CN117574628A - 一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，包括以下步骤：进行防洪调度预演；防洪调度预案的生成；建立可视化模型；数字模拟仿真引擎的保真模拟，对模型平台的水利专业模型、智能模型以及可视化模型在数字孪生系统中的运行实现动态驱动；实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计的场景，形成防洪调度方案；完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防的水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策；实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算；调度方案、相关计算参数支持实时查看与动态调整。
Description
技术领域
本发明涉及洪水淹没仿真技术领域，具体为一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法。
背景技术
流域洪水演进仿真是以观测数据和水文水动力学模型计算为驱动,在计算机生成的虚拟流域环境中,立体直观地动态仿真模拟洪水在真实河道内的时空演进过程及淹没状况。由于来水来沙条件的动态变化,水流与流域地形相互作用影响,导致河道淹没区域存在不确定性。尤其河道边界及河床的动态演变给实时动态地仿真洪水淹没及演进过程带来了困难。因此,如何确定流域洪水淹没范围成为洪水演进可视化仿真中亟需解决的关键问题。
对预报洪水，考虑流域工程运行实况和洪水调度规则，结合河道水动力模型、防洪调度模型、洪灾风险分析与三维实景模型等支撑服务，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示预报时段内的洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计等场景，形成防洪调度方案。可完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防等水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策。可实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算，基于此提出了一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
对预报洪水，考虑流域工程运行实况和洪水调度规则，结合河道水动力模型、防洪调度模型、洪灾风险分析与三维实景模型等支撑服务，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示预报时段内的洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计等场景，形成防洪调度方案。可完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防等水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策。可实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算。
(二)技术方案
为实现上述背景技术中提到目的，本发明提供如下技术方案：一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，包括以下步骤：
S1：进行防洪调度预演，对预报洪水，考虑流域工程运行实况和洪水调度规则，结合河道水动力模型、防洪调度模型、洪灾风险分析与三维实景模型支撑服务，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示预报时段内的洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计的场景，形成防洪调度方案；完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防的水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策；实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算；调度方案、相关计算参数的应支持实时查看与动态调整；
S2：防洪调度预案的生成，针对某场洪水在预演阶段生成的不同调度方案进行综合分析评估，通过可视化手段将推荐的调度方案信息直观展示给用户，根据多方案推演结果和实时监测信息优化、修正调度方案，提供最优的调度方案推荐；
S3：建立可视化模型，可视化模型包括构建水利工程周边自然背景演变可视化模型、工程上下游流场动态可视化模型、河道三维淹没可视化模型，基于真实数据，实现对工程的真实可视化仿真模拟；
S4：数字模拟仿真引擎的保真模拟，对模型平台下专业模型、智能模型以及可视化模型在数字孪生系统中的运行实现动态驱动；引擎服务应满足数据加载、模型计算、实时渲染大容量、低时延、高性能的要求；应提供丰富的开发接口或开发工具包支撑上层业务应用；提供丰富的功能支撑未来功能与业务的扩展；开发接口以网络应用程序接口WebAPI或软件开发工具包包括但不限于SDK的形式提供。
根据上述技术方案，所述S1中，进行分片淹没风险分析和快速淹没风险分析；
分片淹没风险分析，根据左右岸、堤防进行单元分片，实现河道周边城镇分片淹没计算，包括以下步骤；
(1)分析类型设置，
淹没分析类型包括设定水位、设定流量、频率洪水、历史洪水的不同类型，选择对应分析类型，进行对应河道周边城镇分片淹没分析计算；
(2)区域分片设置，
河道周边城镇按照区域防洪标准、防御特点以及河流岸别对分析区域进行片区划分，通过选择单一片区或者多个片区进行淹没计算，自动分析片区淹没情况；
(3)堤防生效设置，
各片区对应的堤防作为淹没分析计算边界条件，支持自定义控制堤防是否作为计算参数，提供有堤防防御状态下与无堤防防御状态下的淹没风险情况；堤防数据通过三维节点线形式内置在系统中，提供堤防数据的修正和更新功能；
(4)分片淹没计算，
选择淹没分析类型、区域分片、堤防的边界条件进行分片淹没计算，实现针对每个片区定制化的洪水淹没分析，计算淹没面积、水深、水位、流量及影响建筑物的淹没结果信息；
快速淹没风险分析，为防洪调度提供快速淹没分析计算工具，便于迅速判断潜在淹没风险；
(1)水位点添加，
①支持在地图中河道位置快速标注多个水位点，为其赋加水位值；
②支持保存成常用水位点方案；
(2)影响范围绘制，
①支持在地图中快速绘制影响范围，在线圈画需要进行淹没分析的范围；
②支持范围快速导入；
③支持影响范围面节点调整和修改；
(3)快速淹没计算，
基于淹没分析算法，在地图中绘制影响范围，通过设定淹没水位或添加水面线水位点进行淹没分析，结合流域精细化地形，快速计算得淹没影响范围，并在地图中展示淹没结果。
根据上述技术方案，所述S3中，进行河段洪水演示、控制断面洪水过程、河道洪水变化动态演示；
河段洪水演示，河段洪水演示在地图上显示出某一时刻沿河道纵剖面各有关站点的洪水水位值；
河段洪水展示形式：通过折线展示整条河段水面线过程，动态展示水位值，能够反映水位变化效果；
不同情景选择：能够选择展示水面线的类型，包括设定频率洪水、对接预报洪水和对接实时水位；
水面线维护：支持按照不同年份机进行水面线存储，形成水面线资料库，提供水面线更新维护功能；
控制断面洪水过程，在地图上，点击河道区段内任意点，显示出该断面的洪水水位过程曲线，并结合图表进行展示；
(1)控制断面任意剖面，
提供任意剖面工具，实现库区、河段任意横断面剖切，显示绘制剖切线所对应的岸坡地形和河底地形；
(2)控制断面水位模拟，
针对剖切断面，自动计算参证站不同水位情况下，当前断面水位值；
(3)控制断面特性参数，
支持叠加河段特征值，包括警戒水位、保证水位的特征水位值；
(4)控制断面水位-流量关系，
提供断面水位-流量换算工具，支持对水位--流量关系曲线更新维护；
河道洪水变化动态演示，按照时间顺序将不同断面的水位在三维环境下以动画的形式显示出来；在动态演示的过程中可以像播放器一样，进行播放、暂停、继续、停止操作；
(1)按照洪水的水位、流量过程，自动播放洪水淹没过程，展示影响范围、影响房屋和淹没水位的变化；
(2)支持暂停、加速、停止，任务时刻开始的功能。
根据上述技术方案，所述S4中，进行洪水演进仿真、重要库区淹没仿真、重点河段行洪风险仿真和水闸工程调度仿真；
洪水演进仿真，对流域主河道及其主要支流洪水演进进行仿真预演，把握洪水演进的过程,分析洪水过程影响；
(1)河道分段设置，
根据河道主要干支流特性，分段设置河道汇流时间，配置不同流量量级情况下的流速；
(2)洪峰演进仿真，
通过标绘方式，标注水库下泄、天然河道所产生的洪峰，洪峰将沿着河道进行持续演进计算，并在地图上动态展示演进效果；
(3)洪峰到达时间分析，
设置河道上重要的关注断面、电站、城区，点击洪峰演进图标，能够实时计算到达各个关注点的时间、距离；
重要库区淹没仿真，基于三维地理信息平台动态模拟库区断面水位变化及对应的库区淹没损失，并以列表的形式展示淹没指标，实现水闸库区回水形态的模拟；
库区仿真引擎调用：基于库区仿真引擎，实现自然环境和水面流动效果仿真；
水文分析成果叠加：在三维可视化界面下，叠加库区洪水预报和水面线推算成果，按照淹没分析算法自动转换成空间成果，作为淹没分析计算的输入；
库区淹没仿真：根据倾斜淹没算法，结合数据底板实现淹没仿真，自动生成并套合淹没水深栅格，并根据水深不同实现颜色渲染；
重点河段行洪风险仿真，以三维可视化的方式展现洪水演进结果与水位的涨落过程，包括某一时刻河道淹没水面的静态显示及河道水面随着时间推移水面涨落而引起的淹没范围的动态模拟；在流域宏观视角，标注河段重要站点水位、堤防详情，当站点水位超过一定的阈值，场景将标注相应的影响区域与影响堤防；
(1)基于河段仿真引擎，实现自然环境和水面流动效果仿真。
(2)叠加河段洪水预报和水面线推算成果，按照淹没分析算法自动转换成空间成果，作为淹没分析计算的输入。
(3)根据倾斜淹没算法，结合数据底板实现淹没仿真，自动生成并套合淹没水深栅格，并根据水深不同实现颜色渲染；
水闸工程调度仿真，基于倾斜摄影技术、BIM技术，在三维模型上融合闸门状态信息，仿真水闸闸门开度运行，为防洪调度及工程管理提供技术支撑；倾斜摄影技术能实现无接触、高自动化、高精度的测量方式,既可以生成三维模型全景浏览,又可以对地物进行实时量测,还可以和BIM模型相结合进行水利工程的三维设计；
(1)BIM优化嵌套，
将流域地形、倾斜摄影技术生成三维模型全景与水闸BIM模型相结合，实现水闸工程BIM模型的优化嵌套；
(2)工程三维图层控制，
提供水闸工程的倾斜摄影实景模型、BIM模型的切换功能，实现在三维场景中展示多种工程效果；
(3)开关闸工程效果仿真，
基于预报调度功能生成的北溪水闸开闸决策方案，模拟仿真水闸闸门动态启闭效果，实现基于调度计划的水闸开关闸模拟；
(4)开关闸流态效果仿真，
随着水闸启闭，闸口上下游水流将产生动态变化，系统仿真模拟闸口水流流态变化效果。
根据上述技术方案，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括淹没损失评估，对某一时刻和整个洪水过程的洪水淹没区域进行查询与统计，以表格或统计图的形式进行展示；针对某一区域，点击任意点位，查询该位置地面高程、水位和淹没水深情况。
根据上述技术方案，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括自定义淹没分析，选择流域限定范围为的预演地点，根据设定条件和调洪方案进行淹没分析预演，在地图上进行洪水淹没过程预演，并显示淹没面积、影响建筑的信息；
(1)设定条件，
①提供自定义设定水位数值，进行淹没分析计算的功能；通过输入水位边界参数，进行淹没分析，在地图上实现展示淹没分析结果、标识受淹建筑；以文字形式展示淹没水位、流量、淹没建筑的数据信息；
②提供自定义设置洪水淹没图例的透明度的功能；
③提供自定义设置淹没范围扣除河面展示的功能；
④提供重置设定条件淹没分析结果，调整模型参数设置，以便按照其他条件进行淹没分析预演；
(2)调洪方案，
①提供选择已保存的调洪方案进行淹没分析计算并预演的功能；通过选择调洪方案进行淹没分析预演，在地图展示洪水淹没，显示调洪方案的淹没信息与各个时刻的信息，支持按时刻播放，预演淹没过程；同时，以文字形式展示淹没水位、流量、淹没建筑的数据信息；
②提供自定义设置洪水淹没图例的透明度；
③提供自定义设置淹没范围扣除河面展示；
④展示洪水各个时刻的水位折线图，并标记当前演示的所在时刻。
根据上述技术方案，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括，三维场景天气效果，在地图上叠加天气图层，实现三维场景下模拟各种天气的效果包括晴天、多云天、雨天、雪天及雾天；通过调整云量和降雨量，模拟暴雨、大暴雨、特大暴雨极端天气的场景。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，具备以下有益效果：
1、该实时高效的流域洪水淹没仿真方法，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计的场景，形成防洪调度方案；完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防的水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策；实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算；调度方案、相关计算参数的应支持实时查看与动态调整。
2、该实时高效的流域洪水淹没仿真方法，不需要依赖于长系列的水文观测资料和大量的实测地形成果,且不需要进行复杂的水利模型建模及参数率定验证,仅需要实测断面典型频率设计洪水位结合高精度数字高程模型,即能求算洪水淹没范围,又能实现对洪水淹没水深的分析,通用性较强。
3、该实时高效的流域洪水淹没仿真方法，能够实时高效准确地显示流域洪水演进状况,创建连续变化的洪水淹没层,根据水面的高程立体地观察局部或全区域淹没范围,对于局部洪水淹没地区可实时计算出某一高程洪水水面淹没的表面积和蓄水量,直接服务于流域防洪减灾,对于提高减灾能力具有重要的实践意义和推广应用价值。
具体实施方式
以下结合较佳实施例对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例：一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，包括以下步骤：
S1：进行防洪调度预演，对预报洪水，考虑流域工程运行实况和洪水调度规则，结合河道水动力模型、防洪调度模型、洪灾风险分析与三维实景模型支撑服务，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计的场景，形成防洪调度方案；完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防的水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策；实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算；调度方案、相关计算参数的应支持实时查看与动态调整；
S2：防洪调度预案的生成，针对某场洪水在预演阶段生成的不同调度方案进行综合分析评估，通过可视化手段将推荐的调度方案信息直观展示给用户，根据多方案推演结果和实时监测信息优化、修正调度方案，提供最优的调度方案推荐；
S3：建立可视化模型，可视化模型包括构建水利工程周边自然背景演变可视化模型、工程上下游流场动态可视化模型、河道三维淹没可视化模型，基于真实数据，实现对工程的真实可视化仿真模拟；
S4：数字模拟仿真引擎的保真模拟，对模型平台下专业模型、智能模型以及可视化模型在数字孪生系统中的运行实现动态驱动；引擎服务应满足数据加载、模型计算、实时渲染大容量、低时延、高性能的要求；应提供丰富的开发接口或开发工具包支撑上层业务应用；提供丰富的功能支撑未来功能与业务的扩展；开发接口以网络应用程序接口WebAPI或软件开发工具包包括但不限于SDK的形式提供。
S1中，进行分片淹没风险分析和快速淹没风险分析；
分片淹没风险分析，根据左右岸、堤防进行单元分片，实现库区周边城镇分片淹没计算，包括以下步骤；
(1)分析类型设置，
淹没分析类型包括设定水位、设定流量、频率洪水、历史洪水的不同类型，选择对应分析类型，进行对应河道周边城镇分片地淹没分析计算；
(2)区域分片设置，
河道周边城镇按照区域防洪标准、防御特点以及河流岸别对分析区域进行片区划分，通过选择单一片区或者多个片区进行淹没计算，自动分析片区淹没情况；
(3)堤防生效设置，
各片区对应的堤防作为淹没分析计算边界条件，支持自定义控制堤防是否作为计算参数，提供有堤防防御状态下与无堤防防御状态下的淹没风险情况；堤防数据通过三维节点线形式内置在系统中，提供堤防数据的修正和更新功能；
(4)分片淹没计算，
选择淹没分析类型、区域分片、堤防的边界条件进行分片淹没计算，实现针对每个片区定制化的洪水淹没分析，计算淹没面积、水深、水位、流量及影响建筑物的淹没结果信息；
快速淹没风险分析，为防洪调度提供快速淹没分析计算工具，便于迅速判断潜在淹没风险；
(1)水位点添加，
①支持在地图中河道位置快速标注多个水位点，为其赋加水位值；
②支持保存成常用水位点方案；
(2)影响范围绘制，
①支持在地图中快速绘制影响范围，在线圈画需要进行淹没分析的范围；
②支持范围快速导入；
③支持影响范围面节点调整和修改；
(3)快速淹没计算，
基于淹没分析算法，在地图中绘制影响范围，通过设定淹没水位或添加水面线水位点进行淹没分析，结合流域精细化地形，快速计算得淹没影响范围，并在地图中展示淹没结果。
S3中，进行河段洪水演示、控制断面洪水过程、河道洪水变化动态演示；
河段洪水演示，河段洪水演示在地图上显示出某一时刻沿河道纵剖面各有关站点的洪水水位值；
河段洪水展示形式：通过折线展示整条河段水面线过程，动态展示水位值，能够反映水位变化效果；
不同情景选择：能够选择展示水面线的类型，包括设定频率洪水、对接预报洪水和对接实时水位；
水面线维护：支持按照不同年份机进行水面线存储，形成水面线资料库，提供水面线更新维护功能；
控制断面洪水过程，在地图上，点击河道区段内任意点，显示出该断面的洪水水位过程曲线，并结合图表进行展示；
(1)控制断面任意剖面，
提供任意剖面工具，实现库区、河段任意横断面剖切，显示绘制剖切线所对应的岸坡地形和河底地形；
(2)控制断面水位模拟，
针对剖切断面，自动计算参证站不同水位情况下，当前断面水位值；
(3)控制断面特性参数，
支持叠加河段特征值，包括警戒水位、保证水位的特征水位值；
(4)控制断面水位-流量关系，
提供断面水位-流量换算工具，支持对水位--流量关系曲线更新维护；
河道洪水变化动态演示，按照时间顺序将不同断面的水位在三维环境下以动画的形式显示出来；在动态演示的过程中可以像播放器一样，进行播放、暂停、继续、停止操作；
(1)按照洪水的水位、流量过程，自动播放洪水淹没过程，展示影响范围、影响房屋和淹没水位的变化；
(2)支持暂停、加速、停止，任务时刻开始的功能。
S4中，进行洪水演进仿真、重要库区淹没仿真、重点河段行洪风险仿真和水闸工程调度仿真；
洪水演进仿真，对流域主河道及其主要支流洪水演进进行仿真预演，把握洪水演进的过程,分析洪水过程影响；
(1)河道分段设置，
根据河道主要干支流特性，分段设置河道汇流时间，配置不同流量量级情况下的流速；
(2)洪峰演进仿真，
通过标绘方式，标注水库下泄、天然河道所产生的洪峰，洪峰将沿着河道进行持续演进计算，并在地图上动态展示演进效果；
(3)洪峰到达时间分析，
设置河道上重要的关注断面、电站、城区，点击洪峰演进图标，能够实时计算到达各个关注点的时间、距离；
重要库区淹没仿真，以水闸为模拟区域，基于三维地理信息平台动态模拟库区断面水位变化及伴随的库区淹没损失，并以列表的形式展示淹没指标，实现水闸库区回水形态的模拟；
库区仿真引擎调用：基于库区仿真引擎，实现自然环境和水面流动效果仿真；
水文分析成果叠加：在三维可视化界面下，叠加库区洪水预报和水面线推算成果，按照淹没分析算法自动转换成空间成果，作为淹没分析计算的输入；
库区淹没仿真：根据倾斜淹没算法，结合数据底板实现淹没仿真，自动生成并套合淹没水深栅格，并根据水深不同实现颜色渲染；
重点河段行洪风险仿真，以三维可视化的方式展现洪水演进结果与水位的涨落过程，包括某一时刻河道淹没水面的静态显示及河道水面随着时间推移水面涨落而引起的淹没范围的动态模拟；在流域宏观视角，标注河段重要站点水位、堤防详情，当站点水位超过一定的阈值，场景将标注相应的影响区域与影响堤防；
(1)基于河段仿真引擎，实现自然环境和水面流动效果仿真。
(2)叠加河段洪水预报和水面线推算成果，按照淹没分析算法自动转换成空间成果，作为淹没分析计算的输入。
(3)根据倾斜淹没算法，结合数据底板实现淹没仿真，自动生成并套合淹没水深栅格，并根据水深不同实现颜色渲染；
水闸工程调度仿真，基于倾斜摄影技术、BIM技术，在三维模型上融合闸门状态信息，仿真水闸闸门开度运行，为防洪调度及工程管理提供技术支撑；倾斜摄影技术能实现无接触、高自动化、高精度的测量方式,既可以生成三维模型全景浏览,又可以对地物进行实时量测,还可以和BIM模型相结合进行水利工程的三维设计；
(1)BIM优化嵌套，
将流域地形、倾斜摄影技术生成三维模型全景与水闸BIM模型相结合，实现水闸工程BIM模型的优化嵌套；
(2)工程三维图层控制，
提供水闸工程的倾斜摄影实景模型、BIM模型的切换功能，实现在三维场景中展示多种工程效果；
(3)开关闸工程效果仿真，
基于预报调度功能生成的北溪水闸开闸决策方案，模拟仿真水闸闸门动态启闭效果，实现基于调度计划的水闸开关闸模拟；
(4)开关闸流态效果仿真，
随着水闸启闭，闸口上下游水流将产生动态变化，系统仿真模拟闸口水流流态变化效果；
一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括淹没损失评估，对某一时刻和整个洪水过程的洪水淹没区域进行查询与统计，以表格或统计图的形式进行展示；针对某一区域，点击任意点位，查询该位置地面高程、水位和淹没水深情况；
一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括自定义淹没分析，选择流域限定范围为的预演地点，根据设定条件和调洪方案进行淹没分析预演，在地图上进行洪水淹没过程预演，并显示淹没面积、影响建筑的信息；
(1)设定条件，
①提供自定义设定水位数值，进行淹没分析计算的功能；通过输入水位边界参数，进行淹没分析，在地图上实现展示淹没分析结果、标识受淹建筑；以文字形式展示淹没水位、流量、淹没建筑的数据信息；
②提供自定义设置洪水淹没图例的透明度的功能；
③提供自定义设置淹没范围扣除河面展示的功能；
④提供重置设定条件淹没分析结果，调整模型参数设置，以便按照其他条件进行淹没分析预演；
(2)调洪方案，
①提供选择已保存的调洪方案进行淹没分析计算并预演的功能；通过选择调洪方案进行淹没分析预演，在地图上展示洪水淹没情况，显示调洪方案的淹没信息与各个时刻的信息，支持按时刻播放，预演淹没过程；同时，以文字形式展示淹没水位、流量、淹没建筑的数据信息；
②提供自定义设置洪水淹没图例的透明度；
③提供自定义设置淹没范围扣除河面展示；
④展示洪水各个时刻的水位折线图，并标记当前演示的所在时刻。
根据上述技术方案，一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括，三维场景天气效果，在地图上叠加天气图层，实现三维场景下模拟各种天气的效果包括晴天、多云天、雨天、雪天及雾天；通过调整云量和降雨量可模拟暴雨、大暴雨、特大暴雨极端天气的场景。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，包含一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，包括以下步骤：
S1：进行防洪调度预演，对预报洪水，考虑流域工程运行实况和洪水调度规则，结合河道水动力模型、防洪调度模型、洪灾风险分析与三维实景模型支撑服务，实现可视化洪水淹没精准分析展示，在二三维地图上直观展示预报时段内的洪水演变过程、洪水淹没范围、影响统计的场景，形成防洪调度方案；完成任意调度方案一键式自动计算模拟，分析水库、重要堤防的水利工程的风险影响，形成防洪调度决策建议方案集，以供决策；实现基于调度规则等正向调度计算，基于目标指定的逆向计算，基于人工干预的动态调节计算；调度方案、相关计算参数支持实时查看与动态调整；
S2：防洪调度预案的生成，针对某场洪水在预演阶段生成的不同调度方案进行综合分析评估，通过可视化手段将推荐的调度方案信息直观展示给用户，根据多方案推演结果和实时监测信息优化、修正调度方案，提供最优的调度方案推荐；
S3：建立可视化模型，可视化模型包括构建水利工程周边自然背景演变可视化模型、工程上下游流场动态可视化模型、河道三维淹没可视化模型，基于真实数据，实现对工程的真实可视化仿真模拟；
S4：数字模拟仿真引擎的保真模拟，对模型平台下专业模型、智能模型以及可视化模型在数字孪生系统中的运行实现动态驱动；引擎服务应满足数据加载、模型计算、实时渲染大容量、低时延、高性能的要求；应提供丰富的开发接口或开发工具包支撑上层业务应用；提供丰富的功能支撑未来功能与业务的扩展；开发接口以网络应用程序接口WebAPI或软件开发工具包包括但不限于SDK的形式提供。
2.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述S1中，进行分片淹没风险分析和快速淹没风险分析；
分片淹没风险分析，根据左右岸、堤防进行单元分片，实现河道周边城镇分片淹没计算，包括以下步骤；
(1)分析类型设置，
淹没分析类型包括设定水位、设定流量、频率洪水、历史洪水的不同类型，选择对应分析类型，进行对应河道周边城镇分片淹没分析计算；
(2)区域分片设置，
河道周边城镇按照区域防洪标准、防御特点以及河流岸别对分析区域进行片区划分，通过选择单一片区或者多个片区进行淹没计算，自动分析片区淹没情况；
(3)堤防生效设置，
各片区对应的堤防作为淹没分析计算边界条件，支持自定义控制堤防是否作为计算参数，提供有堤防防御状态下与无堤防防御状态下的淹没风险情况；堤防数据通过三维节点线形式内置在系统中，提供堤防数据的修正和更新功能；
(4)分片淹没计算，
选择淹没分析类型、区域分片、堤防的边界条件进行分片淹没计算，实现针对每个片区定制化的洪水淹没分析，计算淹没面积、水深、水位、流量及影响建筑物的淹没结果信息；
快速淹没风险分析，为防洪调度提供快速淹没分析计算工具，便于迅速判断潜在淹没风险；
(1)水位点添加，
①支持在地图中河道位置快速标注多个水位点，为其赋加水位值；
②支持保存成常用水位点方案；
(2)影响范围绘制，
①支持在地图中快速绘制影响范围，在线圈画需要进行淹没分析的范围；
②支持范围快速导入；
③支持影响范围面节点调整和修改；
(3)快速淹没计算，
基于淹没分析算法，在地图中绘制影响范围，通过设定淹没水位或添加水面线水位点进行淹没分析，结合流域精细化地形，快速计算淹没影响范围，并在地图中展示淹没结果。
3.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述S3中，进行河段洪水演示、控制断面洪水过程、河道洪水变化动态演示；
河段洪水演示，河段洪水演示在地图上显示出某一时刻沿河道纵剖面各有关站点的洪水水位值；
河段洪水展示形式：通过折线展示整条河段水面线过程，动态展示水位值，能够反映水位变化效果；
不同情景选择：能够选择展示水面线的类型，包括设定频率洪水、对接预报洪水和对接实时水位；
水面线维护：支持按照不同年份机进行水面线存储，形成水面线资料库，提供水面线更新维护功能；
控制断面洪水过程，在地图上，点击河道区段内任意点，显示出该断面的洪水水位过程曲线，并结合图表进行展示；
(1)控制断面任意剖面，
提供任意剖面工具，实现库区、河段任意横断面剖切，显示绘制剖切线所对应的岸坡地形和河底地形；
(2)控制断面水位模拟，
针对剖切断面，自动计算参证站不同水位情况下，当前断面水位值；
(3)控制断面特性参数，
支持叠加河段特征值，包括警戒水位、保证水位的特征水位值；
(4)控制断面水位-流量关系，
提供断面水位-流量换算工具，支持对水位--流量关系曲线更新维护；
河道洪水变化动态演示，按照时间顺序将不同断面的水位在三维环境下以动画的形式显示出来；在动态演示的过程中可以像播放器一样，进行播放、暂停、继续、停止操作；
(1)按照洪水的水位、流量过程，自动播放洪水淹没过程，展示影响范围、影响房屋和淹没水位的变化；
(2)支持暂停、加速、停止，任务时刻开始的功能。
4.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述S4中，进行洪水演进仿真、重要库区淹没仿真、重点河段行洪风险仿真和水闸工程调度仿真；
洪水演进仿真，对流域主河道及其主要支流洪水演进进行仿真预演，把握洪水演进的过程,分析洪水过程影响；
重要库区淹没仿真，基于三维地理信息平台动态模拟库区断面水位变化及对应的库区淹没损失，并以列表的形式展示淹没指标，实现水闸库区回水形态的模拟；
重点河段行洪风险仿真，以三维可视化的方式展现洪水演进结果与水位的涨落过程，包括某一时刻河道淹没水面的静态显示及河道水面随着时间推移水面涨落而引起的淹没范围的动态模拟；在流域宏观视角，标注河段重要站点水位、堤防详情，当站点水位超过一定的阈值，场景将标注相应的影响区域与影响堤防；
水闸工程调度仿真，基于倾斜摄影技术、BIM技术，在三维模型上融合闸门状态信息，仿真水闸闸门开度运行，为防洪调度及工程管理提供技术支撑；倾斜摄影技术能实现无接触、高自动化、高精度的测量方式,既可以生成三维模型全景浏览,又可以对地物进行实时量测,还可以和BIM模型相结合进行水利工程的三维设计。
5.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括淹没损失评估，对某一时刻和整个洪水过程的洪水淹没区域进行查询与统计，以表格或统计图的形式进行展示；针对某一区域，点击任意点位，查询该位置地面高程、水位和淹没水深情况。
6.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括自定义淹没分析，选择流域限定范围为的预演地点，根据设定条件和调洪方案进行淹没分析预演，在地图上进行洪水淹没过程预演，并显示淹没面积、影响建筑的信息。
7.根据权利要求1所述的一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，其特征在于，所述一种实时高效的流域洪水淹没仿真方法，还包括，三维场景天气效果，在地图上叠加天气图层，实现三维场景下模拟各种天气的效果包括晴天、多云天、雨天、雪天及雾天；可通过调整云量、降雨量模拟暴雨、大暴雨、特大暴雨极端天气的场景。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118095020A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 湖南百舸水利建设股份有限公司 | 一种多孔分洪闸的施工方法 |
| CN118537510A (zh) * | 2024-07-25 | 2024-08-23 | 长江空间信息技术工程有限公司(武汉) | 面向大型水库的洪水淹没实物指标快速计算方法 |
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2023
- 2023-11-13 CN CN202311505264.8A patent/CN117574628A/zh active Pending
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