基于地理信息系統與Delft3D-FLOW計算引擎的水環(huán)境分析方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于地理信息系統與Delft3D-FLOW計算引擎的水環(huán)境分析方法，包括：通過GIS平臺搭建軟件系統框架；分析Delft3D網格文件格式；分析Delft3D-FLOW的配置文件MDF文件格式，以及其中多個參數的意義，并在GIS平臺下開發(fā)人機交互配置界面配置多個參數；建立模型并通過GIS操作完成多個環(huán)境要素的配置任務；將配置結果輸出成數學計算引擎可以識別的文件格式輸出，并調用計算引擎進行計算；分析計算結果文件格式，并在GIS平臺下讀取文件，將其通過圖像處理技術處理成帶空間坐標的柵格圖像，加載到GIS平臺下進行顯示。本發(fā)明將數學模型和空間地理信息結合在了一起，提高了分析的準確性。本發(fā)明還提出了一種基于地理信息系統與Delft3D-FLOW計算引擎的水環(huán)境分析系統。
【專利說明】基于地理信息系統與Delft3D-FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法及系統
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機【技術領域】，尤其涉及一種基于地理信息系統與Delft3D-FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法及系統。
【背景技術】
[0002]目前，水環(huán)境模擬技術是利用一系列數學模型在虛擬環(huán)境下對真實水環(huán)境中存在的各類復雜問題進行預測和分析的有效工具，可以為解決環(huán)境問題提供有力的科學依據。目前常用的水環(huán)境模擬分析系統如EFDC和DELFT3D都是使用Fortarn語言開發(fā)計算引擎。
[0003]具體地，DELFT3D是荷蘭Deltares開發(fā)的完全的三維水動力-水質模型系統，包含水流(FLOW)、顆粒跟蹤(PART)、水質(WAQ)、生態(tài)(ECO)等部分組成，技術上DELFT3D-FL0W的計算引擎即一系列水動力數學計算公式是通過Fortarn語言編程實現，是系統的計算引擎，計算引擎通過調用MDF這種DELFT3D文件組織格式進行計算，計算結果為BAT格式。計算引擎本身沒有可視化界面，在Windows操作系統下可以通過DOS控制臺進行調用，光有計算引擎顯然使用起來是非常難以讓普通用戶使用的，因此DELFT3D又基于Matlab開發(fā)了人機交互界面，即FLOW-GUI。FLOff-GUI用戶界面的主要問題:1)是使用友好性，它是全英文的，不僅用起來很繁瑣，而且里面有大量英文的專業(yè)名詞、專業(yè)定義，又缺少解釋，用戶難以使用；2)它雖然可以把水體的網格模型打開，但是網格模型是獨立存在的，無法直接和實際的地理空間信息結合起來，導致在使用的時候真實地理環(huán)境和數學模型割裂，用戶無法根據了解的實際情況去配置模型；3)模型計算結果在Matlab下可以顯示，但是只能看到模型的輪廓，而無法和真實的地理環(huán)境結合起來，因此當觀察污染物遷移時，用戶并不能很好的了解到污染物具體到底已經遷移到了什么地址。針對這種情況，2011年Deltares把他們的DELFT3D-FL0W計算引擎開源，并公開免費提供下載和使用。
[0004]使用Matlab開發(fā)用戶人機交互界面，Fortarn和Matlab都是計算語言，而環(huán)境問題由是和地理信息相關的，他們的做法是可以通過數據轉換程序，使得系統可以識別部分空間數據格式，這種模式下模擬系統和地理信息系統是相互脫離的，無法一體化的在地理信息系統里進行人機交互式建模、計算和后處理，無法將空間分析和環(huán)境模擬相結合。無法滿足用戶對一體化的地理信息系統和環(huán)境模擬系統的需求。
[0005]進一步地，直接使用DELFT3D環(huán)境模擬系統只能在其獨立體系內進行環(huán)境建模、計算和展示，和其它信息化系統是無法整合的，而人們更需要以地理信息系統為基礎來一體化地使用環(huán)境模擬分析技術為完整的系統功能服務，目前這不能得到滿足。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，如何提供一種方法能將地理信息系統和環(huán)境模擬系統整合在一起，以通用的地理信息系統為基礎進行人機交互，基于地理信息系統實現環(huán)境模擬計算、環(huán)境模擬結果的可視化展示、環(huán)境模擬結果分析的關鍵問題。
[0007]為此目的，本發(fā)明提出了一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法，包括具體以下步驟:
[0008]S1:通過GIS平臺搭建軟件系統框架；
[0009]S2:分析Delft3D網格文件格式；
[0010]S3:分析Delft3D_FL0W的配置文件MDF文件格式，以及其中多個參數的意義，并在GIS平臺下開發(fā)人機交互配置界面配置所述多個參數；
[0011]S4:建立模型并通過GIS操作完成多個環(huán)境要素的配置任務；
[0012]S5:將配置結果輸出成數學計算引擎可以識別的文件格式輸出，并調用計算引擎進行計算；
[0013]S6:分析計算結果文件格式，并在GIS平臺下讀取文件，將其通過圖像處理技術處理成帶空間坐標的柵格圖像，加載到GIS平臺下進行顯示。
[0014]進一步地,所述步驟S2進一步包括:
[0015]S21:讀取所述網格文件；
[0016]S22:將讀取的所述網格文件轉換為帶空間坐標的多邊形網格；
[0017]S23:將所述多邊形網格加載到GIS平臺上。
[0018]具體地，所述多個環(huán)境要素為干燥點、壩、斷面和/或開邊界轉換為帶空間坐標的點、線和/或面要素。
[0019]具體地，所述多個參數為緯度、深度、鹽度、溫度、水密度、空氣密度、水溫、水體背景鹽濃度、風阻、入流邊界、出流邊界和/或反射參數等，其中，所述多個參數的個數為大于200 個。
[0020]為此目的，本發(fā)明提出了一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析系統，包括:
[0021]搭建模塊，用于通過GIS平臺搭建軟件系統框架；
[0022]分析模塊，用于分析Delft3D網格文件格式，以及分析Delft3D_FL0W的配置文件MDF文件格式，以及其中多個參數的意義；
[0023]配置模塊，用于在GIS平臺下開發(fā)人機交互配置界面配置所述多個參數；
[0024]建立模型模塊，用于建立模型并通過GIS操作完成多個環(huán)境要素的配置任務；
[0025]計算模塊，用于將配置結果輸出成數學計算引擎可以識別的文件格式輸出，并調用計算引擎進行計算；
[0026]顯示模塊，用于分析計算結果文件格式，并在GIS平臺下讀取文件，將其通過圖像處理技術處理成帶空間坐標的柵格圖像，加載到GIS平臺下進行顯示。
[0027]進一步地,所述分析模塊進一步包括:
[0028]讀取單元，用于讀取所述網格文件；
[0029]轉換單元，用于將讀取的所述網格文件轉換為帶空間坐標的多邊形網格；
[0030]加載單元，用于將所述多邊形網格加載到GIS平臺上。
[0031]具體地，所述多個環(huán)境要素為干燥點、壩、斷面和/或開邊界轉換為帶空間坐標的點、線和/或面要素。
[0032]具體地，所述多個參數為緯度、深度、鹽度、溫度、水密度、空氣密度、水溫、水體背景鹽濃度、風阻、入流邊界、出流邊界和/或反射參數等，其中，所述多個參數的個數為大于200 個。
[0033]本發(fā)明所公開的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法，通過基于地理信息系統技術完全自主開發(fā)用戶界面，將模型配置、計算和結果分析都整合在一體化的GIS平臺下，僅僅在需要計算的時候，直接將配置結果輸出成文件格式，然后調用Delft3D-FL0W引擎進行計算，在后處理時直接分析計算結果文件。這樣既能保證Delft3D-FL0W數學模型計算效果，大大優(yōu)化了人機交互友好性，同時將數學模型和空間地理信息結合在了一起，使用戶可以清晰的判斷污染物具體遷移擴散過程影響到了哪些地方，提高了分析的準確性。本發(fā)明還提出了一種基于地理信息系統與Delft3D-FL0W計算引擎的水環(huán)境分析系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中:
[0035]圖1示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的步驟流程圖；
[0036]圖2示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的地理位置示意圖；
[0037]圖3示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的多個參數配置圖；
[0038]圖4示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的模型圖；
[0039]圖5示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的模型分析結果圖；
[0040]圖6示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法的技術流程圖；
[0041]圖7示出了本發(fā)明實施例中的一種基于地理信息系統與Delft3D_FL0W計算引擎的水環(huán)境分析系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。
[0043]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于地理信息系統與DELFT3D-FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法，包括具體以下步驟:
[0044]步驟S1:通過GIS平臺搭建軟件系統框架。
[0045]步驟S2:分析Delft3D網格文件格式。進一步地，步驟S2進一步包括:讀取網格文件；將讀取的網格文件轉換為帶空間坐標的多邊形網格；將多邊形網格加載到GIS平臺上。
[0046]更進一步地，同類型的水動力-水質模型，除了荷蘭的Delft3D，還包括PART，ECO，WAQ以及美國的EFDC，SELFE等。針對上述不同的模型，有區(qū)別的操作一方面在于后臺對網格文件的分析與讀寫；另一方面在于需要將計算引擎配置文件的讀寫換掉。下面對Delft3D以及EFDC進行示例說明。
[0047]例如:GISFL0W里應用的為Delft3D_FL0W計算引擎，也就是Delft3D的水動力計算，其中包括邊界水流條件一項，用于描述在水體的開邊界上隨時間變化的水流量、水位、或水流速等參數。其在Delft3D-FL0W中格式顯示為:
【權利要求】
1.一種基于地理信息系統與Delft3D-FL0W計算引擎的水環(huán)境分析方法，其特征在于，包括具體以下步驟: 51:通過GIS平臺搭建軟件系統框架； 52:分析Delft3D網格文件格式； 53:分析Delft3D-FL0W的配置文件MDF文件格式，以及其中多個參數的意義，并在GIS平臺下開發(fā)人機交互配置界面配置所述多個參數； 54:建立模型并通過GIS操作完成多個環(huán)境要素的配置任務； 55:將配置結果輸出成數學計算引擎可以識別的文件格式輸出，并調用計算引擎進行計算; 56:分析計算結果文件格式，并在GIS平臺下讀取文件，將其通過圖像處理技術處理成帶空間坐標的柵格圖像，加載到GIS平臺下進行顯示。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2進一步包括: 521:讀取所述網格文件； 522:將讀取的所述網格文件轉換為帶空間坐標的多邊形網格； 523:將所述多邊形網格加載到GIS平臺上。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個環(huán)境要素為干燥點、壩、斷面和/或開邊界轉換為帶空間坐標的點、線和/或面要素。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個參數為緯度、深度、鹽度、溫度、水密度、空氣密度、水溫、水體背景鹽濃度、風阻、入流邊界、出流邊界和/或反射參數等，其中，所述多個參數的個數為大于200個。
5.一種基于地理信息系統與Delft3D-FLOW計算引擎的水環(huán)境分析系統，其特征在于，包括: 搭建模塊，用于通過GIS平臺搭建軟件系統框架； 分析模塊，用于分析Delft3D網格文件格式，以及分析Delft3D-FLOW的配置文件MDF文件格式，以及其中多個參數的意義； 配置模塊，用于在GIS平臺下開發(fā)人機交互配置界面配置所述多個參數； 建立模型模塊，用于建立模型并通過GIS操作完成多個環(huán)境要素的配置任務； 計算模塊，用于將配置結果輸出成數學計算引擎可以識別的文件格式輸出，并調用計算引擎進行計算； 顯示模塊，用于分析計算結果文件格式，并在GIS平臺下讀取文件，將其通過圖像處理技術處理成帶空間坐標的柵格圖像，加載到GIS平臺下進行顯示。
6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述分析模塊進一步包括: 讀取單元，用于讀取所述網格文件； 轉換單元，用于將讀取的所述網格文件轉換為帶空間坐標的多邊形網格； 加載單元，用于將所述多邊形網格加載到GIS平臺上。
7.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述多個環(huán)境要素為干燥點、壩、斷面和/或開邊界轉換為帶空間坐標的點、線和/或面要素。
8.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述多個參數為緯度、深度、鹽度、溫度、水密度、空氣密度、水溫、水體背景鹽濃度、風阻、入流邊界、出流邊界和/或反射參數等，其中，所述多個參數的個數為大于200個。
【文檔編號】G06F17/30GK104199887SQ201410421466
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】周迅 申請人:北京三易思創(chuàng)科技有限公司