采用随机模拟技术与常规水文方法相结合的洪水过程模拟法

随着江河上兴建的水利工程日渐增多,流域的防洪规划和防洪调度工作,正在从以个别工程为主要研究对象转向以全流域复杂库群为研究对象。常规水文方法很难反映这种复杂流域的水文特性,在工程实践中其局限性越来越突出。随着计算机运算能力的提高,径流的随机模拟技术逐步得到研究和应用。本文分析了常规水文方法与纯数学随机模拟技术的不足,并提出了一种新的、简单易行的模拟全流域洪水的模拟方法,该方法已应用于太子河流域的库群联合防洪调度中,并取得了较好的成果。     

基于GPU加速技术的非结构流域雨洪数值模型

为高效高精度地模拟流域雨洪过程,应用动力波法求解二维圣维南方程,并耦合水文过程,建立了包含流域降雨产流、汇流、下渗以及洪水演进等过程的高性能流域雨洪数值模型。该模型的优势在于使用非结构网格,可较好地处理不规则边界,准确贴合复杂地形表面,使得模型能精确计算模拟流域雨洪过程,同时引入GPU技术加速计算,使得大尺度流域雨洪计算成为可能。最后,将模型应用于V型经典算例及2个实际流域雨洪算例,所得结果与实测吻合较好,计算所用时间较短,表明该模型可以快速且精确模拟流域雨洪过程。研究结果有助于实现对实际流域雨洪灾害进行合理高效的预测,为应急抢险工作提供有力支撑。     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

基于DEM的流域降雨径流模拟——以蒲石河流域山区为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,基于DEM的水文模拟技术,在流域地形分析及水系构建等方面已形成了比较成熟的算法,给传统的水文模拟技术带来了根本性的变化。以蒲石河流域山区为例,借助流域水文软件WMS,结合ARCVIEW和SURFER软件,计算了流域的面积、周长、坡度与形状因子等参数。在生成山区数字高程模型的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型对一场降雨进行了降雨径流模拟研究。     

一维水质模型结合改进的输出系数法在流域非点源污染负荷估算中的应用

非点源污染是导致流域水体水质恶化的关键污染来源之一,为了估算流域非点源污染负荷,本文提出将一维水质模型应用于分离监测断面点源污染负荷和非点源污染负荷的方法,并结合了改进的输出系数法,以COD_Mn和NH₃-N为代表性指标,将该模型应用于潮河下游流域,并与传统的水文分割法结合改进的输出系数法估算非点源污染负荷的结果进行对比。结果表明,一维水质模型结合改进的输出系数法估算流域非点源COD_Mn和NH₃-N污染负荷模拟值的纳什系数均在0.800以上,具有良好的模拟精度,同时避免了水文分割法无法较好地模拟枯水期非点源污染负荷的弊端。该方法在运用SWAT（soil and water assessment tool）模型预测得到水文数据的情况下,能够预测流域非点源污染负荷,作为SWAT模型对COD模拟的补充。     

基于DEM与实测河网的流域编码方法

借助于GIS技术对大流域进行划分与编码.修正实测河道上部分栅格单元的高程,以避免大面积“伪洼地”的出现,从修正后的栅格型数字高程模型(DEM)提取出与实测河网比较一致的模拟河网.提取出模拟河网后,再进行河网的编码,以及流域的划分与编码.提出了一种对Pfafstetter规则的改进方法,并且按照改进后的Pfafstetter规则来对河网与流域进行编码.所有编码工作是由本次研究中专门编制的程序来自动完成.将提出的方法应用于黄河流域,将整个黄河流域划分为8 255个子流域并赋予了Pfafstetter编码.     

黄河流域水资源保护公共信息基础平台关键技术研究

研究了以流域机构为主体的黄河流域水资源保护公共信息基础平台的框架。涉及的关键技术包括两类：数字技术,建模和计算技术。目前的公共信息基础平台应采用的数字技术有：数据库技术、3S及其集成技术、计算机网络与数据通信技术、计算机支持的协同工作技术、智能体技术、多媒体技术与虚拟现实技术和中间技术等,必将为“数字黄河”工程的实施,做出应有的贡献。     

虚拟现实技术在石油勘探开发中的应用

在石油工业勘探开发面临严峻挑战的今天．多学科的交叉合作发展势在必行。虚拟现实技术以其沉浸性、交互性和想象性，将成为理想的石油工业勘探开发工作平台，可望广泛应用于地震资料解释、储层模型建立、钻井轨迹设计、海上钻井平台设计以及多学科工作组的协同工作和决策等，并分析了虚拟现实技术的主要进展，展望了虚拟现实技术在石油勘探开发中的应用前景。     

基于SWAT模型的三江平原沼泽性河流的径流模拟

三江平原位于中国东北部,是国家重要的商品粮基地,水资源的变化影响区域农业经济的发展。应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟挠力河上游流域径流变化特征,为研究沼泽性河流水文变化特征提供有效的方法。根据水文相似性原理和参数移植法把校准的模型应用于七星河流域,进行无资料流域的径流模拟,年径流模拟校准期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数、相关系数R2、相对误差PBIAS值分别为0.84、0.94、-5.70和0.91、0.93、-6.46,表明SWAT模型可以应用到七星河流域。     

基于SuperMap的松花江流域地理信息系统

松花江流域地理信息系统利用地理信息系统技术,以组件式GIS-SuperMap为基础,对松花江全流域空间信息进行管理,不仅实现了松花江全流域的污染模拟分析功能,还融合遥感影像、数字高程模型,实现了松花江全流域三维动态模拟功能.松花江流域地理信息系统的开发,对于实现水资源的可持续开发利用和流域的可持续发展具有重要意义.     

重量版青藏铁路数字路基仿真平台设计与开发

在青藏铁路建设和科研活动过程中对空间数据的管理、分析和使用,以及设计方案仿真评估、决策支持等方面有较高的要求,青藏铁路数字路基仿真平台轻量版系统无法满足需求.重量版系统着重于提供对分布式应用和充分的空间分析、仿真,以及空间决策支持功能的支持,系统建设以GIS技术为核心,结合遥感、全球定位系统(GPS)、虚拟现实和空间数据库等技术,在Microsoft.Net平台上开发而成.该系统不但能够对青藏铁路工程实验数据、观测数据以及各种专题数据和DEM数据等进行管理和维护,而且能够进行多时相、多维空间分析和表达,形成以基础地理数据为依托的数字路基仿真平台.     

虚实结合的地质工程实践教学方法改革探索——钻探虚拟仿真实验教学平台研究

拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术,将其应用于钻探科研、教学、训练等,对于钻探行业来说,是一次创新尝试。研发的钻探虚拟仿真实验教学平台,融入了钻探专业教学积累和计算机虚拟仿真技术等多个学科,解决了以往高校钻掘工程专业学生生产实习的诸多困难。虚拟钻进仿真平台已陆续为多个相关专业提供虚拟仿真教学,受到了各专业学生的欢迎,收到了良好的教学效果。该平台还可应用于各单位钻探技术人员、操作人员等的操作训练,以及科研和技术服务工作。     

虚拟现实技术及其在铀矿地质领域中的应用探讨

本文在论述虚拟现实技术概念、特征、应用现状等方面的基础上 ,对虚拟现实技术在铀矿地质领域中的应用作了初步探讨。     

基于GIS技术的矿山土地管理应用研究

基于GIS建立矿山土地管理信息系统可以进行矿山空间利用信息、土地与环境信息、土地可持续利用与社会经济发展的应用研究。通过对信息的数据采集深加工,可以在信息系统中,利用模拟仿真和虚拟现实等一系列的技术措施进行矿山土地资源合理利用,促进矿山生态环境的改善与为可持续发展作出最优决策。     

基于虚拟现实技术的川藏铁路地质灾害易发区减灾选线优化:以洛隆车站为例

铁路沿线频发的滑坡泥石流灾害,对山区铁路建设与安全运营造成重大影响。在山区铁路选线过程中,如何科学规划铁路线位和工程方案,真正把铁路地质灾害问题解决在成灾之前,实现科学防灾减灾,已成为国内外学者关注的焦点问题。提出一种基于虚拟现实技术(VR)的铁路地质灾害易发区减灾选线场景仿真系统,利用CAD、Sketch Up等软件制作三维地形环境模型,进行铁路沿线滑坡泥石流灾变演化仿真分析;基于Unity3D平台,应用3Ds Max、Photoshop等软件完成研究区的虚拟铁路场景模型搭建,通过网页版的UI交互设计,实现虚拟铁路场景的三维可视化体验;以新建川藏铁路洛隆车站为例,采用该方法建立了多种线路方案优化。结果表明:所建立的虚拟现实场景系统具有很好的可视性和较为流畅的交互性,可充分展示研究区铁路建设及运营安全的可行性。     

虚拟仿真技术在地质学中的应用

得益于计算机技术、人工智能技术、多媒体技术、传感器技术等的迅速发展,虚拟仿真在科学领域已经得到了广泛的应用并具有巨大的市场需求。在地质学中,国内外高校已经将虚拟仿真技术应用到教学中,使其打破了传统教学的时空限制。但目前虚拟仿真在该领域的应用还存在场景内容欠缺,交互感不足,细节展示不够等问题。为能够进一步拓展虚拟仿真技术在地质学中的应用思路,文章对虚拟仿真技术在多个科学学科中的应用情况进行研究,介绍了面向地学的综合型、国际化的沉浸式虚拟仿真实验室实例。综合型的地学虚拟仿真实验室的建立,将深度融合地学与虚拟仿真技术,为多学科交叉融合、国际化教学等未来的教学发展方向提供更有效的平台。     

施工现场周边环境实景信息化构建方法研究

BIM技术近几年在国内发展蓬勃,众多高校与企业开始关注和研究BIM技术。目前,BIM技术在建设项目设计和前期准备方面研究和应用很多,但在施工与全生命周期管理方面的研究和应用较少。对施工场地模型的构建通常局限在场地内部,容易导致施工工地与周边建筑的矛盾或冲突,且大大降低了施工过程虚拟漫游与可视化效果。本文通过分析施工场地周边模型构建的意义,对比现有建模方法,探索出利用互联网资源与现有常规软件,完成施工周边建筑、地形、附属物模拟,并导入建筑信息,完成施工场地周边实景搭建的方法,为精细化项目管理提供技术支撑。     

虚拟现实技术在矿物数字博物馆中的应用

详细介绍基于照片的虚拟现实技术在矿物数字博物馆中的实现方法和应用,并对VRML与基于照片的虚拟现实技术进行分析研究,进而对两种实现方法的发展方向和应用前景提出见解。     

虚拟现实技术及其在地球科学中的应用

虚拟现实技术以其具有的沉浸感、交互性、实时性、构想性等特点而越来越为广大地学工作者所关注。本文首先介绍了虚拟现实系统的组成,之后综述了近几年国内外地球科学部分领域应用虚拟现实技术的研究文献。与传统方法相比,虚拟现实技术在很大程度上提高了科学研究的效率,能提供更丰富的可视化和交互环境,使科学家能够操纵多达GB甚至TB级数据,以一种身临其境方式来对研究对象进行观察、分析和实时操作,而无需科研人员到达现场。通过虚拟现实系统,能将尽可能多学科的数据放到同一个环境下,增强科研人员研究问题的深度和广度,避免得出错误结论。同时能重塑不可再生资源,避免了在科学研究的同时对其造成的破坏,有助于科学知识在公众中的传播。与西方发达国家相比,我国的（沉浸式）虚拟现实技术在地学领域的应用还处在起步阶段,在拥有大量高精度LiDAR地形数据的活动构造等领域亟待引入该项技术,以一种全新的视野来重新审视地球科学研究,并推动该学科在未来的发展。     

数字孪生流域: 未来流域治理管理的新基建新范式

数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分, 厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础, 对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术, 开展了以下研究: ①给出了数字孪生流域的定义, 认为数字孪生流域是以服务流域全生命周期管理的全量数据和领域知识驱动物理流域和虚拟流域交互映射、共智进化、虚实融合的新基建新范式, 并辨析了与传统建模仿真的区别。②数字孪生流域内涵是通过"由实入虚"、"以虚映实"和"由虚控实"实现物理流域对象的全生命周期管控, 特征包括高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动和共生进化。③数字孪生流域基本模型由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成, 其核心能力包括物理流域感知操控、全要素数字化表达、实景可视动态呈现、流域数据融合供给、流域知识融合供给、流域模拟仿真推演及孪生自主学习优化。④提出数字孪生流域要解决的关键科学问题和关键技术体系, 并从感知网、数据网、知识网、模型网及服务网展望了数字孪生流域发展方向, 阐述了数字孪生流域的赋能领域。本文旨在通过数字孪生流域理论新型研究范式为数字孪生流域技术应用落地提供理论指导, 对未来智慧流域研究和数字技术在流域治理管理中的应用提供有益的启发与借鉴。