[發(fā)明專利]基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真方法與仿真系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210113981.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102708227A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐新明;汪匯兵;歐陽(yáng)斯達(dá);李忠;葉芳宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家測(cè)繪局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06F17/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真方法，其特征在于，包括：

步驟A、獲取實(shí)地地理空間信息數(shù)據(jù)；

步驟B、基于步驟A獲取的所述地理空間信息數(shù)據(jù)建立洪水潰壩過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型；

步驟C、基于步驟A獲取的所述地理空間信息數(shù)據(jù)建立地理實(shí)體模型；

步驟D、將步驟B得到的所述動(dòng)力學(xué)模型解析為SPH計(jì)算式；

步驟E、將步驟C得到的所述地理實(shí)體模型初始化為SPH計(jì)算中流體粒子與邊界粒子；

步驟F、基于SPH算法的循環(huán)計(jì)算；

步驟G、對(duì)步驟F所得的計(jì)算數(shù)值結(jié)果進(jìn)行時(shí)空過(guò)程建模，得到洪水潰壩過(guò)程三維時(shí)空模型與數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟H、對(duì)步驟G所得的洪水潰壩過(guò)程三維時(shí)空模型及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真方法，其特征在于，所述步驟B包括：

從地理實(shí)體的建筑結(jié)構(gòu)，材質(zhì)，尺寸規(guī)格，空間分布狀況，及影像圖、數(shù)字線畫(huà)圖能反映地理實(shí)體的動(dòng)力學(xué)影響范圍的地理信息數(shù)據(jù)中，獲取洪水潰壩過(guò)程的動(dòng)力因素；

根據(jù)洪水潰壩水利分析方法分析潰壩形式和潰口特征，確定動(dòng)力學(xué)分析尺度以及水的可壓縮比；

根據(jù)地理空間分析方法洪水主要流向和洪水主要流域范圍；

根據(jù)地物分類方法分析流域范圍的地物類型，確定流域范圍的阻力形式、大小與分布，得到系統(tǒng)的洪水潰壩過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真方法，其特征在于，所述步驟E包括：

構(gòu)建空間體素?cái)?shù)據(jù)集；

通過(guò)與流域地形的三維模型和大壩三維模型進(jìn)行交集檢測(cè)，標(biāo)記出與流域地形的三維模型和大壩三維模型空間相交的體素，以此作為SPH計(jì)算中邊界粒子；

通過(guò)與水的三維模型進(jìn)行交集檢測(cè)，得到水的外殼邊界；

求出位于水的三維模型內(nèi)部的體素，以此作為SPH計(jì)算中流體粒子。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真方法，其特征在于，所述步驟G包括：

對(duì)SPH計(jì)算輸出結(jié)果的解譯，識(shí)別數(shù)據(jù)文檔中的數(shù)據(jù)時(shí)間、粒子序號(hào)、粒子位置坐標(biāo)值及各方向上的速度值；

根據(jù)解譯得到的粒子坐標(biāo)值構(gòu)建三維表面格網(wǎng)；

對(duì)格網(wǎng)進(jìn)行幾何光滑；

以不同的壓縮率指數(shù)對(duì)表面格網(wǎng)進(jìn)行多級(jí)數(shù)據(jù)壓縮；

根據(jù)解譯得到的數(shù)據(jù)時(shí)間，對(duì)以上三維格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間排序，得到洪水潰壩過(guò)程的三維時(shí)空模型與數(shù)據(jù)庫(kù)。

5.一種基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括：

地理空間信息數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于地理空間信息數(shù)據(jù)坐標(biāo)整合，根據(jù)地理空間信息的空間特征構(gòu)建洪水潰壩過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)構(gòu)建地形三維建模，以及水、大壩的地理實(shí)體三維模型的構(gòu)建；

SPH計(jì)算模塊，用于利用SPH算法解析與粒子初始化，SPH算法的循環(huán)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，SPH計(jì)算結(jié)果的輸出；

時(shí)空過(guò)程建模模塊，用于對(duì)SPH計(jì)算結(jié)果進(jìn)行解譯，三維表面格網(wǎng)生成、壓縮與光滑，以及洪水潰壩過(guò)程時(shí)空建模；

動(dòng)態(tài)可視化模塊，用于對(duì)洪水潰壩過(guò)程時(shí)空模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)度，三維動(dòng)態(tài)可視化。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述SPH計(jì)算模塊包括：

SPH算法解析單元，用于將洪水潰壩過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型解析為SPH計(jì)算式，并將地理實(shí)體模型初始化為SPH計(jì)算中的流體粒子與邊界粒子；

粒子初始位置計(jì)算單元，用于根據(jù)流體粒子與邊界粒子實(shí)體模型計(jì)算粒子初始位置；

粒子初始狀態(tài)計(jì)算單元，根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型解析得到的SPH計(jì)算式計(jì)算各個(gè)粒子的粒子初始狀態(tài)；

時(shí)間變化率計(jì)算單元，用于計(jì)算循環(huán)計(jì)算的時(shí)間變化率；

循環(huán)計(jì)算單元，用于根據(jù)時(shí)間變化率逐步循環(huán)計(jì)算；

計(jì)算結(jié)果輸出單元，用于按照一定的時(shí)間間隔依次輸出所以粒子同一時(shí)刻下的速度與坐標(biāo)值，得到按一定時(shí)序排布的SPH計(jì)算數(shù)值結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于SPH算法的洪水潰壩過(guò)程仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)空過(guò)程建模模塊包括：

SPH計(jì)算數(shù)值結(jié)果解譯單元，用于對(duì)SPH計(jì)算輸出結(jié)果的解譯，識(shí)別數(shù)據(jù)文檔中的數(shù)據(jù)時(shí)間、粒子序號(hào)、粒子位置坐標(biāo)值及各方向上的速度值；

三維構(gòu)網(wǎng)單元，用于根據(jù)解譯得到的粒子坐標(biāo)值構(gòu)建三維表面格網(wǎng)；

格網(wǎng)光滑單元，用于對(duì)格網(wǎng)進(jìn)行幾何光滑；

格網(wǎng)壓縮單元，用于以不同的壓縮率指數(shù)對(duì)表面格網(wǎng)進(jìn)行多級(jí)數(shù)據(jù)壓縮；

三維時(shí)空模型建模單元，根據(jù)解譯得到的數(shù)據(jù)時(shí)間，對(duì)以上三維格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間排序，得到洪水潰壩過(guò)程的三維時(shí)空模型與數(shù)據(jù)庫(kù)。