CN106875483A - 一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统 - Google Patents
一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统,涉及通用航空/直升机运营支持领域。该方法通过结合地震的特点,包括烈度衰减,房屋易损性等,将构建系统划分为7大模块,从而使得建模人员不需要专业的地震知识就可以科学合理的构建地震搜救仿真场景。使用过程中,按照划分好的7大模块进行构建,然后将各个模块按照步骤和规则进行整合就可以快速得到高还原度的地震仿真场景。而且该系统和方法是针对直升机地震救援训练的仿真场景,对于模型进行了合理的分层和简化,在保证训练效果的基础上大大节省了建模的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及通用航空/直升机运营支持领域,尤其涉及一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统。
背景技术
地震是一种破坏性极大的突发性自然灾害,地震发生后,高效快速的应对对于减少地震危害有非常重要的意义。而要实现高效快速的地震救援,需要对救援人员进行不断的训练。
由于真实的地震场景难以复现,而且将救援人员置身于真实训练环境的危险性极高,所以,一般采用虚拟仿真训练。虚拟仿真训练不仅安全性高而且成本较低,因此在训练培训领域得到了越来越广泛的应用。
目前,比较成熟的虚拟训练系统包括:美国的先进灾难处理仿真(ADMS)训练系统,和荷兰的3D虚拟环境事件指挥训练(RescueSim)仿真平台。但是这些仿真训练平台均是针对地面救援设计的,无法适应直升机救援的特点,因此,对于直升机地震搜救仿真训练,上述训练系统无法满足要求。所以如何科学高效的构建直升机地震搜救的虚拟仿真训练场景对于该训练有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统,从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,包括如下步骤:
S1,确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
S2,构建地震发生地区的真实地形;
S3,在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
S4,根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
S5,根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
S6,将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,
S7,按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置根据地域特点,添加次生灾害效果,完成直升机地震救援仿真场景的构建。
优选地,S2包括如下步骤:
S201,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
S202,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
S203,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
优选地,S203之后还包括步骤,将得到的真实地形根据地形大小进行均匀分割,以实现场景的动态加载,提高加载速度。
优选地,S3包括如下步骤:
S301,获取地震发生频率较高的地区,
S302,针对S301中得到的每个地区,根据震级以及烈度数据,通过如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
S303,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
优选地,S4中,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
优选地,S5具体为:
第Ⅰ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:可以清晰地看到建筑的门窗细节,空调外机以及墙皮的纹理细节,但对于内部没有要求,模型面数大约为1000面即可满足要求;
第Ⅱ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:能够分辨建筑的几何外形,并能够看到建筑的部分细节及纹理;
第Ⅲ细节度区域内建筑物模型的精细度要求:无需景区的几何外形,可以用几何体加中等细节纹理的贴图;
第Ⅳ细节度区域内建筑物模型精细度要求:可以直接用贴图代替。
一种直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,包括:
场景想定模块,用于确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
地形构建模块,用于构建地震发生地区的真实地形;
地震烈度模块,用于在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
细节度区域划分模块,用于根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
建筑物模型构建模块,用于根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
其他次生灾害模块,用于根据地域特点,添加次生灾害效果;
场景整合模块,用于将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,还用于按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置。
优选地,所述地形构建模块,采用如下方法构建地震发生地区的真实地形:
A1,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
A2,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
A3,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
优选地,所述地震烈度模块,采用如下方法在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况:
B1,获取地震发生频率较高的地区,
B2,针对S301中得到的每个地区,根据如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
B3,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
优选地,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
本发明的有益效果是:本发明实施例提供的一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统,通过结合地震的特点,包括烈度衰减,房屋易损性等,将构建系统划分为7大模块,从而使得建模人员不需要专业的地震知识就可以科学合理的构建地震搜救仿真场景。按照划分好的7大模块进行构建,然后将各个模块按照步骤和规则进行整合就可以快速得到高还原度的地震仿真场景。而且该系统和方法是针对直升机地震救援训练的仿真场景,对于模型进行了合理的分层和简化,在保证训练效果的基础上大大节省了建模的时间和成本。
附图说明
图1是直升机地震救援仿真场景模块化构建方法流程示意图;
图2是崇礼县某山区的卫星图;
图3是具有高度信息的真实三维地形图;
图4是真实三维地形均匀分割图;
图5是地震烈度分布图;
图6是LOD区域划分原理示意图;
图7a-7d是不同破坏等级与不同精细度的建筑模型示例图;
图8是烈度-LOD区域划分图;
图9是整体效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
直升机由于起降方便,不受地面交通堵塞的限制而且速度快,所以在地震救援中有着其他救援方式无法比拟的优势,因此直升机在地震搜救任务中的应用越来越广泛。所以,进行直升机地震搜救仿真训练,将有助于真实地震环境下使用直升机进行地震搜救任务。
而进行直升机地震搜救仿真训练的基础是虚拟仿真场景的构建。现有的关于地震场景的虚拟仿真场景大都都是针对游戏,注重的是游戏的画面感以及玩家的体验感,而忽略了专业的地震知识以及地震场景的真实性和科学性。训练程序与游戏不同,要让受训人员尽可能真实的产生身临其境的感受,这就要求仿真场景要符合真实地震的特点,即场景的科学性。但是要将真实地震的每一个特点都尽可能真实而详尽的模拟出来也是不现实的,这会极大地增加训练程序的开发成本。所以要针对直升机地震搜救任务的特点,在不影响训练效果的基础上,对场景构建过程进行合理简化。本发明为直升机地震搜救仿真场景的构建提供一种科学而快速的方法。
实施例一
如图1所示,本发明实施例提供了一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,包括如下步骤:
S1,确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
S2,构建地震发生地区的真实地形;
S3,在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
S4,根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
S5,根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
S6,将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,
S7,按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置根据地域特点,添加次生灾害效果,完成直升机地震救援仿真场景的构建。
用于虚拟仿真训练的仿真场景不同于一般的游戏场景追求的是刺激和体验感,用于训练的仿真场景要使得受训人员有身临其境的感觉才能达到贴近真实的训练效果,在实际执行任务的时候才能应对自如,这就需要仿真场景要符合真实地震的特点,尽可能真实的模拟地震灾区的特点。要使得场景模拟的真实,就要先了解地震的特点,包括烈度衰减,房屋易损性等,这对于建模人员来说并非易事,因为很少有建模人员拥有地震方面的专业知识,这就给地震搜救场景的构建带来了很大的困难。
本发明实施例提供的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,结合了专业的地震知识,所以,按照该地震仿真场景的构建方法步骤,建模人员不需要专业的地震知识就可以科学合理的构建地震搜救仿真场景。按照划分好的7大模块进行构建,然后将各个模块按照步骤和规则进行整合就可以快速得到高还原度的地震仿真场景。而且该方法针对直升机地震救援训练的仿真场景,对于模型进行了合理的分层和简化,在保证训练效果的基础上大大节省了建模的时间和成本。
在本发明的一个优选实施例中,S2可以包括如下步骤:
S201,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
S202,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
S203,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
要保证仿真场景的真实性,以及训练的针对性,首先要确保地震发生区的地形数据是真实有效的。采用上述方法,可以使得构建的仿真场景具有真实有效的地形,从而使受训人员具有沉浸式的体验。
在本发明的一个优选实施例中,S203之后还可以包括步骤,将得到的真实地形根据地形大小进行均匀分割,以实现场景的动态加载,提高加载速度。
本实施例中,S3可以包括如下步骤:
S301,获取地震发生频率较高的地区,
S302,针对S301中得到的每个地区,根据震级以及烈度数据,通过如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
S303,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
地震烈度(seismic intensity)表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度一般来说以震中为中心以椭圆形式向外衰减。不同地区的地震烈度衰减方式是不同的。
上述方法中,将烈度衰减按照地区进行划分,可以更加精确地模拟地震烈度的衰减情况。
上述方法的具体实施例如下:
根据历史统计,我国地震发生频率较高的地区位于西北、西南、华中和华南地区。
则,将该四个地区的衰减模型分别列出:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b)
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,c1为长轴对应的回归系数,c2为短轴对应的回归系数,不同地区的回归系数不同,上述四个地区的回归系数如下表所示:
则,根据上述不同地区的回归系数,以及衰减公式得出不同烈度区域的长轴和短轴长度,从而得到整个震区的烈度分布。
在本发明实施例中,S4中,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
由于直升机作业不同于地面救援队救援,从机组人员的视角俯视地面时,要比地面施救人员的视角对于模型的精细度要求要低很多。而且,直升机直接作业区域,搜索区域以及外围区域的精细度也是不同的。所以,上述方法中,通过对场景进行适当简化后,首先确定直升机救援作业位置,再根据搜索和救援的实际情况对地震发生区域进行精细划分,划定不同细节度区域(LOD区域),中心LOD区域为圆形,其他LOD区域为扩展的环形区域,从而,既可以使得构建的地震虚拟仿真场景逼真程度高,提高训练效果,又解决了需要救援的地震灾区一般处于人口聚集的区域,各种建筑设施错综复杂,要将这些都详尽的模拟出来是一个浩大的工程,会耗费大量的人力物力,大大增加了开发成本,不满足实际操作的问题。
上述方法的实际实施过程可以为:
划定LOD1区域,圆形区域的半径为R1,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围得到LOD1范围的半径。若直升机悬停的高度为10米左右,人目视能看到的高清晰度范围约为15米,则该范围的半径约为10米。
划定LOD2区域,圆形区域的半径为R2,人的视力范围再向远方延伸一定的距离,清晰度有所下降,LOD2的环形范围半径在10~30米范围。
划定LOD3区域,圆形区域的半径为R3,搜索区域内,排除LOD1和LOD2的区域,剩余区域属于LOD3范围。
划定LOD4区域。直升机从高空飞过的(不包括搜索和悬停救人区域)城镇区域。
本发明实施例中,S5具体可以为:
第Ⅰ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:可以清晰地看到建筑的门窗细节,空调外机以及墙皮的纹理细节,但对于内部没有要求,模型面数大约为1000面即可满足要求;
第Ⅱ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:能够分辨建筑的几何外形,并能够看到建筑的部分细节及纹理;
第Ⅲ细节度区域内建筑物模型的精细度要求:无需景区的几何外形,可以用几何体加中等细节纹理的贴图;
第Ⅳ细节度区域内建筑物模型精细度要求:可以直接用贴图代替。
在进行建筑物模型构建的实际过程中,
首先确定房屋建筑类型。对于城市而言,高楼大厦占据城市建筑的绝大部分,而楼房的材质基本上是钢筋混凝土材料,而且从设计上而言地域差异性不大,因此可以不加区分;而对于小城镇而言,房屋建筑有明显的地域特色,比如南方的房屋相对于北方而言高度较大,屋顶坡度较大。因此为了保证地震场景的真实性,要根据不同震区的房屋特点来建模。
然后进行破坏等级划分。依据不同的建模要求,不同类型房屋在不同破坏等级下的破坏特征参照《建筑地震破坏等级划分标准》。
最后,根据上述不同LOD下可视化特征构建建筑物模型。
我国国土面积广袤,不同地区的房屋建筑从设计以及材质上都有所不同,所以,上述方法中,根据不同地区的房屋特点进行建模;同时,受地震破坏的房屋是有破坏等级的,一般分为五个等级:完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏以及倒塌,不同等级的破坏有不同的破坏特征,根据破坏特征将房屋模型进行分类构建;同时建模时考虑了建筑物的不同细节层次;因此,采用上述方法,可以最大程度的确保场景的真实性。
本发明实施例中,S6具体为,将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区。
S7具体为,根据真实的卫星贴图可以大致判断区域的建筑类型,比如居民区,学校,厂房等,提高了空间分布的合理性。按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行房屋空间分布布置;
首先,根据以往地震中建筑物破坏的经验,得到以下震害矩阵:
根据不同的地区,比例可以做相应的调整。比如城区地震,建筑物多为钢筋混凝土结构,抗震能力较强,因此同一烈度下,基本完好的比例可以相应提高而毁坏的比例可以降低,以此类推。
然后,进行建筑物空间分布。其中,住宅区、商业区、学校、医院、厂房等建筑的空间分布要符合城镇规划的要求。
根据地域特点,确定是否添加泥石流、滑坡等次生灾害效果。
最后,进行场景整体渲染。在以上构建步骤的基础上要加上光照、天气等环境特征的渲染,使场景仿真度更高。
实施例二
本发明实施例提供了一种直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,包括:
场景想定模块,用于确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
地形构建模块,用于构建地震发生地区的真实地形;
地震烈度模块,用于在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
细节度区域划分模块,用于根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
建筑物模型构建模块,用于根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
其他次生灾害模块,用于根据地域特点,添加次生灾害效果;
场景整合模块,用于将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,还用于按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置。
利用上述系统构建仿真场景的方法在实施例一中进行了详述,在此不再赘述。
其中,所述地形构建模块,可以采用如下方法构建地震发生地区的真实地形:
A1,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
A2,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
A3,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
所述地震烈度模块,可以采用如下方法在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况:
B1,获取地震发生频率较高的地区,
B2,针对S301中得到的每个地区,根据如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
B3,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
在本发明实施例中,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
具体实施例
本发明实施例提供了一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,采用如下步骤进行实施:
步骤一:设定地震发生地点为崇礼县某山区,地震等级为6级;
步骤二:构建崇礼县某山区的真实地形,具体包括如下步骤:
首先,下载崇礼县某山区的卫星图和真实的DEM信息,其中,卫星图可参见图2;
然后,对已获取的DEM信息进行处理,得到真实高度信息;
最后,将卫星贴图和处理过的地形高度信息相叠加得到崇礼地区的真实地形,可参见图3所示。还可以将地形进行均匀分割,如图4所示。
对地形进行均匀分割,利于场景的动态加载。
步骤三,获取崇礼某山区的衰减烈度分布情况;
首先,确定崇礼县位于华北地区;
然后,通过查表得到烈度衰减模型中的参数值,如下表所示:
得到如下烈度衰减公式:
长轴:I=6.6079+0.9543M-3.5688lg(R1+18)
短轴:I=4.9540+0.9543M-2.9566lg(R1+9)
其中震级M=6;
然后,通过上述烈度衰减公式计算得到不同烈度下的长轴和短轴长度如下表所示:
烈度 | Ra(单位:km) | Rb(单位:km) |
7 | 13.2 | 8.6 |
6 | 41.5 | 29.3 |
5 | 95.5 | 74.4 |
地震烈度分布如图5所示,图5中,圆点为震中位置,五角星为救援点。
S4,划定不同LOD区域,划分原理如图6所示,图6中,黑色圆点表示搜索状态的直升机,H为搜索高度;灰色圆点表示救援时悬停状态的直升机,h为悬停高度;Di(i=1,2,3)表示机组人员在不同地表建筑分辨率下的视距;Ri(i=1,2,3)表示LODi区域的半径。本实施例中,具体的划分方法为:
划定LOD1区域,圆形区域的半径为R1,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围得到LOD1范围的半径。若直升机悬停的高度为10米左右,人目视能看到的高清晰度范围约为15米,则该范围的半径约为10米。
划定LOD2区域,圆形区域的半径为R2,人的视力范围再向远方延伸一定的距离,清晰度有所下降,LOD2的环形范围半径在10~30米范围。
划定LOD3区域,圆形区域的半径为R3,搜索区域内,排除LOD1和LOD2的区域,剩余区域属于LOD3范围。
划定LOD4区域。直升机从高空飞过的(不包括搜索和悬停救人区域)城镇区域。
步骤五,根据崇礼地区的建筑物特点以及不同细节度下的建筑物精细度特征,构建不同细节度的建筑物模型,如图7a-7d所示。
步骤六,将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,如图8所示,图中,大的区域为不同的地震烈度,小的区域为不同的LOD区域。
步骤七,根据真实的卫星贴图可以大致判断区域的建筑类型,比如居民区,学校,厂房等,提高了空间分布的合理性。按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行房屋空间分布布置根据地域特点,确定是否添加泥石流、滑坡等次生灾害效果。
最后,进行场景整体渲染。在以上构建步骤的基础上要加上光照、天气等环境特征的渲染,使场景仿真度更高,本实施例中,得到的整体效果可参见图9。
需要说明的是,由于本发明实施例提供的方法是为了构建直升机地震救援仿真场景,用于仿真训练,所以,本发明实施例中涉及到的附图,为了能够更好的表示和说明构建的仿真场景的逼真度,附图中使用了背景色和彩色。
通过采用本发明公开的上述技术方案,得到了如下有益的效果:本发明实施例提供的一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法和系统,通过结合地震的特点,包括烈度衰减,房屋易损性等,将构建系统划分为7大模块,从而使得建模人员不需要专业的地震知识就可以科学合理的构建地震搜救仿真场景。按照划分好的7大模块进行构建,然后将各个模块按照步骤和规则进行整合就可以快速得到高还原度的地震仿真场景。而且该系统和方法是针对直升机地震救援训练的仿真场景,对于模型进行了合理的分层和简化,在保证训练效果的基础上大大节省了建模的时间和成本。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域人员应该理解的是,上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整,也可根据实际情况并发进行。
上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中,用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备,例如:个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等;所述的存储介质,例如:RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
S2,构建地震发生地区的真实地形;
S3,在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
S4,根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
S5,根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
S6,将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,
S7,按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置根据地域特点,添加次生灾害效果,完成直升机地震救援仿真场景的构建。
2.根据权利要求1所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,S2包括如下步骤:
S201,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
S202,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
S203,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
3.根据权利要求2所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,S203之后还包括步骤,将得到的真实地形根据地形大小进行均匀分割,以实现场景的动态加载,提高加载速度。
4.根据权利要求1所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,S3包括如下步骤:
S301,获取地震发生频率较高的地区,
S302,针对S301中得到的每个地区,根据震级以及烈度数据,通过如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
S303,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
5.根据权利要求1所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,S4中,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
6.根据权利要求1所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建方法,其特征在于,S5具体为:
第Ⅰ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:可以清晰地看到建筑的门窗细节,空调外机以及墙皮的纹理细节,但对于内部没有要求,模型面数大约为1000面即可满足要求;
第Ⅱ细节度区域内的建筑物模型的精细度要求:能够分辨建筑的几何外形,并能够看到建筑的部分细节及纹理;
第Ⅲ细节度区域内建筑物模型的精细度要求:无需景区的几何外形,可以用几何体加中等细节纹理的贴图;
第Ⅳ细节度区域内建筑物模型精细度要求:可以直接用贴图代替。
7.一种直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,其特征在于,包括:
场景想定模块,用于确定地震仿真场景的基本信息,包括:发生地区,发生范围,震中位置,震级和救援地点;
地形构建模块,用于构建地震发生地区的真实地形;
地震烈度模块,用于在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况;
细节度区域划分模块,用于根据地震仿真场景的基本信息,将地震发生地区划分为四个细节度区域,其中,第Ⅰ细节度区域为直升机悬停救人区域,为圆形,其他细节度区域为以第Ⅰ细节度区域的圆心为圆心的环形,第Ⅲ细节度区域为直升机搜索区域,第Ⅳ细节度区域为直升机飞过的城镇区域;
建筑物模型构建模块,用于根据不同地区的建筑物特点和建筑物地震破坏等级标准,按照不同细节度的可视化特征构建不同精细度的建筑模型;
其他次生灾害模块,用于根据地域特点,添加次生灾害效果;
场景整合模块,用于将地震衰减烈度与细节度分层进行叠加,得到烈度-细节度划分区,还用于按照不同烈度区的房屋破坏等级及比例进行建筑物空间分布布置。
8.根据权利要求7所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,其特征在于,所述地形构建模块,采用如下方法构建地震发生地区的真实地形:
A1,下载地震发生地区的卫星贴图并获取真实地形的DEM信息;
A2,对已获取的DEM信息进行处理,在三维仿真环境下进行面片重构,生成具有真实高度信息的地形;
A3,将所述卫星贴图与处理过的地形信息叠加,得到地震发生地区的真实地形。
9.根据权利要求7所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,其特征在于,所述地震烈度模块,采用如下方法在构建的真实地形中,获取地震发生地区的衰减烈度分布情况:
B1,获取地震发生频率较高的地区,
B2,针对S301中得到的每个地区,根据如下衰减公式得出长轴和短轴长度,得到每个地区的烈度分布:
I=a+bM+c1lg(R1+R0a)+c2lg(R2+R0b),
其中,I为地震烈度;M为震级,R0a和R0b分别为长轴和短轴两方向烈度衰减的近场饱和因子,R1和R2分别为烈度为I的椭圆等震线的半长轴和半短轴长度;a、b、c1和c2均为回归系数,不同地区的回归系数不同;
B3,根据每个地区的烈度分布,得到整个震区的烈度分布。
10.根据权利要求7所述的直升机地震救援仿真场景模块化构建系统,其特征在于,所述第Ⅰ细节度区域的半径,根据直升机悬停救援的高度以及普通人的视力范围获取,所述第Ⅰ细节度区域的半径为10米,所述第Ⅱ细节度区域的环形范围半径为10-30米。
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