基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法，涉及数字孪生技术领域。它包括以下步骤：步骤1，三维水质网格与分层属性提取解析；步骤2，水质网格顶点信息优化计算；步骤3，水质网格边缘矢量线提取；步骤4，水质分层数字孪生网格体构建；步骤5，不同水质分层模式下的效果控制；步骤6，水质指标演化过程时序推演仿真。本发明专利技术通过构建三维水质各分层对应的数字孪生网格体，与三维水质信息进行关联渲染，融合高精度水下地形、实景三维模型等数据，提供水质整体抬升、垂向夸张、边缘拉伸、纹理透明、分层显隐显示和控制模式，相较于传统方法可提供信息更全面、展示模式更自由可控的三维水质数字孪生展示效果。式更自由可控的三维水质数字孪生展示效果。式更自由可控的三维水质数字孪生展示效果。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，更具体地说它是一种基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着数字孪生技术的快速发展及智慧水利建设的深入实施，水利部启动了数字孪生流域先行先试工作，在大江大河重点河段、重要水利工程、主要支流等区域开展数字孪生建设；水质安全的预警与管理是数字孪生流域建设的重要环节，而对水污染源的扩展过程进行准确数值计算是开展模拟推演的基础；美国弗吉尼亚大学海洋科学研究所开发EFDC模型是水质管理与应用中最常用的模型，代码开源，可以模拟河流、湖泊、水库、湿地、近岸海域等区域的泥沙传输、污染物扩散、水体富营养化等过程，目前已在高校、政府和工程及环境咨询机构中广泛使用。
[0003]利用EFDC模型计算水质的三维演化过程时，需根据待计算区域的覆盖范围、污染物类型、水体高程分布、流速等因素，对三维水体开展平面投影方向及垂直方向的网格构建与划分，并结合植被阻力、干湿边界、水工构筑物等条件进行水质过程计算；目前对水质计算结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，三维水质网格与分层属性提取解析：从原始EFDC三维水质计算结果文件中提取水质推演网格的平面坐标、河底高程数据，及各网格对应的分层水深、分层流速、分层流向、分层污染物浓度时序属性数据；解析水质推演网格的平面坐标、河底高程数据，及各网格对应的分层水深、分层流速、分层流向、分层污染物浓度时序属性数据；步骤2，水质网格顶点信息优化计算：对水质推演网格中相互邻接的多边形进行处理，消除因按空间单元划分产生的水质网格在接边处的高程值和信息差异，形成优化后的平滑连续网格信息，将其记录为水质网格顶点和拓扑连接数据，并依据顶点关系重新计算属性信息；步骤3，水质网格边缘矢量线提取：基于计算得出的水质网格顶点优化后结果，结合各水质网格顶点的连接关系、顶点连接的多边形数量信息，计算获得水质网格边缘矢量线，为三维水质边缘网格体的构建提供依据；步骤4，水质分层数字孪生网格体构建：在数字孪生仿真引擎中，基于三维水质各分层的网格顶点和拓扑关系，以水质分层为单元，分别创建水质层和水质边缘的数字孪生网格体，并根据各水质分层的污染物浓度属性信息对顶点颜色进行赋值；步骤5，不同水质分层模式下的效果控制：根据三维水质数据在垂直方向上的划分模式，给出分层可视化方案，结合整体抬升、垂向夸张、边缘拉伸、纹理透明、分层显隐控制操作，满足三维水质数据的多种展示需求；步骤6，水质指标演化过程时序推演仿真：按照水质分层网格对应的时序属性数据，根据水质指标的时序演化演过程对数字孪生场景中的水质分层网格体进行更新，生成随时间变化的水质推演仿真结果。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1：原始EFDC三维水质计算输出的结果数据中，Corners.inp文件记录了每个水质网格的平面坐标，水质网格以四边形的形式存储，从文件中解析坐标网格数据并转换为WGS1984坐标，水质网格的数量为N，对各网格进行顺序编号；EE_WC.OUT文件记录了各网格的河底高程；步骤1.2：从原始EFDC三维水质计算输出的结果数据中解析属性数据，EE_WS.OUT文件记录了时序分层水深，EE_VEL.OUT文件记录了时序分层流速、时序分层流向，EE_WQ.OUT文件记录了时序分层污染物浓度；通过解析这些数据，获得的水质推演数据结果帧数为T，水质网格的垂向层数为L，将时序属性数据按照水质推演时刻、水质网格所在层级、网格编号组织为三维数组，则时刻t分层l网格编号n的数据为GData[t][l][n]。3.根据权利要求1或2所述的基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1：网格顶点共用计算：遍历网格文件Corners.inp，每个网格由四个顶点组成，
记录了网格的X和Y方向平面投影坐标，对所有网格的顶点进行共用计算，若顶点Vi与Vj的容差：|Vi(x)
‑
Vj(x)|<0.01，且|Vi(y)
‑
Vj(y)|<0.01，则认为两顶点相同，记录该顶点涉及的网格编号；步骤2.2，顶点属性信息平滑优化计算：由于原始EFDC三维水质的网格划分大小一致，认为每个网格的属性信息对顶点的权重相等；对于某共用顶点V，其涉及的网格为A、B、C、D，以水质浓度属性q为例，则顶点水质信息：V(q)=(A(q)+B(q)+C(q)+D(q))/4；按照此方式对分层水深、分层流速、分层流向、分层污染物浓度时序属性数据进行优化计算。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的EFDC三维水质数据多模式推演方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1：经顶点共用计算后，获得了每个共用顶点涉及的网格数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成堃，张力，李双平，陈远瞩，张航，杨坤，张辛，邱鑫，祝宪章，李晓飞，
申请(专利权)人：长江空间信息技术工程有限公司武汉，
类型：发明
国别省市：