河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统技术方案

本发明专利技术公开了河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，实施方案与技术路线如下：收集研究河口水道区域的水文、泥沙资料及相关的报告数据，对研究区域地形演变变化进行分析，根据现场水文、泥沙观测资料，分析水流、泥沙运动特点和回淤规律。本发明专利技术的航道地形演变建模模拟及其虚拟环境可视化系统，通过与物联网、云计算、大数据等技术融合，将会把与航道相关的港口码头建设成现代化的“智慧港口”，带来的是效率和安全度的大幅提升，工作人员及决策者可以随时查看航道的泥沙淤积态势，监控、监测航道底部地形演变趋势，以便提前采取优化措施，提高经济效益，保障航运安全良好运营。运营。运营。

【技术实现步骤摘要】
河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统


[0001]本专利技术涉及海洋信息化
，具体为河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统。

技术介绍

[0002]疏浚工程是指采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘，为拓宽和加深水域而进行的土石方工程，疏浚工程的挖槽设计应力图通过改变河道水流几何边界，引起水流内部结构的变化，使得新形成的水流结构，不但可以保证泥沙不再淤积在航道内(至少在下一个汛期到来之前不再淤积)，而且能将进入挖槽内的泥沙输送到下深槽中去，维持航道稳定，长江口深水航道治理三期工程于2006年9月开工，三期工程主要以疏浚为主，设计基建疏浚量10308万m3，三期工程已经完工；
[0003]但航道沿程有大量浮泥产生，部分航段回淤显著，虽历经整治，目前还需要每年代价不菲的疏浚维护，为了减少通航成本，提高经济效益，有必要对长江口深水航道地形的发展演变、动力响应特征及其机制进行系统研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，可以有效解决上述
技术介绍
中提出航道沿程有大量浮泥产生，部分航段回淤显著，虽历经整治，目前还需要每年代价不菲的疏浚维护的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，根据水流泥沙淤积数值试验研究技术要求，以及水域所在的地理位置、地形条件与水文测验条件，实施方案与技术路线如下：
[0006]S1、收集研究河口区域的水文、泥沙资料及相关的报告，对研究区域历史的航道地形演变变化进行分析，根据现场水文、泥沙观测资料，分析水流、泥沙运动特点和回淤规律；
[0007]S2、采用三维精细网格水沙数学模型，模拟研究航段水流、泥沙运动状况；
[0008]S3、利用实测水文、泥沙资料(大、中、小潮条件下的潮位、流速、含沙量)对泥沙数值模型进行验证；
[0009]S4、模型验证完毕后，分别进行洪水期、中水期和枯水期的大、中、小潮典型水文组合条件下的水沙模型数值模拟研究；
[0010]S5、数学模型后处理
‑
计算结果输出与可视化研究；
[0011]S6、综合上述研究成果，集成开发研究区域泥沙冲淤和地形演变模拟计算算法体系及其虚拟环境可视化的预报预警分析系统；
[0012]S7、实施可视化系统，进行可视化模型设计，管理可视化任务，并设计可视化报告。
[0013]根据上述技术方案，所述S4中，运用高分辨率三维粘性沉积物数值模式，模拟研究在潮流、风浪和径流淡水输入水文要素综合作用情况下的深水航道泥沙沉积物的输运、悬浮、沉降和沉积过程，利用等密度垂向分层三维模式，模拟研究航段浮泥的形成、演变发展、
输运和消散过程；
[0014]研究强风强浪极端天气对深水航道泥沙淤积和地形演变的影响。
[0015]根据上述技术方案，所述S5中，开发研究不同视角三维动态流场生成原理和质点跟踪运动高效计算方法，编制可选择演示范围、可控播放速度的平面和三维动态流场生成模块，集成静态地形、流场、水位场、地形冲淤场图形化模块，实现二维、三维计算结果后处理模块。
[0016]根据上述技术方案，所述S7中，系统实施方法如下：
[0017]A1、基于delft3d，构建能够模拟潮流、风浪和径流淡水输入水文要素综合作用情况下的深水航道泥沙沉积物的输运、悬浮、沉降和沉积过程的高分辨率三维沉积物数值模型；
[0018]A2、基于实测数据，对delft3d模型的航道泥沙冲淤和地形演变模拟计算结果进行可视化；
[0019]利用不同视角三维动态流场生成原理和质点跟踪运动高效计算方法，编制可选择演示范围、可控播放速度的平面和三维动态流场生成模块，集成静态地形、流场、水位场、地形冲淤场图形化模块，实现二维、三维计算结果后处理模块；
[0020]A3、计算算法体系及其虚拟环境可视化系统。
[0021]根据上述技术方案，所述A3中，计算算法体系及其虚拟环境可视化系统的功能包括数据源连接及数据接入、过滤数据表和字段、元数据信息补充、数据实体分类和配置数据字典；
[0022]所述数据源连接及数据接入功能，支持建立多源异构数据源连接，将元数据导入建模分析平台，并对元数据进行扩展补充，支持如下数据源：
[0023]文件数据源，支持连接csv，excel主流文件格式的数据源，接入建模分析平台，并进行有效的可视化管理；
[0024]关系型数据库数据源，支持连接主流关系型数据库数据源，如Oracle、MySQL和Sqlserver，接入建模分析平台，并进行有效的可视化管理；
[0025]大数据数据源，支持对主流大数据存储，例如Hadoop、Hive、HBase的接入能力，进行海量数据可视化；
[0026]所述配置化数据自动接入，可配置数据自动采集功能，对全量、增量数据进行自动采集，可配置对增量数据可初始化采集历史数据后继续增量采集；自动化采集任务需要可配置，可调整，记录运行状态、采集日志管理，采集流程可配置，错误可回滚并从错误点重新采集。
[0027]根据上述技术方案，所述过滤数据表和字段包括：
[0028]支持在导入元数据过程中根据实际需求过滤数据表，将不需要的数据表过滤掉；
[0029]支持用户关闭掉不需要的冗余字段，建模过程中不显示冗余字段；
[0030]支持删除、开启和关闭数据实体，用户可以自主关闭数据表，不在模型设计区域展示。
[0031]根据上述技术方案，所述元数据信息补充，支持对数据实体信息进行可视化配置，修改补充相关信息，如字段别名、提示信息、数据字典，对应的可视化的图标，以提高数据的可读性和可理解性；
[0032]所述数据实体分类如下：
[0033]建立数据实体类别列表；
[0034]将数据按实体类别对数据进行分类；
[0035]设置数据分类图标；
[0036]支持数据实体类别维护，包括新增、编辑、删除实体类别；
[0037]所述配置数据字典，支持可视化配置数据字典，提高数据的可用性和可理解性，有常用的公安数据字典库，可灵活添加新的数据字典，在建模、数据可视化时可使用数据字典将数据自动转换为对照的中文含义。
[0038]根据上述技术方案，所述S7中，可视化模型设计包括在模型设计区域展示数据实体、在模型设计区域展示工具和算子、在模型设计区域展示已有模型和模型设计：
[0039]所述在模型设计区域展示数据实体：在模型设计区域列出建模平台中的数据实体，展示实体图标，支持通过实体类别进行分类筛选和搜索实体，数据预览功能；
[0040]所述在模型设计区域展示工具和算子：在模型设计区域列出建模平台中支持的算法、算子和工具，展示工具图标，支持通过类别进行分类筛选和搜索算子工具；
[0041]所述在模型设计区域展示已有模型：在模型设计区域列出建模平台中已有的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，其特征在于：根据水流泥沙淤积数值试验研究技术要求，以及水域所在的地理位置、地形条件与水文测验条件，实施方案与技术路线如下：S1、收集研究河口区域的水文、泥沙资料及相关的报告，对研究区域历史的航道地形演变变化进行分析，根据现场水文、泥沙观测资料，分析水流、泥沙运动特点和回淤规律；S2、采用三维精细网格水沙数学模型，模拟研究航段水流、泥沙运动状况；S3、利用实测水文、泥沙资料对泥沙数值模型进行验证；S4、模型验证完毕后，分别进行洪水期、中水期和枯水期的大、中、小潮典型水文组合条件下的水沙模型数值模拟研究；S5、数学模型后处理
‑
计算结果输出与可视化研究；S6、综合上述研究成果，集成开发研究区域泥沙冲淤和地形演变模拟计算算法体系及其虚拟环境可视化的预报预警分析系统；S7、实施可视化系统，进行可视化模型设计，管理可视化任务，并设计可视化报告。2.根据权利要求1所述的河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，其特征在于，所述S4中，运用高分辨率三维粘性沉积物数值模式，模拟研究在潮流、风浪和径流淡水输入水文要素综合作用情况下的深水航道泥沙沉积物的输运、悬浮、沉降和沉积过程，利用等密度垂向分层三维模式，模拟研究航段浮泥的形成、演变发展、输运和消散过程；研究强风强浪极端天气对深水航道泥沙淤积和地形演变的影响。3.根据权利要求1所述的河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，其特征在于，所述S5中，开发研究不同视角三维动态流场生成原理和质点跟踪运动高效计算方法，编制可选择演示范围、可控播放速度的平面和三维动态流场生成模块，集成静态地形、流场、水位场、地形冲淤场图形化模块，实现二维、三维计算结果后处理模块。4.根据权利要求1所述的河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，其特征在于，所述S7中，系统实施方法如下：A1、基于delft3d，构建能够模拟潮流、风浪和径流淡水输入水文要素综合作用情况下的深水航道泥沙沉积物的输运、悬浮、沉降和沉积过程的高分辨率三维沉积物数值模型；A2、基于实测数据，对delft3d模型的航道泥沙冲淤和地形演变模拟计算结果进行可视化；利用不同视角三维动态流场生成原理和质点跟踪运动高效计算方法，编制可选择演示范围、可控播放速度的平面和三维动态流场生成模块，集成静态地形、流场、水位场、地形冲淤场图形化模块，实现二维、三维计算结果后处理模块；A3、计算算法体系及其虚拟环境可视化系统。5.根据权利要求4所述的河口航道水沙运动及其地形演变整体建模及可视化系统，其特征在于，所述A3中，计算算法体系及其虚拟环境可视化系统的功能包括数据源连接及数据接入、过滤数据表和字段、元数据信息补充、数据实体分类和配置数据字典；所述数据源连接及数据接入功能，支持建立多源异构数据源连接，将元数据导入建模分析平台，并对元数据进行扩展补充，支持如下数据源：文件数据源，支持连接csv，excel主流文件格式的数据源，接入建模分析平台，并进行有效的可视化管理；
关系型数据库数据源，支持连接主流关系型数据库数据源，如Oracle、MySQL和Sqlserver，接入建模分析平台，并进行有效的可视化管理；大数据数据源，支持对主流大数据存储，例如Hadoop、Hive、HBase的接入能力，进行海量数据可视化；所述配置化数据自动接入，可配置数据自动采集功能，对全量、增量数据进行自动采集，可配置对增量数据可初始化采集历史数据后继续增量采集；自动化采集任务需要可配置，可调整，记录运行状态、采集日志管理，采集流程可配置，错误可回滚并从错误点重新采集。6.根据权利要求5所述的河口航道...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德安，陈广，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：