[发明专利]一种数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染方法

说明书

本发明提供了一种数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染方法，属于数字孪生流域二元水循环水流场可视化技术领域，该方法包括：基于数字孪生流域概念模型，分别获取模拟区域内土地利用数据、高程数据、城市水网空间分布以及区域实时流量数据；构建区域平面二维水流场方向分布；构建区域平面二维水流场流量分布，并基于区域平面二维水流场方向分布完成区域水流场数据到水流场基本属性的表示；根据水流场基本属性，在区域内水流场添加粒子属性并进行视觉编码绘图操作，完成数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染。本发明能够实现在模拟周期内快速展示区域内水流场整体情况。

技术领域

本发明属于数字孪生流域二元水循环水流场可视化技术领域，尤其涉及一种数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染方法。

背景技术

流域水流场是由处处和渗流速度矢量相切的流线构成的，流线代表着渗流场中每一个点的水流方向。在平面图中水流场直观概括了渗流场中的水力要素和特征，可有效反映水在渗流场中的流速、流向、水力坡度及通过每一个子区域的通量等。所以在进行数字孪生流域二元水循环模拟过程中，实时了解区域水流场的变化是十分有必要的。在过去水流场绘制中，往往采用近似作图法(手描法)，根据水流场性质和确定的边界条件，用作图方法逐步近似画出流线。绘制过程中流线数量越多，流场越准确，但绘制与修改工作量也随之增大，且仅能反映瞬时区域水流场的流线分布。因此，通过采取流场快速生成与渲染技术，实时了解数字孪生流域二元水循环模拟过程中水流场的变化是十分有必要的。通过本发明可以解决如何在数字孪生流域二元水循环模拟过程中，快速生成与渲染流场问题，对以后流场识别具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染方法，基于自然水系及城市水网空间分布特征及实时流量数据等，在可视化方向结合地图数据和模拟数据，能够实现在模拟周期内快速展示区域内水流场整体情况。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染方法，包括以下步骤：

S1、基于数字孪生流域概念模型，分别获取模拟区域内土地利用数据、高程数据、城市水网空间分布以及区域实时流量数据；

S2、根据所述土地利用数据、高程数据以及城市水网空间分布，构建区域平面二维水流场方向分布；

S3、根据各监测点位置及区域实时流量数据，构建区域平面二维水流场流量分布，并基于区域平面二维水流场方向分布完成区域水流场数据到水流场基本属性的表示；

S4、根据水流场基本属性，在区域内水流场添加粒子属性并进行视觉编码绘图操作，完成数字孪生流域二元水循环流场的生成与渲染。

本发明的有益效果：本发明基于自然水系及城市水网空间分布特征及实时流量数据等，在可视化方向结合地图数据和模拟数据，提出的一种数字孪生流域二元水循环水流场快速生成与渲染的方法，能够实现在模拟周期内快速展示区域内水流场整体情况。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

S201、根据所述土地利用数据和高程数据，以区域内集水区为研究对象，针对集水区内每个栅格对周围八个方向均有高程差，计算中心栅格与相邻八个方向的栅格间的坡度得到水流最陡下降方向，确定集水区内水流场方向；

S202、根据所述高程数据以及城市水网空间分布，以河道及城市水网为研究对象，针对沿河道及管网方向每个栅格之间均有高程差，计算相邻栅格间的坡度差，确定河道及水网水流场方向。

上述进一步方案的有益效果是：本发明的创新在于根据地理信息技术提出了一种新的区域水流场方向快速计算方法，将自然流域分为河道及集水区，将城市区域分为城市管网及集水区。可以更快速获得区域水流场方向，便于简化水流场生成过程。

再进一步地，所述栅格间的坡度的表达式如下：