[发明专利]网络环境下泥石流灾害过程快速模拟与可视化分析方法

摘要

本发明属于地理信息系统的虚拟地理环境研究领域，特别涉及到泥石流灾害模拟与可视化分析技术。本发明提出一种网络环境下的泥石流灾害时空过程快速模拟与可视化分析方法，该方法将模型、可视化与分析进行紧密集成，并提供参数可视化设置界面，便于参数获取与设置；同时，采用了并行优化方法以及尺度最优选择方法，极大地提高泥石流灾害模拟计算、可视化与分析的准确性和效率；并构建了网络服务，提供灾情信息的共享与发布，有效地支撑泥石流灾害的应急处置。

主权项

1.一种网络环境下泥石流灾害过程快速模拟与可视化分析方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、进行泥石流灾害计算模型的集成与并行优化，具体包括：泥石流数值模型的集成优化和泥石流时空过程计算并行优化，其中，在所述的泥石流数值模型的集成优化中，针对选取的泥石流流团模型，设计相应的参数可视化调控界面，用户可以在模拟与反馈过程中交互动态调整不同情景下的模拟参数；在所述的泥石流时空过程计算并行优化中，设计了基于GPU/CPU协同并行优化的泥石流灾害时空过程模拟模型，在计算不同时刻下泥石流灾害的实时泥深、速度、位移时，提高了模型计算效率，在泥石流灾害模拟过程中确定溃口起始参数，其中的溃口起始参数包括了泥石流密度、极限浓度、初始泥深、固体体积浓度、固体密度、液体体积浓度、一次冲出总量、初始速度、粗糙度系数，水体密度，单个泥流团体积和计算时间间隔，其中，所述的泥石流流团模型是基于泥石流运动方程，计算方法如下：Ssx与Ssy分别是x和y方向泥石流堆积区底面坡降(‰)，u、v分别是x和y方向泥石流速度(m/s)，g为当地的重力加速度(m/s2)，Sfx和Sfy分别采用摩阻坡降，具体如下：τB为屈服应力(N/m2)，γm为泥石流密度(t/m3),h为泥石流淤埋深度(m)，μB为泥石流粘滞系数(N.s/m2)，Kc为糙率系数，溃口处格网行列号通过泥石流溃口处的坐标以及DEM格网坐标计算得到，并以文件的形式保存到指定的文件夹中，提高了模型参数的处理效率、简化了数据处理流程；S2、进行尺度效应分析及最佳尺度选择，具体包括：模型尺度效应分析，可视化尺度效应分析，风险评估尺度效应分析，最佳尺度选择，其中，所述的模型尺度效应分析针对不同空间尺度下泥石流流团体积大小、计算步长、流团总数的差异，计算泥石流淤埋面积的大小、淤埋区域的空间分布以及模拟模型计算准确性和效率的统计分析；所述的可视化尺度效应分析在泥石流灾害可视化模拟场景构建中，泥石流灾害动态可视化尺度效应分析考虑模型的模拟结果文件输出时间以及可视化平台中数据渲染时间的统计与分析；所述的风险评估尺度效应分析包括在泥石流灾害可视化分析场景构建中，比较不同空间尺度下不同风险等级区域的空间分布、受灾面积、受灾人口；所述的最佳尺度选择指综合考虑模型尺度、可视化尺度以及风险评估尺度准确性和效率，采用层析分析法对泥石流灾害模拟与分析中涉及到的影响因子包括模型计算准确性、模型计算效率、可视化效率以及风险评估分析准确性进行层次划分，并根据影响因子的侧重点来确定其权重，从而选择出不同情景下的最优格网尺度；S3、进行网络环境下泥石流灾害可视化模拟与分析，具体步骤如下：S31、虚拟地形场景构建，其中，虚拟地形场景构建指的是通过网络方式将在线数据和本地数据集成，并实时地加载和渲染显示，实现不同分辨率下虚拟地球系统三维可视化展示与浏览；S32、对泥石流灾害动态进行可视化，具体为：泥石流灾害模拟结果数据为格网单元组成的二维数组，每一时刻的模型计算结果中各格网包含泥深数据、高程数据以及平面坐标数据，并以JSON文件的形式进行存储，可支持泥石流可视化绘制，为了更加直观、逼真地展示泥石流泥深信息，不同深度的泥深采用不同颜色进行可视化显示其中，泥石流灾害动态可视化指通过浏览器端读取泥石流计算模型所输出的JSON组织形式数据，实现泥石流可视化效果的绘制；S33、分析场景交互展示，其中，分析场景交互展示指对灾害区域的专题数据和灾情数据的显示，用户并可以通过交互的方式实现灾情信息的分析和查询。