多体系协同集成的智能航运关键技术研究

本课题的总体研究目标是：通过对智能航运功能体系、水动力学模型并行计算技术、三维数字航道构建技术的研究,开发多体系协同集成的智能航运综合仿真系统,形成航运预警决策水动力学模型并行计算技术、多体系协同的智能航运实时仿真技术等创新技术,提高航运管理的信息化水平和安全预警能力。     

流域虚拟仿真系统实时交互技术研究

流域虚拟仿真系统将数学模型计算与三维虚拟环境相融合,可有效地增强系统的直观性与交互性.通过分析概化流域数学模型的结构特征,在不改变模型原有的结构与计算逻辑的前提下,提出了按时间步长控制数学模型计算过程的方法.采用基于进程的并行算法解决计算速度问题,将虚拟现实模块与数学模型作为独立进程安排在不同的计算核心上执行,模块间的通讯方式选择网络传输.建立了以虚拟现实模块为控制中枢,各数学模型为客户端的系统总体框架,通过基于网络的指令-应答方式实现流域交互仿真功能.基于该框架实现了都江堰工程仿真中的实时交互模拟效果.     

虚拟现实技术在非恒定流实时仿真中的应用(英文)

为实时显示河道流场的动态变化过程,将虚拟现实技术应用于非恒定流的实时仿真模拟,开发了基于虚拟现实技术的流场动态可视化系统.采用虚拟现实技术在计算机中构建真实的三维地形地物,进行交互漫游;河道流场状态由二维水动力学模型提供;基于粒子系统思想,采用运动的矢量箭头模拟动态流场,并将该流场集成于三维场景中,实现了虚拟现实与科学可视化的有机结合.为解决三维虚拟仿真与数值计算数据量和计算量都很庞大的问题,采用基于网络的并行算法,使数值计算与三维显示在不同的PC上进行,计算结果通过网络传输进行交互,同时采用插值处理的方法解决计算速度与显示频率不协调的问题.系统用来模拟三峡工程与葛洲坝工程当前流量状态下整个流场的动态变化,具备直观性、实时性和科学性,是流场实时模拟显示的解决方案之一.     

三峡及上游梯级水库群特大洪水防洪能力研究

三峡上游大规模梯级水库群的建成,极大地改变了三峡水库入库洪水的原始形态,使得三峡水库实际运行时的来水情况与最初设计时发生了很大变化,对下游荆江地区的防洪风险造成了显著的影响.本文通过建立三峡水库入库洪水随机模型和动库容调洪模型,结合三峡水库对城陵矶地区进行防洪补偿的调度规则,从入库洪水形态、调洪计算模型、防洪调度规程三个方面探究在三峡水库与上游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库群联合调度下荆江地区的防洪安全.结果表明,仅三峡水库单独拦蓄千年一遇入库洪水,所能控制的最大下泄流量为70160～81160 m³/s,荆江地区的分蓄洪量为72.95～102.08亿立方米,大于荆江地区72.76亿立方米的蓄洪容积,难以保证完全分洪.为避免启用荆江分蓄洪区造成的巨大损失,在不同入库洪水形态和对城陵矶地区进行防洪补偿的调度规则下,三峡上游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库群需要预留的最小拦蓄库容为72.11～94.74亿立方米.研究成果可以为长江上游梯级水库群联合防洪调度提供参考.     

长江四大家鱼产卵场栖息地适宜度模拟

在四大家鱼栖息地适宜度方程的基础上,结合一维水动力学模型,建立四大家鱼栖息地适宜度模型,模拟和预测不同河流水文情景下,家鱼产卵场的适宜程度.耦合描述四大家鱼对栖息地选择特性的适宜度方程和一维分汇流数学模型,建立了四大家鱼栖息地适宜度模型.利用实测资料对模型进行了验证,结果表明模型合理,能够用来模拟和预测不同水文条件下家鱼的栖息地适宜度.模型对宜昌至城陵矶河段不同水文条件作用下四大家鱼产卵场的栖息地适合程度进行了预测,计算结果对维持稳定的家鱼产卵场的水利工程优化调度有一定的参考价值.     

南水北调中线工程节制闸间距研究

节制闸间距的选取影响到工程投资的多少与能否安全运行的问题．本以南水北调中线工程初步设计参数为依据,从调度的灵活性,事故处理时间,闸门、渠道的安全超高、水头损失与最低流速及节制闸工程造价等5个方面讨论了中线干渠节制闸间距长短的优缺点．通过各种因素的综合分析,认为节制闸间距取20～30km为宜．     

World Wind在汶川地震应急系统中的应用研究

采用三维地理信息系统World Wind对汶川地震灾区应急系统建设进行了研究。通过对World Wind中地形影像资料调度模式、实时渲染流程、地名标注和救灾路径添加等方法的研究,显示了地震灾区三维地理状况,为救援进展提供了直观的环境展示。通过对唐家山DEM数据的测算,得出堰塞湖的水位库容曲线和淹没面曲线,在World Wind中对淹没情况进行了模拟显示。研究成果在地震应急救援上得到了一定的应用。     

流域三维可视化与数值模拟的实时交互运行

提出了一种简单易行的计算显示数据接口,在流域三维模拟仿真中,在保持真实性基础上,还有良好的实时性和交互性。采用调整显示时间间隔和插值处理的方法解决计算速度问题,显示系统采用C 平台集成,后台数学模型由Fortran语言编写,两者之间运用管道传输与事件触发机制实现数据传输,在PC机上实现了数模计算与虚拟仿真相结合的实时交互功能,并以都江堰工程为例说明了具体实现方法。在流域三维仿真系统实时性和交互性设计方面取得了进展。     

水生生物栖息地模拟方法及模型综述

水生生物栖息地模拟模型是用来描述某一环境对某一特定物种或群落栖息的适宜程度,通过结合物理生境因子时空分布模拟模型和栖息地适宜度评价指标体系,对主要影响特定物种或种群生存、繁殖的栖息环境进行综合影响评价.本文基于栖息地模型发展的历史,总结了水生生物栖息地模型的架构及构建步骤,系统梳理了国内外具有代表性的水生生物栖息地模拟方法及应用情况,并详细阐述了应用较多的几种生境适宜度评价方法,综合分析了栖息地模拟模型的优点和不足,并提出了水生生物栖息地模型未来的发展趋势.     

三峡库区洪水演进三维可视化仿真研究

介绍了三峡库区洪水演进三维可视化仿真系统的开发.探讨了基于高精度、大范围DEM数据的断面控制点提取方法,采用网格逼近的方法生成了三维河道地形,与大尺度流域三维场景形成嵌套结构;在与一维水动力学模型集成的基础上,提出了基于断面的河道边界搜索算法,采用动态纹理技术和纹理坐标求解实现了大范围水面动态模拟;开发了三维场景中手动和自动漫游方式,实时信息查询以及淹没过程分析模块.所研制的系统使流域洪水演进模拟具有真实自然的可视化效果,可有效地模拟流域洪水的三维演进过程.