化技术[J];水利学报;2005年10期

2 谭界雄;位敏;;我国水库大坝病害特点及除险加固技术概述[J];中国水利;2010年18期

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本文编号：867549