一种实时高效的流域洪水演进可视化仿真方法

摘要

本发明涉及一种实时高效的流域洪水演进可视化仿真方法，包括：获取网格控制断面和节点；确定河势拟合曲线；生成加密断面；对网格控制断面和加密断面处理；插值生成节点网格；生成数字河道模型；断面水位数据获取；插值生成与数字河道地形网格相匹配的断面水位；确定单一河道、树状河网或环状河网淹没线；建立河道淹没线的拓扑关系；识别淹没区；河道水流演进可视化显示。所述的方法能够实时高效地显示流域洪水演进状况，可以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理论、实践意义。

主权项

一种实时高效的流域洪水演进可视化仿真方法，其特征在于，所述方法包括三个过程：河势贴体数字河道建模过程，河道淹没边界搜索算法，河道水流淹没仿真过程，所述方法的步骤如下：河势贴体数字河道建模过程：获取网格控制断面和节点的步骤：用于通过选用已知的水位站、水文站、测流断面、断面形状测量位置断面、水质监测断面、重点关注河段断面和河势变化剧烈处的断面来确定控制断面并设置断面节点；确定河势拟合曲线的步骤：用于利用Hermite 三次插值函数根据网格控制断面的走向和节点的位置，生成系列通过网格控制节点和垂直网格控制断面的纵向网格控制曲线，从而确定河道纵向网格控制曲线为河势拟合曲线；生成加密断面的步骤：用于依据网格控制断面间距，根据需要在相邻断面间增加断面个数，断面走向垂直于河势拟合曲线，断面长度与河岸线的交点为河岸点；对网格控制断面和加密断面处理的步骤：用于对控制断面节点的加密，首先保证控制断面上的控制节点位置不变化，以便控制断面的形状，在此基础上增加节点；插值生成节点网格的步骤：用于利用实测的河道数字高程数据，插值生成网格节点的高程值；生成数字河道模型的步骤：用于将生成的具有明确拓扑关系的结构型河道地形网格转化为三角形面集合，并设置光照效果、材质属性和纹理映射，生成数字河道模型；河道淹没边界搜索算法：基于实时监测的断面水位数据获取的步骤：用于利用河道沿线布设的水位测量设备，按照一定的监测频率将水位数据传送给河道淹没边界搜索模块；基于水文水动力模型的断面水位数据获取的步骤：用于使用河道一维水动力学模型或河道水文模型描述水流演进，生成计算断面水位数据；插值生成断面水位的步骤：用于相邻实际测量断面或相邻计算断面之间断面所在位置的水位的插值；确定河道淹没线的步骤：用于首先将河道淹没线的追踪“拆分”为相邻断面之间淹没线段的追踪，然后，将追踪的所有断面间的淹没线段“组合”为河道的淹没线，即为最终河道淹没线，所述的淹没河道包括单一河道、树状河网和环状河网；建立河道淹没线的拓扑关系的步骤：用于根据追踪出的系列实际或虚拟封闭淹没线，确定这些淹没线之间的包含关系，利用树状数据结构组织生成淹没线的拓扑关系；河道水流淹没区域识别过程：识别淹没区的步骤：用于依据建立的淹没线的拓扑关系，识别河道最大范围淹没线，确定不同来水条件下因高地和洼地存在而形成的内部淹没线，若洼地在水位上升过程中被淹没过，那么水位下降时，洼地仍保持原先水位时的淹没状态，从而得到河道淹没区域，河道水流演进可视化显示的步骤：用于处理水体表现方式，在显示屏上形成水位数据驱动的水体连续动态显示，实现流域洪水演进实时仿真，所述对水体表现方式处理方法是纹理贴图移动法或多个纹理图片替换法。