CN103198170A

CN103198170A - 一种基于地形遥感数据的创建有限元三维实体的方法

Info

Publication number: CN103198170A
Application number: CN2012105247590A
Authority: CN
Inventors: 郭明珠; 赵芳; 李文博; 姜倩
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-12-08
Filing date: 2012-12-08
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明属于地震工程技术领域，具体步骤包括从集成的遥感数据包中提取含有经纬度信息的矢量数据；将含有经纬度信息的矢量数据进行从经纬度坐标格式到有限元软件可识别的格式的转换，获得有限元可识别矢量数据格式；读取有限元可识别矢量数据，横向逐点读入数据，生成散点；横向成行扫描散点，生成样条曲线；纵向扫描样条曲线，生成曲面；生成一个备用实体，使得曲面从备用实体中间穿过，并将二者合并在一起,提取截面、截面下方与截面相接的四个面、以及备用实体底面，用此六个闭合曲面生成一个新的实体，此实体以截面作为上表面，即实现了将曲面压印在三维实体上；对获得的实体进行网格划分，实现遥感数据在有限元软件中的使用。

Description

一种基于地形遥感数据的创建有限元三维实体的方法

技术领域

本发明属于地震工程技术领域,特别涉及一种基于地形遥感数据的创建有限元三维实体的方法。

背景技术

地震强地面运动的研究对于城市规划和抗震防震工作具有非常重要的意义。在地震工程学研究中，工程场地地震动数值模拟研究还相对薄弱，目前采用的用于地震数值模拟的场地模型多为理论模型,如假定基岩与上部覆盖层为一水平界面,同时覆盖层是呈水平层状的,而实际工程场地地貌多样，地层组成复杂，以简单的理论建模计算的结果会与实际情况偏差很大，不能够真实反应工程场地地形地貌情况。随着遥感技术的发展，大量高精度地形遥感数据的获得，使得基于实际地形的仿真三维场地建模成为可能。

发明内容

本发明的目的在于为地形遥感数据在有限元软件中的应用提供了一种途径方法，使得基于实际观测地形遥感数据在通用有限元软件建立仿真三维场地模型，为地震数值模拟提供了实际工程场地的三维计算模型，解决了现有理论建模与现实场地情况存在偏差而导致数值模拟结果失真的问题。具体技术方案包括以下步骤:

步骤1:从集成的遥感数据包中提取含有经纬度信息的矢量数据;

步骤2:将含有经纬度信息的矢量数据进行从经纬度坐标格式到有限元软件可识别的格式的转换,获得有限元可识别矢量数据格式;

步骤3:有限元软件中,依据步骤2获得有限元可识别矢量数据,在有限元软件中实现包含遥感数据信息的三维实体，包括，

步骤3.1:读取步骤2获得有限元可识别矢量数据,横向逐点读入数据,生成散点;

步骤3.2：横向成行扫描散点,生成样条曲线;

步骤3.3：纵向扫描样条曲线，生成曲面;

步骤3.4：生成一个备用实体,使得曲面从备用实体中间穿过,并将二者合并在一起,提取截面、截面下方的与截面相接的四个面、以及备用实体底面,用此六个闭合曲面生成一个新的实体，此实体以截面作为上表面,即实现了将曲面压印在三维实体上;

步骤3.5：对3.4获得的实体进行网格划分,实现遥感数据在有限元软件中的使用。

有益效果：

本发明提供了在有限元软件中处理遥感数据的一种方法，使得基于地形遥感数据的仿真场地三维建模得以实现，为地震数值模拟提供可靠而准确的场地模型。

附图说明：

图1本发明流程图

图2.地形遥感数据生成的散点图

图3.地形遥感数据生成的样条曲线

图4 样条曲线生成曲面

图5.曲面生成图

图6.生成的建模块体

图7.网格划分后的块体

图8实体网格划分图

实施例：

运行环境：Linux

软件支持：FWTools、GMT、Cubit

脚本：convert.pl、block_DEM.py

数据来源：从 http://srtm.csi.cgiar.org下载地形遥感数据包srtm_12_03.zip并解压缩.经纬度范围Latitude min: 45 N max: 50 N， Longitude min: 125 W max: 120 W.

1.采用FWTools-2.0.6软件包从地形遥感数据包中提取矢量数据，即从遥感图像Geotiff格式中提取文本格式矢量数据，获得的数据文件包含经纬度和高程信息。

具体操作:在linux终端中运行

FWTools-2.0.6/bin_safe/gdal2xyz.py srtm_12_03.img > srtm_12_03.xyz

假设研究区域为Latitude min: 46.1 N max: 46.3 N Longitude min: 122.1 W max: 122.3.需要使用GTM软件包从Latitude min: 45 N max: 50 N Longitude min: 125 W max: 120 W中提取（46.1 N - 46.3 N ，122.1 -122.3W）范围内的数据，并以0.005度间隔提取数据。

具体操作：在linux终端中运行

blockmean srtm_12_03.xyz -R-122.3/-122.1/46.1/46.3 -I0.005/0.005 > ptopo.mean.xyz

2.由于提取的经纬度信息为地理学经纬度坐标，而有限元软件数据需要采用笛卡尔坐标，因此需要数据转换。采用convert_lonlat2utm.pl脚本进行批量转换，获得的数据格式可被有限元软件识别读入。

具体操作：在linux终端中运行

./convert.pl ptopo.mean.xyz 10 > ptopo.mean.utm

3.然后，需进入有限元软件，本文的脚本是以python语言编写。

在终端中运行Clarox，即打开Cubit软件，然后读入脚本'block_DEM.py'：使用 (Play Journal File) button 并打开'block_DEM.py'来运行脚本

'block_DEM.py'脚本说明:

该脚本是基于python语言编写,实现基于地形遥感数据在有限元软件建立三维实体。

1.打开经纬度矢量数据文件，先行后列扫描数据;数据分为3列，第1列是经度，第2列是纬度，第三列是高程；纬度、纬度和高程三个数值生成一个散点，以此循环至结束，程序如下：

2.从第一个散点横向逐点扫描，当出现相同经度值的散点，停止扫描，将扫描过的散点生成样条曲线；以此方式循环至结束，脚本如下：

3.纵向逐行扫样条曲线，生成曲面;

cubit.cmd('create surface skin curve all')%生成曲面

4. 生成一个备用实体,使得曲面从备用实体中间穿过,并将二者合并在一起,提取截面,截面下方的与截面相接的三个面,以及备用实体底面,用此五个闭合曲面生成一个新的实体，此实体以截面作为上表面,即实现了将曲面压印在三维实体上;程序如下：

cubit.cmd('brick x 15000 y 22000 z 20000')%生成备用实体

cubit.cmd('volume 2 move x 561738. y 5116370. z 0 ')%将备用实体移动到曲面所在位置，曲面从实体中间穿过，见图6

cubit.cmd('merge all')%合并全部

cubit.cmd('imprint all')%合并成组

cubit.cmd('export acis "topo_2.acis" surface 3 10 12 14 15 9 ascii overwrite')% 提取截面3,截面3下方的与截面相接的四个面10，12，14，15,以及备用实体底面9，以’ topo_2.acis’输出

%重新打开一个cubit的工作空间

cubit.cmd('import acis "topo_2.acis" ascii merge_globally')%读入’ topo_2.acis’

cubit.cmd('create volume surface all heal')% 五个闭合曲面3，10，12，14，15，9生成一个新的实体，见图7

5.实体网格划分

elementsize = 500.0

cubit.cmd('volume all size '+str(elementsize))%见图8

Claims

1.一种基于地形遥感数据的创建有限元三维实体的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1:从集成的遥感数据包中提取含有经纬度信息的矢量数据；

步骤2:将含有经纬度信息的矢量数据进行从经纬度坐标格式到有限元软件可识别的格式的转换,获得有限元可识别矢量数据格式；

步骤3.1:读取步骤2获得有限元可识别矢量数据,横向逐点读入数据,生成散点；

步骤3.2：横向成行扫描散点,生成样条曲线；

步骤3.3：纵向扫描样条曲线，生成曲面；

步骤3.4：生成一个备用实体,使得曲面从备用实体中间穿过,并将二者合并在一起,提取截面、截面下方与截面相接的四个面、以及备用实体底面,用此六个闭合曲面生成一个新的实体，此实体以截面作为上表面,即实现了将曲面压印在三维实体上;