CN110222462A - 海底挖沟工程预测方法、装置及服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海底挖沟工程预测方法、装置及服务器，涉及土方工程的技术领域，方法包括：获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；气象参数包括风速、风向和气压；根据工程参数构建非结构化网格；将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；根据分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。本发明实施例可以提高海底挖沟工程预测的便捷性和准确性。

Description

海底挖沟工程预测方法、装置及服务器
技术领域
本发明涉及土方工程技术领域，尤其是涉及一种海底挖沟工程预测方法、装置及服务器。
背景技术
海底土方工程的施工方法，一类要隔绝海水，另一类直接在水下施工。隔绝海水施工方法需要搭建辅助设施，包括辅助隧道、隔离桶、堤坝等等，适合大规模海底土方工程。水下直接施工法，不需要搭建辅助设施，适合中小规模海底土方工程。铺设排污管道、输电缆线和通讯光缆以及疏浚航道的土方工程有一部分会采用水下直接施工法。海底挖沟通常就采用水下直接施工法。海底挖沟工程需要知道指定日期范围内，哪一段时间是最适合作业的窗口期，以及在窗口期内海水夹带泥沙回填到正在开挖的沟渠中的速度有多大，简称海底挖沟工程的窗口期和回填速度。
对于预测海底挖沟工程的窗口期和回填速度，现有方法包括现场经验和委托评估两大类。现场经验预测需要大量的人力资源，便捷性较差；根据现场经验预测海底挖沟工程，海水流速与潮汐涨落相关的规律复杂，随时间地点变化而差别很大，根据潮汐涨落规律推算的海水流速不准确；海水流速大小与是否适合挖沟作业关系复杂，流速大并不一定意味着回填速度大，因此根据海水流速大小推算窗口期也不准确。委托评估方法中，在工程规划阶段，甲方或乙方也可能委托海洋工程勘探设计部门提供有关工地的潮汐潮流情况分析报告，但这种静态报告并不能简捷方便地给出窗口期和回填速度。此外，当前海洋工程勘探设计部门提供分析报告只有两条技术途径，其中最常见的是用海洋模型建模预测，其次是借助CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)技术建模预测。因为海洋模型一般是公里级以上的网格分辨率，工程尺度通常要求米级甚至亚米级的分辨率，海洋模型建模预测难以描述工程尺度的精细，预测的准确性较差；由于海洋流体流动与工业流体流动存在差别，CFD技术在海洋工程中也难以发挥功效，预测结果并不准确。
针对上述现有技术中海底挖沟工程预测方法便捷性和准确性较差的问题，目前尚未提出有效解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海底挖沟工程预测方法、装置及服务器，以提高海底挖沟工程预测的便捷性和准确性。
第一方面，本发明实施例提供了一种海底挖沟工程预测方法，包括：获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；气象参数包括风速、风向和气压；工程参数包括沟渠的宽度和深度以及轴线的起止位置、海底泥沙的类型(粗砂、细沙和淤泥等等)和各类型的厚度，以及设置挖取泥沙的速度和排放范围；根据工程参数构建非结构化网格；将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；根据分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据工程参数构建非结构化网格的步骤，包括：将工程参数输入至地理信息系统，从而获取海底地形和岸线信息；根据从地理信息系统中获取的信息，采用自适应方式构建非结构化网格。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，方法还包括：根据泥沙模型和动态数据演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程；根据演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程的演绎结果统计沟渠挖掘的窗口期内泥沙回填的平均速度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，泥沙模型通过下述方式构建：接收构建模型所需的工程参数；工程参数包括沟渠的宽度、深度和轴线起止点的经纬度，挖取泥沙的速度，排放点位置，堆放梯形的底边宽度、内侧坡度和外侧坡度，以及泥沙粒径谱分布表；泥沙粒径谱分布表包含沟渠表层和底层的泥沙粒径或类型；根据接收到的工程参数建立泥沙模型。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：根据泥沙模型，分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，在分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程的步骤之后，还包括：接收用户发送的参数修改指令；根据参数修改指令，更新工程参数。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，三维水动力学模型通过下述方式构建：根据气象参数，通过有限元方法演算环境参数；环境参数包括海流速度和海面高度的分布场量；根据环境参数和气象参数，获取边界条件和驱动条件；采用有限元方法求解工程日期对应的三维水动力参数，三维水动力参数包括海流速度、混合强度和海面高度；根据三维水动力参数构建三维水动力学模型。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据气象参数通过有限元方法演算环境参数的步骤，包括：根据工程参数确定演算过程的起止时间；通过地理信息系统加载边界条件和驱动条件；根据二维深度积分的水动力学模型方程、边界条件和驱动条件以及演算过程的起止时间，根据气象参数进行有限元方法演算，获得环境参数。
第二方面，本发明实施例还提供一种海底挖沟工程预测装置，包括：参数模块，用于获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；气象参数包括风速、风向和气压；网格模块，用于根据工程参数构建非结构化网格；耦合模块，用于将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；输出模块，用于将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；分析模块，用于根据分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
第三方面，本发明实施例还提供一种服务器，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面及其各可能的实施方式之一提供的方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的海底挖沟工程预测方法、装置及服务器，将三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理后，输入工程参数、气象参数和非结构化网格，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量，并且分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据，可以提高海底挖沟工程预测的便捷性和准确性。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种海底挖沟工程预测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种海底挖沟工程预测方法的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种环境参数预测方法的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种工程参数预测方法的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种海底挖沟工程预测装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种服务器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前预测海底挖沟工程的包括现场经验和委托评估两大类，现场经验预测的便捷性较差，海水流速与潮汐涨落相关的规律复杂会导致准确性不高；委托评估包括静态报告和分析报告，其中，静态报告不能简捷方便地给出窗口期和回填速度；分析报告一般采用海洋模型建模预测或CFD技术建模预测，预测结果也并不准确。基于此，本发明实施例提供的一种海底挖沟工程预测方法、装置及服务器，该技术应用于土方工程领域，尤其可以应用于海底土方工程领域，具体涉及一种采用有限元方法预测海底挖沟工程的方法。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种海底挖沟工程预测方法进行详细介绍。
实施例1
本发明实施例1提供了一种海底挖沟工程预测方法，参见图1所示的一种海底挖沟工程预测方法的流程图，包括如下步骤：
步骤S102，获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数。
工程参数包括挖掘的沟渠参数以及挖掘地的泥沙参数，具体地说，需要获取沟渠的宽度(单位为m)和深度(单位为m)以及轴线起止点的经纬度；挖取泥沙的速度(单位为m3/h)；排放点位置、堆放梯形的底边宽度、内侧坡度和外侧坡度；泥沙粒径谱分布表，至少包含沟渠表层和底层两个层次的泥沙粒径或者类型(粗砂、粉砂、细沙、淤泥)，并且需要将工程参数保存为参数文件，以备之后查看和修改。
气象参数是指挖掘地区在工程日期对应的时间内的气象参数，气象参数包括风速、风向和气压；气象参数可以从气象局官网下载气象资料获得。
步骤S104，根据工程参数构建非结构化网格。
非结构化网格是指网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元，即与网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。利用GIS(Geographic Information System，地理信息系统)和用户输入的工程参数的参数文件，以自适应方式剖分非结构化网格。
步骤S106，将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型。
三维水动力学模型是指根据三维水动力学模型方程构建的模型，采用笛卡尔坐标系，X轴和Y轴位于平均水平面上，X轴向东为正，Y轴向北为正，Z轴向下为正，三维水动力学模型方程可以表示为：
p＝ρωg(η+z)
其中，u、v、w分别为X轴、Y轴和Z轴方向上的流速分量，单位为m/s，η为瞬时海面相对于平均海面的高度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；p海水的压强，单位为N/m2；∧z、∧h分别为垂直和水平涡动粘滞系数，ρw为水体密度，单位为kg/m3；f为柯氏力参数。泥沙模型根据泥沙参数和泥沙动力学模型方程，采用几何建模的方法构建。
耦合处理是指将泥沙动力学模型方程和三维水动力学模型方程，通过迭代方式实现松弛耦合，前者为后者提供驱动力，后者反馈修正前者的密度，得到预测模型。耦合方式可以采用松弛迭代耦合方式，也可以采用直接的双向耦合方式。水动力和泥沙动力学方程的直接双向耦合，需要额外的求解器。直接耦合依据网格容量是否接近极限在两个动力系统中达到平衡的速度可能更快，也有可能更慢。直接耦合后的系统比耦合之前更大，它自适应调整网格的过程较慢。
步骤S108，将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量。
通过有限元方法求解器平台将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型中，以进行模拟，可以得到网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量。
步骤S110，根据分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
根据分布场量，采用后处理的分析方法，分析泥沙离开沟渠、堆积到排放区、回填到正在开挖的沟渠中的动态数据，完成海底挖沟工程的预测。
本发明实施例提供的上述方法，将三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理后，输入工程参数、气象参数和非结构化网格，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量，并且分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。可以提高海底挖沟工程预测的便捷性和准确性。
非结构化网格通过工程参数和地理信息系统GIS构建，因此，上述方法中，根据工程参数构建非结构化网格的步骤，包括：将工程参数输入至地理信息系统；在地理信息系统中，采用自适应方式构建非结构化网格。
GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理，利用GIS和用户输入并保存的工程参数，通过自适应方式剖分非结构化网格。本发明实施例提供的上述方法，通过GIS和用户输入的工程参数自适应方式剖分非结构化网格。
上述方法中还包括根据预测结果仿真演示的子系统，仿真演示可以通过以下步骤执行：
(1)根据泥沙模型和动态数据演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程；
可以通过在开源平台FreeCAD上新增车间并插入动画渲染模块实现仿真演示功能，将预先建立的泥沙模型导入渲染工具，其中，渲染工具可以为开源库VisualizatonToolkit。渲染工具根据工程参数演绎沟渠形成过程；然后处理数据，演绎泥沙沉降和回填到沟渠中的过程。
(2)根据演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程的演绎结果显示沟渠挖掘的窗口期和泥沙回填速度。
演绎结束后动画渲染模块会弹出信息窗口，在信息窗口中用数字显示沟渠挖掘的最佳窗口期和泥沙回填速度。本发明实施例提供的上述方法，通过动画渲染模块演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程的演绎，并显示沟渠挖掘的窗口期和泥沙回填速度。
对于泥沙模型，通过下述方式构建：
(1)接收构建模型所需的工程参数；工程参数包括沟渠的宽度、深度和轴线起止点的经纬度，挖取泥沙的速度，排放点位置，堆放梯形的底边宽度、内侧坡度和外侧坡度，以及泥沙粒径谱分布表；泥沙粒径谱分布表包含沟渠表层和底层的泥沙粒径或类型；
在开源平台FreeCAD上建立泥沙模型，在原有功能菜单文件、编辑、视图、工具、宏、窗口、帮助的基础上，新增车间“海底挖”。“海底挖”的功能菜单包括建模、剖分网格、环境预测、工程预测、后处理和仿真。为了图形用户界面简约，主菜单栏保留文件、编辑、视图、建模、仿真、窗口和帮助共七个菜单，其它功能都会消隐或者在后台全自动化处理。在建模菜单的第一个子菜单输入工程参数。
(2)根据接收到的工程参数建立泥沙模型。
在建模菜单的第二个子菜单，根据输入的工程参数。创建几何模型。利用FreeCAD的几何建模功能，包括参数化几何元(各种类型的点、线、面、体)、通过拉伸和旋转创建新几何以及布尔运算生成新几何等等功能，生成泥沙模型。本发明实施例提供的上述方法，通过工程参数在构建泥沙模型。
泥沙模型构建之后，还可以进行演示和修改。上述泥沙模型的构建方法，还包括：根据泥沙模型，分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程。在建模菜单的第三个子菜单，采用双视窗10秒循环动画，分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程(此时无泥沙回填效应)。
上述泥沙模型的构建方法，还包括：接收用户发送的参数修改指令；根据参数修改指令，更新工程参数。沟渠挖掘过程的演示过程中，点击动画视图，可以修改输入参数。确认修改后，视窗会再次动画显示计划挖掘的过程。之后，利用GIS以施工区域为中心，以自适应方式截取海区的海底地形和岸线，并且嵌入施工模型。本发明实施例提供的上述方法，可以对泥沙模型进行演示和修改。
对于三维水动力学模型，通过下述方式构建：
(1)根据气象参数，通过有限元方法演算环境参数；
环境参数包括海流速度和海面高度的分布场量；采用开源的有限元方法求解器平台演算环境参数。
(2)根据环境参数和气象参数，获取边界条件和驱动条件；
通过数据插值，从环境参数和已经气象参数中获取三维水动力学模型所需要的边界条件和驱动条件。
(3)采用有限元方法求解工程日期对应的三维水动力参数，三维水动力参数包括海流速度、混合强度和海面高度；
采用开源的有限元方法求解器平台Elmer，植入三维水动力学模型方程，水平方向采用非结构化的三角形网格单元，覆盖工程区为中心的10km×10km区域。工程区最小网格分辨率为沟渠宽度w(单位为m)，以到沟渠的最近点距离d(单位为m)为参考，网格分辨率a＝min[1000,w**max(1,d/w)](单位为m)。深度积分的内模用有限元方法求解，垂直方向采用结构化网格，用有限差分方法求解。Elmer平台可以给定网格后可以进行自适应调整和加密，并且提供了多种接口语言，使得接口更灵活。
也可以采用三维有限元方法替代，三维有限元方法在很小的工程区范围内，其外围通过多级网格嵌套与大尺度的海洋环境动力学模型耦合起来，也有可能实现全自动化预测工程参数。
根据工程区边界的网格参数，通过数据插值，从环境参数和已经下载的气象资料获取三维水动力学模型所需要的边界条件和驱动条件；启动求解器，演算出覆盖咨询日期的稳定的三维水动力参数，即网格点上分布海流速度、混合强度和海面高度。
(4)根据三维水动力参数构建三维水动力学模型。
本发明实施例提供的上述方法，采用有限元的数值方法构建三维水动力学模型。
其中，根据气象参数通过有限元方法演算环境参数的步骤，可以通过以下步骤执行：
(1)根据工程参数确定演算过程的起止时间；起止时间中起点比工程早120小时，终点晚1小时。
(2)通过地理信息系统加载边界条件和驱动条件；利用GIS，自动剖分结构化网格，自动加载浅水动力学模型所需要的边界条件和驱动条件。
(3)根据二维深度积分的水动力学模型方程、边界条件和驱动条件以及演算过程的起止时间，根据气象参数进行有限元方法演算，获得环境参数。
采用开源的有限元方法求解器平台Elmer并植入二维深度积分的水动力学模型方程。启动求解器，演算出覆盖咨询日期的稳定的水动力环境参数，即演算出网格化的深度积分平均后的海流速度和海面高度的分布场量。演算的过程实质是进行线性有限元分析的过程，水动力模型方程的空间导数项采用有限元方法离散，时间导数项采用有限差分方法离散。算法引擎来自于有限元方法求解器平台Elmer，植入二维深度积分的水动力学模型方程，载入边界和驱动条件，根据输入参数设定演算过程的起止时间。
本发明实施例提供的上述方法，通过采用开源的有限元方法求解器环境参数。
具体的一种海底挖沟工程预测方法，可以参见图2所示的一种海底挖沟工程预测方法的示意图，获得挖沟咨询之后，首先输入参数并根据参数建模，之后需要对模型进行有效性检验，如果检验合格则继续下一步，检验不合格则重新输入模型并建模；之后一次对环境参数和工程参数进行预报并以此后处理，并将预报结果仿真演示。
在上述海底挖沟工程预测方法的实施过程中，环境参数预测的步骤可以参见图3所示的一种环境参数预测方法的示意图，首先获得区域参数和气象参数并进行网格分级，判断是否合理，不合理则重新获得区域参数，合理则进行预报并输出工程边界。
在上述海底挖沟工程预测方法的实施过程中，工程参数预测的步骤可以参加参见图4所示的一种工程参数预测方法的示意图，首先获得边界条件和工况参数，并以此进行网络迭代，判断是否合理，不合理则重新获得边界条件，合理则构建泥沙模型并输出工程预报。
本发明实施例提供的海底挖沟工程预测方法，将三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理后，输入工程参数、气象参数和非结构化网格，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量，并且分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据；通过GIS和用户输入的工程参数自适应方式剖分非结构化网格；通过动画渲染模块演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程的演绎，并显示沟渠挖掘的窗口期和泥沙回填速度；通过工程参数在构建泥沙模型；可以对泥沙模型进行演示和修改；采用有限元的数值方法构建三维水动力学模型；通过采用开源的有限元方法求解器环境参数。可以提高海底挖沟工程预测的便捷性和准确性。
实施例2
本发明实施例2提供一种海底挖沟工程预测装置，参见图5所示的一种海底挖沟工程预测装置的结构示意图，包括参数模块51、网格模块52、耦合模块53、输出模块54和分析模块55，上述各模块的功能如下：
参数模块51，用于获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；气象参数包括风速、风向和气压；
网格模块52，用于根据工程参数构建非结构化网格；
耦合模块53，用于将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；
输出模块54，用于将工程参数、气象参数和非结构化网格输入预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；
分析模块55，用于根据分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的海底挖沟工程预测装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例提供的海底挖沟工程预测装置，与上述实施例提供的海底挖沟工程预测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
实施例3
本实施例还提供了一种与上述方法实施例相对应的一种服务器，图6所示为一种服务器的结构示意图，该服务器包括存储器100和处理器101，该存储器100中存储有可在处理器101上运行的计算机程序，该处理器101执行该计算机程序时实现海底挖沟工程预测方法。
进一步，图6所示的一种服务器还包括总线1002和通信接口103，处理器101、通信接口103和存储器100通过总线1002连接。
其中，存储器100可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线1002可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器100，处理器101读取存储器100中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例所提供的海底挖沟工程预测方法、装置及服务器的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种海底挖沟工程预测方法，其特征在于，包括：
获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；所述气象参数包括风速、风向和气压；
根据所述工程参数构建非结构化网格；
将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；
将所述工程参数、所述气象参数和所述非结构化网格输入所述预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；
根据所述分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述工程参数构建非结构化网格的步骤，包括：
将所述工程参数输入至地理信息系统；
在所述地理信息系统中，采用自适应方式构建非结构化网格。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述泥沙模型和所述动态数据演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和回填到沟渠的过程；
根据所述演绎沟渠形成的过程以及泥沙沉降和所述回填到沟渠的过程的演绎结果显示沟渠挖掘的窗口期和泥沙回填速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泥沙模型通过下述方式构建：
接收构建模型所需的工程参数；所述工程参数包括沟渠的宽度、深度和轴线起止点的经纬度，挖取泥沙的速度，排放点位置，堆放梯形的底边宽度、内侧坡度和外侧坡度，以及泥沙粒径谱分布表；所述泥沙粒径谱分布表包含沟渠表层和底层的泥沙粒径或类型；
根据接收到的所述工程参数建立所述泥沙模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述泥沙模型，分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在分别以二维剖面和三维立体方式显示沟渠挖掘过程的步骤之后，还包括：
接收用户发送的参数修改指令；
根据参数修改指令，更新所述工程参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维水动力学模型通过下述方式构建：
根据所述气象参数，通过有限元方法演算环境参数；所述环境参数包括海流速度和海面高度的分布场量；
根据所述环境参数和所述气象参数，获取边界条件和驱动条件；
采用有限元方法求解所述工程日期对应的三维水动力参数，所述三维水动力参数包括海流速度、混合强度和海面高度；
根据所述三维水动力参数构建三维水动力学模型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述气象参数通过有限元方法演算环境参数的步骤，包括：
根据所述工程参数确定演算过程的起止时间；
通过地理信息系统加载边界条件和驱动条件；
根据二维深度积分的水动力学模型方程、所述边界条件和驱动条件以及所述演算过程的起止时间，根据所述气象参数进行有限元方法演算，获得环境参数。
9.一种海底挖沟工程预测装置，其特征在于，包括：
参数模块，用于获取预设的工程参数和工程日期对应的气象参数；所述气象参数包括风速、风向和气压；
网格模块，用于根据所述工程参数构建非结构化网格；
耦合模块，用于将预先建立的三维水动力学模型和预先建立的泥沙模型进行耦合处理，得到预测模型；
输出模块，用于将所述工程参数、所述气象参数和所述非结构化网格输入所述预测模型，输出网格化的三维海流速度、三维混合强度、三维泥沙浓度和海面高度的分布场量；
分析模块，用于根据所述分布场量，分析得到泥沙离开沟渠、堆积到排放区、以及回填到正在开挖的沟渠中的动态数据。
10.一种服务器，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述权利要求1-8任一项所述的方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112836268A (zh) * 2019-11-25 2021-05-25 深圳云天励飞技术有限公司 管道挖掘方法及相关产品
CN114936396A (zh) * 2022-04-28 2022-08-23 中铁长江交通设计集团有限公司 一种基于Civil 3D的疏浚工程量自动生成方法
CN115392098A (zh) * 2022-10-31 2022-11-25 浙江远算科技有限公司 基于水沙数值仿真的海上风电海缆裸露预测方法和系统
CN112836268B (zh) * 2019-11-25 2024-06-07 深圳云天励飞技术有限公司 管道挖掘方法及相关产品

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101092269A (zh) * 2006-06-20 2007-12-26 河南农业大学 有机废水处理方法
US20120089381A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 The Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Navy Automated method and system for predicting high resolution tidal heights and currents in coastal zones
CN104727266A (zh) * 2015-02-04 2015-06-24 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 适用于宽谷型泥石流沟谷的泥石流输沙控制方法
CN105824993A (zh) * 2016-03-10 2016-08-03 中国海洋大学 一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法
CN108108563A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 河南省水利勘测设计研究有限公司 基于bim和gis技术的跨平台水动力学建模方法
CN109271661A (zh) * 2018-08-01 2019-01-25 长江武汉航道工程局 开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101092269A (zh) * 2006-06-20 2007-12-26 河南农业大学 有机废水处理方法
US20120089381A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 The Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Navy Automated method and system for predicting high resolution tidal heights and currents in coastal zones
CN104727266A (zh) * 2015-02-04 2015-06-24 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 适用于宽谷型泥石流沟谷的泥石流输沙控制方法
CN105824993A (zh) * 2016-03-10 2016-08-03 中国海洋大学 一种人造沙滩补沙养护工程建设的方法
CN108108563A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 河南省水利勘测设计研究有限公司 基于bim和gis技术的跨平台水动力学建模方法
CN109271661A (zh) * 2018-08-01 2019-01-25 长江武汉航道工程局 开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112836268A (zh) * 2019-11-25 2021-05-25 深圳云天励飞技术有限公司 管道挖掘方法及相关产品
CN112836268B (zh) * 2019-11-25 2024-06-07 深圳云天励飞技术有限公司 管道挖掘方法及相关产品
CN114936396A (zh) * 2022-04-28 2022-08-23 中铁长江交通设计集团有限公司 一种基于Civil 3D的疏浚工程量自动生成方法
CN115392098A (zh) * 2022-10-31 2022-11-25 浙江远算科技有限公司 基于水沙数值仿真的海上风电海缆裸露预测方法和系统
CN115392098B (zh) * 2022-10-31 2023-02-03 浙江远算科技有限公司 基于水沙数值仿真的海上风电海缆裸露预测方法和系统

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