GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析

基于元胞自动机(CA)的局部并行计算特性和统一计算设备架构(CUDA)并行计算架构,提出了GPU-CA的溃坝洪水演进计算模型,重点探讨了溃坝洪水演进元胞自动机模型、GPU模型映射、计算优化、CPU/GPU协同的溃坝洪水演进模拟与分析等关键问题,研发了原型系统,并选择了案例进行初步试验。试验结果表明,在保证溃坝洪水演进模拟结果有效性的情况下,与基于CPU-CA串行计算模式相比,基于GPU-CA的溃坝洪水演进模型计算可提高计算效率,加速比随着元胞格网分辨率的提升而增加,当元胞格网的大小为10m时,模型计算效率的加速比可以达到15.9倍,可支持实时溃坝洪水演进模拟分析与风险评估。     

珠江三角洲洪潮实时预报关键技术

均一化迭代是基于栅格数据的洪水演进模拟常采用的迭代策略,存在设定迭代步长与栅格单元实际所需时间不一致的问题,直接影响到栅格单元水位、流量的计算精度。针对该问题,提出了一种双层异步迭代策略。外层迭代控制洪水演进时刻,内层迭代则通过分析不同栅格单元洪水的流速特征,实现迭代步长及迭代次数的自适应设定。采用商用FloodArea软件、均一化迭代算法及双层异步迭代算法,分别对福建省万安流域暴雨洪水历史数据进行模拟。该算法模拟结果的平均误差比FloodArea小0.361 m,比均一化迭代算法小0.654 m,说明该算法能有效提高洪水演进模拟的整体精度。     

溃坝洪水演进的光滑粒子流体动力学分析

传统GIS在实现溃坝洪水过程模拟时通常是采用无源淹没分析或有源淹没分析方法,这些方法忽略了洪水演进过程中的物理学与动力学因素,模拟结果的时效性、可靠性较差,表达效果也较为简单。针对此问题,该文提出结合光滑粒子流体动力学方法与GIS相关技术实现溃坝洪水演进的三维动态可视化及分析,以光滑粒子流体动力学生成的海量多维时空序列流体粒子数据为基础,研究了粒子数据的建模及时空数据的时空建模技术。最后在自主研发的系统中实现了溃坝洪水演进的三维动态可视化表达及分析,应用效果良好。     

基于RS和GIS的大南川水库溃坝灾害模拟方法研究

综合运用遥感图像处理系统和地理信息系统,探讨一种无需编程即可快速计算水库溃坝后所产生的洪水量、下游淹没水深和淹没面积的溃坝模拟方法,适用于溃坝源头与淹没区落差较大地区。以青海大南川水库灌溉区的南川河流域作为研究区域,假定由于暴雨、地震等自然灾害的发生使得大南川水库坝体瞬间溃决而形成有源洪水,计算洪水到达时间、淹没区的洪水深度和淹没面积,并分析洪水造成的损失情况,通过模拟计算,其结果比较接近实际。     

基于镶嵌数据集的洪水演进动态模拟

为使洪水演进中计算得到的枯燥的水文数据变得直观形象,进一步丰富洪水演进可视化手段,以离散水深点数据为基础,采用两种空间插值方法,对比了不同插值方法所生成栅格的优劣,选用合适的插值方法创建水深栅格,并通过构建镶嵌数据集实现了洪水的动态演进和可视化,直观形象地模拟了洪水演进的过程,为防洪减灾决策提供技术支持。     

地图代数在洪水淹没模拟与分析中的应用

扩展了地图代数系统的功能 ,提出了运用地图代数进行洪水淹没模拟与分析的方法 ,建立了洪水淹没模型 ,并给出了洪水淹没模拟与分析的实例     

应急平台中一维洪水演进模型研究

根据应急平台的特点和需求,建立了一维洪水演进数学模型。利用简便易行的基于特征线法的库朗格式求解方程,应用Matlab编制了洪水演进计算程序,并利用其强大的绘图功能实现了计算结果的可视化显示和分析。通过对长江某河段实测资料的建模分析和应用研究,验证了模型的实用性和可靠性。     

基于DEM的洪水淹没分析

DEM是地表或空间现象起伏变化的数字表示，包含了地球表面上许多有用的地理信息，其中就包括水文信息，通过DEM来生成集水流域和水域网络是大多数地表水文分析模型的数据来源，在用DEM数据生成3维地面模型的基础上，重点介绍与洪水淹没分析有关的一些技术问题。     

基于二叉树的栅格数据快速编码及其实现

在对常规编码方法存在的不足进行分析的基础上，提出了在一次遍历栅格数据过程中生成线性二叉树的快速动态编码以及地程编码方法，该方法用堆栈的思想代替传统的线性表，以十进制orton码为顺序提取栅格单元数据并介入栈，以压栈的方式完成栅格单元或结点向上层的递归合并。当对整个栅格数据遍历一次后，栈中剩下的记录便是所需的线性二叉树编码结果。通过对算法的分析表明，该方法具有明显的优点和重要意义。     

基于2维行程的栅格数据快速动态压缩算法

分析了常规2维行程压缩算法存在的不足,在此基础上提出了一种在遍历栅格数据过程中直接快速动态生成2维行程的栅格数据压缩算法。该算法以MD码代替行列号来扫描栅格数据,对于一个2×2的窗口由MD码反解行列号只需转换左上角格网单元,同时以动态线性表代替静态线性表。在提取栅格单元的过程中,直接检测对比格网单元的属性值,动态分配内存来建立2维行程编码。最后,大量实验表明,算法在运行效率和内存占有量方面均优于常规的2维行程压缩算法。     

基于水文仿真模型与GIS的三维可视化在城市洪水演进中的模拟研究——以马鞍山为例

本文对城市三维可视化虚拟场景构建和洪水演进实时动态模拟及其实现方法进行研究。以洪水水文数学模型为核心计算方法,对系统构建过程中的关键技术进行了深入探讨和研究,构建了城市洪水演进和洪水淹没三维模拟系统。研究表明,三维可视化技术与水力学模型结合提高了模型计算结果的准确性和可视性,对于城市防洪决策及水利工程有重要意义。以安徽省马鞍山市为应用实例,实现了城市三维地形仿真场景模拟及洪水演进分析和三维模拟。     

河道洪水演进数值模拟及其在GIS平台上的可视化

针对公共安全应急平台中灾害预测预警和应急处置的快速反应需求,建立了基于圣维南方程的河道洪水演进的水动力学模型。采用库朗格式的特征线方法对基本方程进行数值求解,得出水位和流量沿河道的时空变化关系,在此基础上进一步研究了基于GIS的洪水演进可视化方法。最后,通过天然河道模拟实例验证了所建模型的可靠性和实用性。     

一种基于边界搜索的栅格矢量化算法

栅格数据的矢量化是GIS领域重要的研究内容。针对栅格数据矢量化准确率低和效率低等问题,该文提出了一种基于边界搜索的矢量化算法,通过对栅格图像的一次遍历,提取结点和中间点,生成弧段,构建多边形;并在构建多边形中,提出了一种简单易行的最右侧方向判断方法,综合运用最小外接矩形和射线法判定逆时针多边形的归属。实验表明,该文提出的矢量化算法能够较准确矢量化复杂的栅格图像,具有较好的效率,可为多值栅格图像快速矢量化及相关研究提供借鉴。     

栅格数据生成等值线的一种实用方法

本文介绍了一种简单实用的基于规则格网数据绘制高质量等值线图形的方法。在该方法的关键过程(等值线追踪过程)中,提出栅格右关联标志的概念,并据此确定初始追踪段;追踪过程中依据邻域栅格值的组合特征确定后续点的走向,设计了避免等值线交叉的处理措施;为获得高质量的等值线图形,采用线性插值方法,得到准确定位和视觉效果较好的等值线图形。文中还介绍了编程实现的方法和技巧,关键算法的程序代码非常简洁,易于实现。     

栅格数据坐标变换模型在数据集成中的应用

在数据转换过程中如何尽可能地保证空间数据的完整性和准确性成为限制GIS发展的瓶颈问题。本文针对GIS矢量数据在数据转换过程中选点难,转换之后出现几何位置差异的问题,提出基于栅格数据坐标变换模型,采用图像数据转换时的控制点,将矢量数据纠正到标准的目标构件图库中,达到矢量空间数据有效匹配的效果。进行矢量数据变换时,针对仿射变换、多项式模型等变换模型的限制性,基于Delaunay三角网对平面进行剖分,将纠正误差进行局部控制。最后,以ShapeFile为例实现了几何纠正算法。     

基于栅格GIS的公交站点覆盖率算法研究

本文利用栅格分析技术对公交站点覆盖率的计算进行了改进,从高分辨率遥感影像与公交站点信息数据叠加得到的栅格数据中提取三个栅格矩阵:记录公交站点ID号及其位置信息的栅格矩阵、道路网络上各点的出行阻抗矩阵、不在道路网络上各点的出行阻抗矩阵,对这三个阻抗矩阵进行栅格运算,计算公交站点的覆盖率,并通过南京城区部分公交站点的分布说明本文算法的具体应用情况。     

地学栅格格网数据质量评价指标与方法

栅格格网数据在GIS空间分析中具有巨大优势,但是其质量优劣很大程度上影响着这些基础数据的应用能力。本文结合地球系统科学数据共享网(科学数据共享工程试点)中栅格格网数据现状,提出该数据质量评价的指标和方法。具体指标包括图形、属性、时间和元数据四个大的要素集,通过与精度、逻辑一致性与完整性的匹配,组成一个的评价指标矩阵。基于缺陷扣分法和加权平均法设计了数据质量评价技术路线,并以地球系统科学数据共享试点中的栅格格网数据为实例,验证了本技术方法。     

分类后栅格数据特点分析及其矢量化算法

本文分析了遥感分类后栅格数据的特点,设计了一种改进的遥感分类后栅格数据矢量化方法,采用Visual C++编程实现,用实际数据进行了实验验证,并对比已有方法分析了矢量化结果的时间效率。分析结果表明:采用本文方法能完成大型分类后图像的矢量化,在计算机内存中处理矢量化栅格图的复杂度和速度得到提高,具有一定实用价值。