大型输水工程网络三维场景建设关键技术研究

为了直观展示大型输水工程的整体规划设计和建设成果,给调水管理部门运行管理和综合决策提供技术支持,以南水北调中线一期工程为研究对象,运用数字地球理念,针对工程距离超长、建筑物规模庞大及地形复杂等特点,研究了长距离大范围网络三维场景建设关键技术问题,分析了三维场景构成要素及难点。通过试验论证提出了长距离大规模工程建筑物在Skyline平台上基于三维模型部件和位置的分组切割和融合方法,解决了地球表面长距离大范围工程建筑物与高精度地形表面模型的无缝集成及海量数据的流畅加载问题,实现了大型输水工程三维场景的网络在线快速浏览和三维分析应用。该技术在南水北调中线一期工程三维场景建设中取得良好应用效果,为类似长距离大范围输水工程网络三维场景建设及分析应用提供参考。     

大范围地形及城市三维快速建模与漫游

大范围地形及城市三维建模,不仅包括地表高程网格构建,还包括场景中各种地物如河流、建筑物、湖泊、森林等的建模,所需的数据量比较大,涉及到的数据种类和格式较多。用传统的方法实现整个大范围城市场景的三维浏览功能时,建模的工作量很大,一般无法实现快速建模。介绍了Terra Vista在地形建模方面的强大特性以及OSG开源图形库在三维渲染方面的独特品质,结合一个城市大范围地形三维漫游系统,具体说明了如何准备数据并利用Terra Vista的强大地形建模能力,以及OSG的三渲染功能实现大范围城市三维系统的快速建模及流畅漫游。     

南水北调中线工程典型地物光谱数据库的建立

基于南水北调中线工程生态环境遥感监测课题(863 计划)的应用需要,利用EPP2000微型光纤光谱仪对所选试验区(水源区、受水区和汉江中下游地区)的典型地物进行观测,建立适合于南水北调中线工程的光谱数据库.主要介绍了光谱测量的步骤,光谱测量过程中需要注意的事项,并对南水北调中线工程区域地物光谱的测定及地物光谱数据库建立的一些思考.     

南水北调中线工程三维展示系统建设初探

利用三维GIS技术,建立了南水北调中线工程沿线的三维场景,并在三维场景中真实的展现了沿线的地形、地貌、河流、水系、水利工程等。在三维展示系统中,可进行地理信息、工程信息的查询。在三维场景的基础上,与水动力学计算模型连接,将计算模型结果展示在三维场景中,同时把计算过程中的闸门调度情况和水位流量变化情况进行了动态跟踪式的展示。为南水北调中线工程的管理和研究提供了三维平台。     

大范围地形及工程三维系统快速搭建方法

在大范围地形及工程三维应用系统开发过程中,建模工作一直是较为耗时耗力的工作,该工作一般可分为地形建模和人工建筑物建模。结合具体项目,总结归纳了海量数据的分块预处理方法,采用CTS软件制作大范围地形模型、3D Max和Multigen Creator建模软件制作工程模型、一般模型建模的方法和经验,在一定程度上,减少了建模的时间和工作量。     

Civil 3D在某水库工程设计中的应用

基于AutoCAD设计软件平台,通过Civil 3d软件功能,对某水库工程进行建模,更加直观展示工程三维视图效果。本文以某水库工程沥青混凝土心墙坝为例,通过三维地形曲面生成、坝体上下游放坡、原地形开挖、开挖边缘线确定、挖填方量计算等系列应用,对比传统二维方法,定量分析二者差异。并阐述了Civil 3d在水利工程设计中的简便操作应用,大大提高设计者工作效率即成果准确性。     

GPS在南水北调中线工程征迁工作中的应用

GPS又称全球定位系统,可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标.南水北调中线工程作为典型的线性工程,征迁工作涉及部门多,参加调查人数多,所以对占地放线工作提出了更高的要求,而GPS正担此重任.特别是应用RTK新技术,可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图,为征迁工作提供及时准确的占地成果.     

基于DXF文件的水利工程地形模型构建方法研究

数字地形模型(DTM)是水利水电工程三维数字模型的重要组成部分,应用范围非常广泛。一般的建模软件流程繁琐,严重影响建模效率且存在地形表面失真,不能准确地表现真实地形信息。本文通过分析DXF文件的数据结构,在Python环境下利用Python语言编写程序读取和直接编写DXF文件,利用Delaunay算法生成三角网描述地形曲面拓扑关系,并将拓扑信息直接写入DXF文件中,编写的DXF文件可在不同软件中通过拉伸生成实体,既实现了三维数字地形模型的快速建模,又可满足不同软件之间的数据交换。此方法在某水利工程三维数字地形模型中成功应用,对基于DXF文件的直接建模方法研究具有借鉴意义。     

南水北调中线总干渠箱型管涵钢筋图三维设计

针对以往二维平面设计中存在的工作效率低等问题,基于CATIA三维设计分析平台,建立了箱型管涵三维结构模板库,采用自主开发的水工三维可视化CAD软件,实现了快速、高效的钢筋图三维设计。结合南水北调中线总干渠工程实例应用,较以往二维设计方法,三维设计工作方法减少了绘制、校审等各环节的工作量,大幅节约了设计工日,并可避免图纸常规性错误,极大地提高了设计工作效率。三维设计方法已在南水北调中线一期工作中得到广泛应用。     

基于Civil 3D的水利水电工程三维地形建模技术研究

随着三维协同设计技术的广泛应用，水利水电行业对三维地形的应用要求日益提高，使用常规的地质建模软件如GOCAD、CATIA很难满足高精度地形建模的要求。Civil 3D符合高精度地形建模的要求，但添加等高线时参数设置较为复杂，同时由于仅支持LandXML和DEM格式导出，大大限制了其应用范围。通过分析等高线优化及平面三角形消除原理，给出了Civil 3D地形建模参数选择建议，并结合水利水电工程实例讨论了高精度地形的建模过程。最后自主开发了LandXML2ts软件，将LandXML转换为广泛使用的ts格式，极大地拓展了地形模型的应用范围。     

虚拟现实技术在数字流域中的应用初探

论述了数字流域中虚拟仿真现实系统的设计与实现。系统利用MultigenCreator构建场景建筑物模型并实现快速显示,利用Vega的软件环境生成三维地形场景和系统设计。仿真结果表明,该系统形象地虚拟了流域内的各种地形场景、水电站及其它重要水工设施,对于实现三维漫游与查询、空间分析和三维图形管理功能具有重要的作用。     

型钢边缘构件-钢连梁焊接型混合连肢墙节点滞回性能有限元分析

通过利用ABAQUS有限元软件对型钢边缘构件-钢连梁焊接型混合连肢墙(HCW)节点滞回性能进行有限元分析,研究混合连肢墙在低周循环荷载作用下的抗震性能,并将有限元计算结果与试验结果进行了对比,吻合情况较好。同时,试验研究与有限元分析结果均表明:节点滞回曲线饱满,且延性系数及极限承载力较高,表明节点具有良好的抗震性能。     

基于Google Earth的分蓄洪区水沙模拟与演示系统研究

基于Google Earth软件平台,建立了分蓄洪区平面二维水沙演进模拟系统。系统采用数字高程模型(DEM)地形数据插值技术,能快速、简单地完成模型的数据处理;模型采用非结构网格的有限体积算法,能进行快速计算并保持水量和动量的守恒;后处理基于Google Earth软件平台,能实现计算成果在三维虚拟场景中的动态演示。模型系统在荆江分洪区得到成功运用,能适应紧急情况下的快速计算,可为分蓄洪区防洪决策与抢险提供参考。     

基于GoogleEarth的分蓄洪区水沙模拟与演示系统研究简

 基于Google Earth软件平台,建立了分蓄洪区平面二维水沙演进模拟系统。系统采用数字高程模型(DEM)地形数据插值技术,能快速、简单地完成模型的数据处理;模型采用非结构网格的有限体积算法,能进行快速计算并保持水量和动量的守恒;后处理基于Google Earth软件平台,能实现计算成果在三维虚拟场景中的动态演示。模型系统在荆江分洪区得到成功运用,能适应紧急情况下的快速计算,可为分蓄洪区防洪决策与抢险提供参考。     

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统，包括暴雨沥涝仿真模型和信息前后处理系统。其中仿真模拟以二维非恒定水力学模型为基础，采用无结构不规则网格，能够反映城区复杂地形、地貌和建筑物等特点，模型可与气象部门的雨量监测和预报信息相结合，直接利用降雨信息进行城区沥涝仿真模拟，并实现了城市暴雨内涝的地面积水与管道水体相结合的模拟，它所提供的市区暴雨沥涝过程、积水分布、积水深度、积水时间等计算结果，可为各级领导减灾决策和市民防灾等提供依据和参考；仿真模型的信息前后处理系统，使仿真模型更加完整和实用，通过管理仿真模型的各类信息，实现信息的查询和修改等各项功能。     

库什塔依水电站导流兼泄洪洞底流消能设计的数值模拟

库什塔依水电站导流兼泄洪洞出口消能根据地形条件采用底流消能工消能。通过采用RNG k~ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对通过物理模型试验最终确定的消力池及其辅助消能工体形进行三维流场数值模拟计算,并将物理模型试验结果与数值模拟计算结果进行对比,分析表明两者吻合较好,其结果可以为底流消能体形优化设计提供依据。     

基于测风塔相互验证降低风电场发电量评估偏差

在复杂地形条件下的风电场年上网电量计算中,尚无有效方法来评估风资源分析软件引起的误差。为此,以宁夏吴忠某复杂地形的风电场年上网电量估算为例,采用测风塔相互验证加权平均误差数值模拟方法对软件计算误差进行分析。经过风电场实际运行数据与设计数据对比,设计的风电场年上网量偏差仅为1.68%,评估效果理想,验证了采用该分析方法降低复杂风电场年发电量计算偏差的可行性,为其它复杂地形风电场的年发电量准确计算提供了理论支持。     

基于Cesium的流场可视化研究

由于三维虚拟仿真技术在各领域实际应用中缺少与专业的可视化软件有机结合的应用平台,尤其是流场可视化技术在虚拟仿真三维平台的运用。为了在 B /S 端三维虚拟仿真平台下实现流场可视化集成与展示,使用 GPGPU 技术完成流体方程在 GPU 中的并行计算,采用颜色、箭头、纹理变换、LIC 等多种流场可视化技术,实现在 Cesium 三维仿真平台流场展示。在 ThinkPad s5 笔记本上实现了 Web 端虚拟仿真三维平台流场可视化展示,结果显示,在浏览器分辨率 1 396×641 下,平台运行帧率保持 30 fps 以上,保证了画面流畅,同时实现了实时交互操作。综上所述,本平台弥补了 C /S端的不足,扩展了应用范围,丰富了原有系统的数据展示效果,为实时性、大容量科学计算及展示提供了核心技术,有望在虚拟现实和数值模拟方面得到更广泛应用。     

任意形状混凝土骨料的数值模拟及其应用

提出了平面二维、空间三维任意形状混凝土骨料的模拟方法。通过一次性形成所有同级骨料的基骨料，再对所有的基骨料进行随机延拓，生成任意形状的随机骨料。提出的算法避免了逐个投放效率低、生成的骨料含量低的缺点。三维骨料任意形状的模拟中，假定同一级配中的骨料粒径呈正态分布，建立了以体积为标度的凸型骨料的生长模式和骨料凸性条件，根据多面体的每个面的面积是否大于限定面积，确定该面是否需要延拓，同时以延生点与延伸面以外的所有边界面组成的体积都应该大于零作为凸性限定条件。采用体积和测试法进行骨料的侵入判别。在此基础上研制了相应的二维骨料、三维骨料随机投放软件2D－RAS和3D－RAS。生成的数值混凝土二维骨料含量可达65％以上，三维骨料含量可达55％左右，基本可以满足全级配混凝土的生成需要。最后还对三维混凝土任意骨料形状的弯拉梁的破坏过程进行了初步研究，得出任意多面体骨料试件的极限承载力要大于圆球骨料试件，任意多面体骨料试件所对应的位移相对较大等结论。