[发明专利]一种基于cesium模型的洪水分级预警方法

权利要求书

1.一种基于cesium模型的洪水分级预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集目标河流周边的建筑物基础特征和地形地貌特征，根据该建筑物基础特征和地形地貌特征在cesium软件中建立模拟场景模型；

步骤2：根据目标河流所在的中心线、河流两侧的山脊线、对应河流所在区域的DEM数据和三维场景显示范围分别计算得到河流实际范围以及河流的流程函数；

步骤3：根据河流两侧的山脊线、河流实际范围、河流的流程函数以及预设的最大河道垂直落差，计算得到构建河流面所需的连接断面的位置；

步骤4：根据模拟的时间段等分时间间隔，并根据等分时间间隔以及连接断面的位置，利用洪水演进模型计算得到每一个断面点位置在固定时刻基于坐标的水位高程，并根据所述基于坐标的水位高程迭代连接相邻两个断面和河流两侧的山脊线，得到河面分段多边形；

步骤5：根据DEM数据，对两个断面形成的河面分段多边形均匀插入内部点，并进行限定Delaunay三角形划分，形成三维网格曲面；

步骤6：根据所述三维网格曲面和洪水演进模拟的时间段，利用动态纹理映射方法对时间和洪水的水流方向进行模拟，完成当前时刻基于洪水演进模型的大目标河流三维模拟；

步骤7：根据动态模拟的时间序列，重复迭代步骤4至步骤6完成连续时间段内基于洪水演进模型的大目标河流三维模拟；

步骤8：将模拟场景在水平面上细分为均匀的网格，将水体高度和基础地形高度存储在网格中心，将速度存储在网格边界；采用基于浅水方程的二维欧拉网格法模拟洪水演进，将浅水方程转化为拉格朗日表达形式，得到初步建立的物理场；所述物理场包括速度场和高度场；

步骤9：在交错网格上对物理场进行对流更新，并在更新对流项时采用大时间步长并引入体积守恒与动量守恒，得到基于体积守恒和动量守恒变形后的浅水方程；根据变形后的浅水方程，采用隐式积分法和雅克比迭代法求解更新后的高度场，根据更新后的高度场梯度进一步求解得到更新后的速度场；

步骤10：根据步骤9更新后的物理场，采用动态自适应网格细分技术抬升渲染水面，采用纹理平铺技术实现速度场的水流绘制，并采用双三次B样条曲线插值法对绘制的洪水边缘做光滑处理；所述水流绘制包括单块平板单一流速的绘制、固定流场的绘制以及时变流场的绘制；

步骤11：基于cesium模拟场景模型，根据淹没水深和建筑物类别设计洪灾损失评估函数，其中每一类建筑物对应一个洪灾损失评估函数；对洪灾损失评估函数值做归一化处理，并将归一化结果设为不同等级，每一个等级使用不同的颜色来表示建筑的受损程度，用于洪水场景绘制时实时改变建筑的外观颜色，实现可视化分级预警。

2.如权利要求1所述的基于cesium模型的洪水分级预警方法，其特征在于：步骤11具体为：

步骤11.1：设计基于淹没水深和建筑物类别的洪灾损失评估函数：基于cesium模拟场景模型，水深与灾害程度呈现平方根级别的正相关，其相关系数与建筑物的4个类别：办公楼、商业用地、住宅用地、基础设施相关，共得到四种建筑物的洪灾损失评估函数；

步骤11.2：设计可视化预警：根据步骤5得到的四种建筑物的洪灾损失评估函数，将洪灾损失评估函数值归一化到[0,1]之间，每隔0.2取一个等级，每一个等级使用不同的颜色来表示建筑的受损程度，使得洪水场景实时绘制时改变建筑的外观颜色。

3.如权利要求1所述的基于cesium模型的洪水分级预警方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：导入矢量形式的目标河流所在的中心线，分别记录当前场景三维浏览过程中的渲染视口显示范围G0以及设置的精细化分辨率R，并根据渲染视口显示范围G0和精细化分辨率R计算得到河流实际范围G：G＝G0*R

步骤2.2：根据河流中心线上包含的所有n个点及其顺序，计算得到河流中心线两个点之间的流程位置l和坐标关系函数，其中，河流中心线两个点之间的流程位置l和坐标关系函数为河流的流程函数：其中，li表示河流的流程函数，xi，yi，zi表示流程位置当前点的空间坐标，f(i)表示第i个点p(xi,yi,zi)与相邻上一个点所在三维直线方程的表达式，其根据三维空间两点的直线方程解算得到河流所有位置的坐标。