[發明專利]流域大尺度復雜河網的網格拼接方法

有效

• 申請號: 201711117910.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107944102B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 張萬順;夏晶晶;王永桂;彭虹
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供一種流域大尺度復雜河網的網格拼接方法，該方法能夠實現大尺度流域復雜河網區域的網格自動拼接，減小地形復雜區域網格的生成難度，滿足大尺度流域復雜河網區域的網格構建需求，其特征在于，包括以下步驟：步驟1.識別流域河網水系，提取流域水系邊界；步驟2.將干流和支流分開繪制，同一河段在河道比較順滑的位置進行分段，干支流交匯處單獨分區，相鄰兩段之間要有重疊區域；步驟3.根據流域內水系特征，設定各河段網格的數目和尺寸，分別繪制干流和支流各河段網格；步驟4.對網格進行二維編碼；步驟5.將干支流交匯區T形網格劃分為4段，使交匯節點的網格數盡可能少；步驟6：將劃分之后的網格代替原來的T形網格進行整體的網格拼接。

技術領域

本發明屬于流體力學和環境模擬領域，具體涉及一種流域大尺度復雜河網的網格拼接方法。

技術背景

網格劃分是計算流體力學中的關鍵技術之一，將結構進行離散化，從而得到有限單元及節點，是進行有限元數值模擬計算的前提。隨著以有限元數值計算為基礎的流體力學計算與水動力水質數學模型的不斷發展和完善，環境問題的研究和業務化管理對大尺度流域高精度模擬計算的需求也不斷增加。復雜的流場對網格的過渡、布點、質量都有著嚴格的要求，整個流場分析的成敗和效率都與網格的質量密切相關。已有的規則網格繪制技術和軟件，受限于計算機內存和硬件條件的限制，無法一次性完成大尺度流域全部網格的繪制。大尺度流域復雜的地形使得網格生成難度加大，對其數值模擬帶來了很大的困難。因此，在繪制大尺度流域的網格時，常常選擇網格分區繪制，在分區的基礎上逐塊生成網格，可以提高網格質量，減小地形復雜區域網格的生成難度。如何將分區繪制的網格拼接成整體，是大尺度流域數值模擬亟需解決的關鍵問題。

有限元網格生成方法是基于“調配函數”和“形狀函數”兩個概念，根據網格密度要求在參數空間的網格模板上生成一些規則單元，然后映射成實際空間的有限元網格。有限元網格所生成的網格質量較高，易于產生四邊形網格，計算效率高。目前生成有限元結構化網格的方法和技術已經非常成熟，出現了一系列的商業軟件，這些軟件不僅能進行正交網格的繪制，還具有網格平滑、正交、刪減等方法等可以用來對網格的質量進行檢驗或編輯。對計算區域進行分區，各區域網格生成時遵照網格生成的基本準則，保證疏密、過渡以及網格質量，保證網格分區與流場分區的一致性，然后再對各個區域獨立生成網格。在復雜河網中，由于不同的河段沿著不同的方向延伸，也可以將不同河段進行分區繪制。位置相鄰兩個區域網格的網格必須保留嚴格重疊單元，以保證拼接網格空間位置連續。采用二維數組(i，j)對所繪制的網格進行連續編號，i沿主河道主流方向，j沿垂直主河道主流方向，各區域生成的網格均從i＝1，j＝1開始編號。這種方法通過i，j的大小，能方便的獲知每個網格的上下左右的空間相鄰關系，從而進行離散化空間求解。

如何將分區獨立生成的網格拼接成整體，是實現大尺度流域復雜河網區域高精度模擬的一大挑戰。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種流域大尺度復雜河網的網格拼接方法，該方法能夠實現大尺度流域復雜河網區域的網格自動拼接，減小地形復雜區域網格的生成難度，滿足大尺度流域復雜河網區域的網格構建需求。

本發明為了實現上述目的，采用了以下方案：

本發明提供一種流域大尺度復雜河網的網格拼接方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.流域水系識別

基于數字高程模型數據和實測地形數據，識別流域河網水系，提取流域水系邊界；

步驟2.對流域水系進行分區

根據流域水系特征，將干流和支流分開繪制，同一河段在河道比較順滑的位置進行分段，干支流交匯處單獨分區，相鄰兩段之間要有重疊區域；

步驟3.確定流域網格生成方案