基于Civil 3D的水利水电工程三维地形建模技术研究

随着三维协同设计技术的广泛应用，水利水电行业对三维地形的应用要求日益提高，使用常规的地质建模软件如GOCAD、CATIA很难满足高精度地形建模的要求。Civil 3D符合高精度地形建模的要求，但添加等高线时参数设置较为复杂，同时由于仅支持LandXML和DEM格式导出，大大限制了其应用范围。通过分析等高线优化及平面三角形消除原理，给出了Civil 3D地形建模参数选择建议，并结合水利水电工程实例讨论了高精度地形的建模过程。最后自主开发了LandXML2ts软件，将LandXML转换为广泛使用的ts格式，极大地拓展了地形模型的应用范围。     

基于等高线的真实地形CFD建模方法

引入逆向工程建模思路,基于地形等高线,提出了一种真实地形CFD(Computational Fluid Dynamics)建模方法。通过对GIS地形数据的下载与处理,提取出研究区域等高线,进而利用等高线创建三角网格模型,结合逆向工程技术与三角网格模型生成地形网格模型。结果表明,该方法操作简便、生成模型精度高且建模效率高,有效地解决了使用常规建模方法存在的数据处理复杂、模型精度低以及不适用于大面积真实地形情况等问题,为真实地形的CFD数值模拟提供了支持。     

河道二维数值模拟地形数据前处理精细化研究

数值模型是分析河流水动力水质演变规律的重要方法。通过对MIKE21模型边界等间距取节点,并进行编码,实现实测河道断面地形沿河道弯曲方向的精细化插值,为河道数值建模提供优化后的地形数据。为了说明此方法的优越性,选取荆门城区某河流部分河段作为研究对象,利用Python完成程序的编写,对实测河道断面数据进行精细化插值运算,并对比地形精细化处理前后与实际地形的差别。结论认为,经过对6组断面插值运算,河道地形得以细化,减少了模型运算错误率,使得模型更趋近于真实情况。     

基于ArcGIS Engine的河道数字地形建模

河道数字地形建模是根据河道测点数据创建河道地形模型DEM,包括河道不规则三角网数据模型(TIN)、河道规则格网数据模型和河道等高线数据模型。以长江南京段的实际测点数据为例①,以ArcGIS Engine为开发工具,参考反映河道地形特征的控制测点构建河道TIN,以突出河道弯曲性、深槽连续性、边坡平滑性等地形特征;由TIN创建规则格网模型和等高线模型。同时,在三维显示时利用"加边"处理来填补岸边数据满足可视化效果。     

电力系统节点运行数据等高线可视化实现方法

电力系统运行数据可以给出一个系统运行的全局宏观信息，从而提高电网运行的预警能力。描述了以地理信息系统为基础，将地理信息与电力系统节点运行数据相结合，通过构建和优化不规则三角形网、等值点的搜索和插值、曲线拟合以及分层设色等步骤生成节点运行数据等高线的可视化方法。以一个38节点网络节点电压等高线可视化为例说明方法的可行性及其对电网运行的预警效果。     

基于GOCAD与CATIA的三维地质建模在水利水电工程中的应用

以构建云南某水库坝址区三维地质建模过程为例,采用GOCAD与CATIA相结合的方法进行三维地质建模,分析了GOCAD在地质对象曲面模型建模、CATIA在三维地质实体模型建模中关键技术的实践及应用。分析表明,该模型的精度满足实际生产的需要,可为地质分析和工程设计提供可视化参考和相应的分析数据。     

多软件联合的拱坝三维数值建模方法及其应用

为解决目前拱坝三维数值建模掌握困难、建模耗时长的问题,建立了一种多软件联合的拱坝三维数值建模方法。首先利用AutoCAD建立地形等高线,并通过dxf2xyz将其转化为坐标点数据;其次采用Surfer导入点数据进行插值处理并将曲面网格转化为顺序排列的坐标点;而后利用SolidWorks生成曲面并拉伸成实体地质体模型,建立拱坝模型并完成地质体和拱坝模型的组装;最后将组装好的实体模型在HyperMesh中进行网格划分,并导入有限元软件进行赋参和计算。该方法通过多软件协同作业发挥每个软件的优势,极大地缩短了建模时间,且通过实例验证表明,计算结果可靠。     

考虑三维地形的水工建筑物有限元网格剖分

基于AutoCAD软件自带的VisualLISP语言,对AutoCAD进行二次开发,以三维地形等高线作基础,采用近点距离加权平均法对各高程点进行插值,生成水工建筑物数值计算需要的有限元计算网格,结合实际工程进行网格剖分.结果表明该方法能较好地反映地形起伏的情况.     

建立三维地形模型的方法研究

着重于离散点插值方法的研究，通过多面函数法和最小二乘法来阐明地形高程插值中如何利用梯度来改进插值方法，提高插值精度；并对地形软件开发中的若干问题提出了一些看法。     

建立三维地形模型的方法研究——利用梯度的离散点插值

着重于离散点插值方法的研究，通过多面函数法和最小二乘法来阐明地形高程插值中如何利用梯度来改进插值方法，提高插值精度；并对地形软件开发中的若干问题提出了一些看法     

三维“厂房CAD”辅助设计系统开发研究

系统总结了厂房CAD计算机辅助设计的现状,提出了以建模、计算、配筋、图纸自动生成、计算书自动生成为主要功能的三维厂房CAD计算机辅助设计软件开发的构想。引入参数化设计、面向对象程序设计的技术,以Micro Station为平台,进行了计算机辅助设计软件开发的一些有益尝试,旨在实现水电厂房设计的智能化,以提高设计效率和设计质量。     

基于流域水文特性的TIN生成方法研究

把坡度和地形指数作为节点选取的主要准则,生成了融合多种流域水文特性的TIN,并对比了不同插值方法的影响。结果表明:对于同一TIN,使用5次方插值比线性插值对地形起伏的描述更好;TIN能够用较少的网格高精度地反映地形变化和流域水文特性,其效率和精度大大优于栅格。     

复杂基岩覆盖层分界面建模算法研究和实现

构建基岩覆盖层分界面是水电工程三维地质建模的重要内容和难点。应用地学领域广泛采用的克里金插值法,以覆盖层的深度作为插值变量,构建基岩覆盖层分界面。插值过程中设计并实现了一种剖面划分有效点的方法,提高了插值精度;为了反映属性参数在空间上的变化及各向异性,在平面上计算了4个方向的试验变异函数,并对不同变异函数模型的拟合效果进行了比较。以羊角滑坡为例,通过在三维设计平台CATIA下二次开发程序,实现了多源数据条件下滑坡基岩覆盖层分界面的建模,并对基于克里金插值所构建的滑坡体与其他方法构建滑坡体,进行了滑坡方量比较和评估,表明克里金插值法的模模效果较为理想。     

基于剖面插值及三维建模技术的土石比计算方法在核电勘察中的应用

传统土石比计算方法没有充分考虑基岩面起伏及地形变化的影响,计算得到的结果精度比较低,该文提出了一种新的土石比计算方法,选取克里金法对工程地质剖面进行网格化插值,利用三维建模技术对开挖体及岩体方量进行计算,并通过核电勘察土石比计算工程实例介绍该方法的使用。     

高分辨率数字高程模型的构建方法

高分辨率数字高程模型(DEM)是正确计算坡度坡向、提取流域地形特征、进行水文分析的前提。本文以黄土高原典型丘陵沟壑区小流域为例，基于大比例尺(1∶10?000)数字化地形图和专业化DEM插值软件ANUDEM，探讨了ANUDEM在应用中的几个重要参数的取值，建立了高分辨率DEM，并对拟合DEM的质量进行了评价。研究表明，最佳分辨率为等高线间距的一半，一般为5m或2.5m，第二糙度系数为0.8，计算迭代次数为20～30次。ANUDEM建立的DEM表面光滑，回放等高线与原等高线符合度高，能真实地表现地形起伏，由其提取的水系与流域沟谷完全吻合且连续完整，适宜水文分析，是一种建立高质量DEM的优良方法。     

基于无网格界面模拟方法的面板坝防渗体跨尺度分析

混凝土面板作为面板坝关键的防渗结构,其安全性态至关重要。由于防渗面板与堆石体尺寸相差悬殊,如何在保证面板高精度模拟的前提下提高计算效率是一个亟待解决的难题。通过引入背景网格线及径向插值函数(RPIM),开发了基于无网格的界面模拟方法,实现了界面两侧节点自由分布,克服了Goodman单元点对点的限制。该方法可灵活地连接两侧不同尺寸的面板及堆石体网格,进而建立面板与垫层跨尺度分析模型。同时采用"面向对象"及"超单元"技术将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算平台中,实现了与传统有限元法的无缝耦合,并可应用界面弹塑性本构模型模拟堆石和面板复杂的接触关系。在此基础上,通过引入虚节点进一步提高了径向插值函数(RPIM)在边界附近的模拟精度。研究表明,基于无网格的非点对点界面模拟方法可高效、灵活地实现面板坝跨尺度分析,在保证高精度的前提下大幅度降低自由度和提高计算效率。本文研究方法可以很容易地扩充到三维问题,并为面板坝面板精细化损伤演化分析提供有力的技术手段。     

基于地形修正的降水空间插值方法及其应用

获取精准的降水空间分布信息对于水资源管理和洪涝灾害预报预警具有重要意义。地形变化对降水空间分布有显著影响,然而传统的降水空间插值方法难以考虑这种影响。基于黄土高原气象站1988～2017年长序列降水观测数据和高精度地形数据,建立了综合考虑站点与插值目标网格的位置、高程及坡向关系的降水空间插值方法(Angular Distance Aspect Gradient Weighting method, ADAGW),并在黄土高原地区进行应用。结果表明：相较于传统空间插值方法,ADAGW方法能够更有效地捕捉复杂地形下的降水空间分布。该方法在日尺度、月尺度、年尺度上的空间插值结果的决定性系数(R²)和均方根误差(RMSE)均优于传统降水空间插值方法;地形对于降水分布的影响与时间尺度有关,当时间尺度较长时,地形因素对降水分布的影响更为明显。该方法考虑了高程及坡向对降水空间分布的影响,有助于获取更精准的面雨量分布。     

用油毛毡绘等高线仿制水工模型地形的方法

本文介绍用油毛毡作地形样板,将地形等高线绘在油毡上控制地形位置,用刮板控制地形高程,按等高线一层层堆砌起来,仿制水工模型地形的方法.这种方法对于高山峡谷,地形复杂的地区尤为适用,可将地形仿制得十分逼真.几年来我们曾用此法成功制作了几座大型水电站的十几个水工模型.鉴于今后在水利水电建设中还要兴建许多大型枢纽模型,特将此法概要介绍.     

水工模型实训平台三维可视化设计与实现

三维可视化技术在水利水电工程设计中的广泛应用,有效的提升了设计质量及效率。本文采用目前水利水电行业中广泛运用的Micro Station三维设计平台,针对水工模型实训平台的参观及运用演示功能,借助软件强大的参考及建模功能,在有限场地内集成了水利水电工程中常见的水工建筑物三维模型。运用结果表明:在水工模型实训平台有限空间内,在满足平台功能定位条件下,通过对实际工程的三维模型文件的适当加工及修改后加以参考引用,能更快地完成众多水工建筑物模型的集成布置,显著减少建模时间;同时通过三维设计展示的虚拟真实场景,通过软件漫游功能,能直观反映参观效果,更好的优化设计。     

基于OpenRoads Designer的取水口开挖设计

提出一种利用OpenRoads Designer软件解决复杂场地开挖问题的思路,并实现出图。对比分析Bentley系列软件中OpenRoads Designer、Geopak、Micro Station三种软件在开挖设计方面的功能,为水工设计人员在实际工作中的应用提供参考。