本文關(guān)鍵詞：潰壩洪水演進的三維可視化系統(tǒng)研究

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【摘要】：我國水庫數(shù)量眾多,并存在不同程度的安全隱患；加之近年來極端惡劣天氣的頻發(fā),極易發(fā)生洪水潰壩,導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。為深入分析洪水演進機理,并為防洪減災(zāi)提供有效的輔助手段,如何利用三維地理信息系統(tǒng)、信息可視化技術(shù),以及洪水演進數(shù)值模擬模型,全方位地表達(dá)洪水演進過程中的各類信息,具有非常實際的研究價值。本文對潰壩洪水演進的各類信息可視化技術(shù)以及洪水演進的實時仿真模擬展開研究。針對洪水演進的信息展示過程中存在的基本地理數(shù)據(jù)匱乏問題,本文基于Google Earth平臺進行二次開發(fā)來構(gòu)建三維地理信息可視化系統(tǒng),充分利用其提供的豐富地理要素簡化地理數(shù)據(jù)收集與處理的流程。并采用MIKE21自由表面流模型計算得到洪水演進數(shù)據(jù),以解決數(shù)值計算精度低的問題。在洪水信息的處理過程中,使用Python腳本批量地將結(jié)果數(shù)據(jù)編制為KML文件,同時存儲各項信息至MySQL數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)通過加載KML文件以及調(diào)用數(shù)據(jù)庫的方式,結(jié)合Google Earth API技術(shù),實現(xiàn)三維場景漫游、洪水演進過程的動態(tài)演示、演進過程數(shù)據(jù)的管理、淹沒信息的交互查詢等功能。另外,為滿足洪水實時仿真模擬的需求,本文在二維光滑粒子流體動力學(xué)的基礎(chǔ)上,提出一種流體仿真的改進策略。其中,通過一種基于動態(tài)網(wǎng)格的鄰近粒子搜索方法來降低搜索復(fù)雜度,采用虛粒子與懲罰力相結(jié)合的方法處理邊界條件以應(yīng)對復(fù)雜地形邊界,并簡化流體表面重構(gòu)過程。結(jié)合三維渲染引擎OpenSceneGraph以實現(xiàn)大規(guī)模場景下潰壩洪水演進的實時仿真模擬。本文在構(gòu)建潰壩洪水演進的三維可視化系統(tǒng)基礎(chǔ)上,以一小型水庫的潰壩洪水為模擬實例。實例表明,該系統(tǒng)能夠方便快捷地展示洪水演進的動態(tài)過程,提供各個演進時刻淹沒信息的交互查詢等功能；且能夠?qū)樗葸M過程實現(xiàn)直觀的實時模擬以展現(xiàn)演進過程中的細(xì)節(jié)信息,且為相關(guān)研究者的深入分析以及防洪減災(zāi)的輔助決策支持,提供有效的技術(shù)手段。
【關(guān)鍵詞】：潰壩洪水演進 流體仿真 三維可視化 地理信息系統(tǒng) 光滑粒子法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV122.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景與意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢9-12
• 1.2.1 洪水可視化技術(shù)的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 洪水演進模型的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及安排12-14
• 2 洪水演進三維可視化的場景構(gòu)建技術(shù)14-23
• 2.1 三維地形模型的構(gòu)建14-16
• 2.1.1 基于數(shù)字高程模型的地形表示14-15
• 2.1.2 基于細(xì)節(jié)層次模型的地形簡化15-16
• 2.2 Google Earth技術(shù)16-19
• 2.2.1 基于Google Earth的二次開發(fā)16-18
• 2.2.2 Google Earth中動態(tài)信息的展示18-19
• 2.3 OpenSceneGraph三維渲染引擎19-22
• 2.3.1 OpenSceneGraph概述19-20
• 2.3.2 OpenSceneGraph中場景的組織與渲染20-22
• 2.3.3 回調(diào)機制22
• 2.4 小結(jié)22-23
• 3 潰壩洪水演進的數(shù)值模擬23-34
• 3.1 潰壩洪水問題的水力學(xué)模型23-25
• 3.1.1 二維淺水控制方程23-24
• 3.1.2 基于MIKE的潰壩洪水模型24-25
• 3.2 基于二維光滑粒子法的流體仿真改進策略25-29
• 3.2.1 基本原理25-28
• 3.2.2 數(shù)值模擬過程28-29
• 3.3 改進策略29-33
• 3.3.1 基于動態(tài)網(wǎng)格的鄰近粒子搜索方法29-31
• 3.3.2 基于虛粒子和懲罰力相結(jié)合的邊界處理31-32
• 3.3.3 流體表面重構(gòu)及渲染32-33
• 3.3.4 算法流程33
• 3.4 小結(jié)33-34
• 4 潰壩洪水演進三維可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)34-49
• 4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計34-36
• 4.1.1 系統(tǒng)需求分析34-35
• 4.1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計35-36
• 4.2 基于Google Earth的洪水演進三維可視化子系統(tǒng)36-44
• 4.2.1 子系統(tǒng)功能設(shè)計分析36-37
• 4.2.2 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架37
• 4.2.3 數(shù)據(jù)信息的獲取與處理37-39
• 4.2.4 子系統(tǒng)的研究對象說明39-40
• 4.2.5 子系統(tǒng)各功能模塊的實現(xiàn)40-44
• 4.3 基于OpenSceneGraph的潰壩洪水演進實時模擬子系統(tǒng)44-48
• 4.3.1 設(shè)計分析及模擬流程45-46
• 4.3.2 基于二維光滑粒子法的流體仿真改進策略的實驗46-47
• 4.3.3 潰壩洪水的實時仿真與可視化47-48
• 4.4 小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 攻讀碩士學(xué)位期參與項目情況54
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況54-55
• 致謝55-56

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李云,范子武,吳時強,吳修鋒;大型行蓄洪區(qū)洪水演進數(shù)值模擬與三維可視化技術(shù)[J];水利學(xué)報;2005年10期

2 譚界雄;位敏;;我國水庫大壩病害特點及除險加固技術(shù)概述[J];中國水利;2010年18期

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本文編號：867549