山地风速地形修正系数沿山坡的详细插值分布

为研究山地风速地形修正系数η沿各向山坡的详细分布,对两座缩尺比为1∶300的具有不同坡度的余弦型单体山峰模型进行了风洞试验,获得了η沿迎、背、侧风坡面的详细分布.采用CFD软件Fluent建立数值模型,并将其计算结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模型的正确性.对具有不同高度（H=90~500m）,不同坡度（tanα=0.13~0.5）和不同形状（余弦型、高斯型、抛物线型）的山体进行了数值模拟,拟合了山坡任意位置的η值建议计算公式,并与各国规范进行对比.结果表明,相对于现有水平向线性插值模型,根据山脚和山顶的η值,以计算点距山脚点的垂直距离h为自变量的竖向线性插值模型更能安全、合理、简便地估计山坡任意点的η值.侧风坡面的加速效应对于η取值起控制作用;侧风坡脚的η值可相对于迎、背风坡脚分别大61.89%和94.09%,最大可达1.2.

基于三维地形修正的无线传感器网络覆盖盲区检测

三维地形下传感器节点经随机部署后,由于地形起伏的特点,会导致覆盖盲区的产生。为了能够有效检测覆盖盲区,本文提出了一种基于三维地形修正的无线传感器网络覆盖盲区检测方法,通过建立单位球感知模型,随机部署传感器节点,对节点进行Delaunay三角剖分。计算出三角形的外接圆,根据边界检测算法求出覆盖盲区边界,并且剔除假边界节点,得出改善后的边界。计算传感器节点的坡度和坡向信息,根据地形修正原理计算出传感器节点的实际探测半径,最终得出覆盖盲区的最小边界。仿真实验结果验证了该检测方法可有效检测三维地形下的覆盖盲区,对于起伏较大的地形也有一定的适应性。

不同坡度单体山丘风速地形修正系数与越山风效应风洞试验研究

为了研究不同坡度单体山丘风速地形修正系数与越山风效应对输电塔线结构的影响,对比了国内外5种规范取值与风洞试验测试结果,分析了不同坡度山丘山顶位置和迎、背、侧风坡面风速地形修正系数,并探讨了山丘风场竖向风速分量与紊流度变化特性.研究结果表明:5种规范中我国建筑结构荷载规范与高耸结构设计规范对不同坡度山丘山顶处的风速地形修正系数的取值最大;山顶位置风速地形修正系数并非完全随坡度增大而增加,坡度大于0.577之后达到1时,风速地形修正系数反而减小;现有的拟合公式计算山丘表面区域的侧风坡风速修正系数取值偏小,而计算上部区域的风速修正系数取值却明显偏大;山体坡度越大则竖向风速分量极大值反而越小,三类坡度山丘在迎风坡和背风坡测试的最大竖向风速分量与参考来流风速的比值分别为0.523和-0.542;山体坡度越大则表面紊流度越大,特别是陡峭山坡背风侧紊流度比较大,坡度为1时山丘背风侧0.6倍山体高度处的紊流度可高达35%.

一种计及微地形修正的输电线台风风险预警方法

台风过境时,较大的风力往往会引发风偏放电、断线、倒塔等事故,是对沿海地区电网安全可靠运行威胁最大的自然灾害之一。由于台风灾害的高风险性,建立台风预警体系能更经济有效的提升电网抵御台风灾害的能力。现有的电网台风风险预警方法直接使用气象局提供的区域性预测风速,并未考虑具体线路所处的微地形环境对风速的影响,易出现漏警以及虚警。因此,提出一种计及微地形影响的输电线台风风险预警方法。该方法把预警区域按经纬度划分为0.01°×0.01°的网格,将网格内的输电设备与网格微气象、微地形信息关联,建立了输电线微地形条件下的风速修正系数计算方法,可更准确地辨识遭受台风灾害影响的线路集并按风险等级进行预警。实例验证了方法的可行性和有效性。

利用测深侧扫数据和明暗恢复形状方法实现地形修正

一般的测深侧扫声纳应用中,单独利用回波数据的幅度信息或相位信息获取侧扫图或测深图以展示海底细节特征。为提取侧扫数据中的微地貌信息,实现更高精度的海底地形探测,提出了两步循环迭代算法:首先利用原始测深侧扫结果数据对散射模型进行最优拟合,其次,引入亮度误差修正因子,改进从明暗恢复形状算法并迭代地形,保证其快速稳定的收敛,最终通过循环迭代获取了海底底质参数和精度更高、与真实地形起伏相关性更强的地形深度值。同时,利用Jackson海底散射模型,模拟测深侧扫声纳信号的发射接收过程,并利用其回波数据,验证本迭代算法的正确性和有效性。结果表明:该方法可以有效地修正地形,且接收信噪比越高,地形修正效果越好;在信噪比为20 d B时,相比于原始测深结果,修正后地形起伏相关系数提升52. 4%,地形误差绝对值降低37%。最后,将该算法应用于测深侧扫声纳数据,通过修正前后地形图的对比分析,验证了本算法的可行性和有效性。

粘性-地形修正项对潮汐数值模拟影响的研究

目前近海海洋模型大多从近海地形变化剧烈和细化浅水分层两个方面综合考虑,垂向坐标通常采用σ坐标变换,并且一般情况下均忽略了在坐标转换过程中出现的粘性-地形项。以POM海洋数值模式(Princeton OceanModel)为基础,在对渤、黄、东海M_2分潮潮波的模拟中,具体分析了ε_u,ε_r,ε_s粘性-地形修正项对东中国海M_2分潮波系统数值模拟的影响。研究发现,加入粘性地形修正项后,可以增加模型中的耗散作用,使黄海西部M_2分潮模拟振幅减小约1～2 cm,渤海海区M_2分潮模拟振幅减小约4～5cm,在这两个区域潮汐振幅的减小会使得模拟结果偏离于实际观测结果,而在济州岛、长江口区域的模拟潮汐振幅约减小1～3cm,则会使模拟值更加接近于实际观测结果。从模型与90个验潮站的对比结果来看,粘性-地形修正项的作用范围相对较小,其整体影响并不很明显,但在某些特殊区域中该项对模型的输出结果有较为明显的影响。

多国规范山地风速地形修正系数对比研究

在山区建筑物抗风设计中,必须考虑地形对风场的影响。对比分析了中国GB 5009-2012、日本AIJ-2004、美国ASCE/SEI 7-10、加拿大NBC-2005、国际ISO标准ISO 4354-2009(E)、澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2-2011、欧洲BS EN 1991-1-4-2005、德国DIN 1055-4、英国BS 6399-2-1997等荷载规范中关于山地风速地形修正系数的有关规定。为便于比较,将地形修正系数计算公式统一形式。结合单体山峰风洞试验,探讨了不同坡度、不同维度山峰的迎风区、山顶和背风区的地形修正系数分布,对地形修正系数的规定提出建议。

基于Skyline的山地复杂地形修正方法研究

首先讨论了山地"数字城市"中地形方面存在的若干问题;然后提供了一种在Skyline的三维场景中,解决山地"数字城市"地形的高程失真以及山地"数字城市"地形与地面三维模型之间空间关系冲突问题的方案。

基于BIM的三维地形自动修正和拟合方法

在铁路工程BIM设计中,利用测绘资料生成的三维地形面是BIM设计的基准数据。现有铁路BIM设计软件一般利用已知特征点、线直接生成三角网,由该方法生成的面存在无法反映实际特征以及三角面之间过渡突兀等问题。针对此方法的不足,提出一种基于高斯过程回归模型的三维地形面拟合及修正方法,即利用少量特征点、线拟合三维地形面,也可以在顾及原始曲面三维特征的前提下,利用少量高精度特征点、线进行纠正,得到更高精度的地形面。该方法已应用于京张高铁BIM设计中,为路基、桥梁、隧道、建筑以及站后各专业提供了准确的地形基准,具备良好的实际应用价值。

风荷载地形影响修正系数分析

山地地形对风速影响非常显著,当风经过山地时,风速加速效应显著,位于山顶附近的建筑物所受的风荷载远大于平地上的建筑物。山区建筑抗风设计时,必须要考虑地形对风荷载的放大作用。为了分析不同地形对作用在建筑物上风荷载的影响,为山区建筑物抗风设计提供参考,对《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中地形影响修正系数的计算公式进行数值分析,对比分析了在不同坡度的山峰地形及山坡地形上风荷载地形影响系数随建筑物高度变化的规律。并且,通过算例对比分析了建筑物在不同坡度的山峰地形和山坡地形上,风荷载在建筑物上所产生的基底剪力和基底弯矩的变化规律。

三维场景建模中地物与地形匹配方法研究

针对三维场景建模中地物与地形匹配的处理方法问题,分析三维场景建模中地物与地形不匹配产生的原因,提出一种改进的解决地物与地形匹配的方法。通过在Delaunay三角网中嵌入地物特征约束条件,实现地物与地形无缝匹配;通过局部地形修正,对地形影响点的高程添加改正值,减弱匹配后地形的突变现象,使地形过渡自然。研究与试验结果表明,该方法能较好地适用于精密三维场景建模中面状地物与地形的匹配。

太原市城区植被覆盖变化地形分异效应

[目的]分析山西省太原市城区植被覆盖变化在高程、坡向、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的分异效应,为该市生态环境保护提供基础信息。[方法]基于2004年8月、2007年8月、2011年8月、2014年9月、2016年9月的Landsat系列影像和ASTER GDEM数据,采用像元二分模型法估算太原市城区5个时期的植被覆盖度,对其时空动态变化特征进行分析,并结合地形面积差异修正系数分析植被覆盖变化在不同地形因子上的分异性及变化趋势。[结果](1)2004—2016年植被覆盖度以中高度覆盖度和高度覆盖度为主,二者占总面积的65%以上,总体呈显著上升趋势,植被覆盖度显著下降区主要分布在小店区和尖草坪区,而中东部和西部植被覆盖度上升较快;2007—2011年植被覆盖度减少面积为852.70 km^2,增加面积为601.62 km^2,总体呈退化趋势,而2004—2007,2011—2014,2014—2016年植被覆盖度增加面积超过研究区面积的1/2,植被恢复效果较好;(2)不同坡向上,在平地区域不同植被覆盖变化类型的分布差异较显著,其余坡向上的差异不明显;不同植被覆盖变化类型在不同高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的空间分布差异明显。[结论]坡向对植被生长变化的影响不明显,而高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度对植被覆盖变化的地形效应较明显。

祁连山国家公园植被覆盖变化地形分异效应

[目的]分析祁连山国家公园不同时间植被覆盖变化情况以及不同高程、坡度、坡向等地形条件下植被覆盖变化的空间分异性,为祁连山生态环境修复和保护提供参考依据和数据支撑。[方法]利用祁连山2006,2014,2019年3期遥感影像,采用像元二分模型估算植被覆盖度,结合趋势分析法和地形面积修正法,对不同地形条件下植被覆盖空间分异性及变化特征进行分析。[结果]①祁连山植被覆盖度空间分布格局为西北部低,东南部高,总体以较低植被覆盖度为主。2006—2019年,祁连山植被覆盖度整体呈增加趋势,增加面积约占46.7%,减少面积约占33.3%,植被恢复状况较好,其中,低和较低植被覆盖度面积减小,其他等级植被覆盖度面积均有不同程度的增加。②祁连山植被覆盖变化在不同高程范围内存在明显差异:3200 m以下中低海拔区域呈增加趋势,2200 m以下低海拔区域增加特别明显;3700 m以上中高海拔区域则呈减少趋势,且海拔越高减少趋势越明显。③随着坡度的增加,祁连山植被覆盖变化趋势由增加转为稳定再转为减少。坡度15°以下区域呈增加趋势;坡度25°以上区域呈减少趋势;坡度40°以上区域减少趋势尤其明显;坡度15°~25°范围内分布相对稳定。④从坡向来看,除平地外,祁连山植被覆盖变化类型在其他坡向上的差异较小。[结论]祁连山植被覆盖变化在高程、坡度等地形条件下差异明显,坡向的地形效应不明显。

桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应

基于1999—2010年的SPOT NDVI数据,分析了河池市植被变化趋势及空间差异,并结合气象和地形数据分析了植被与气候、地形的关系。结果表明:(1)桂西北喀斯特地区植被变化总体上呈恢复趋势,年均气候因子对植被变化的作用不明显;(2)200—500m的海拔范围内植被恢复显著,但400—500m的海拔范围内有小面积植被退化现象,随着海拔增加,植被变化趋于稳定;(3)6—15°的坡度范围内植被恢复最显著,而2—6°及大于25°坡度范围存在植被退化的现象;(4)不同坡向上的植被恢复差异不明显,但随着坡向由阴坡转阳坡,植被总体恢复呈减小趋势。喀斯特地区人类生态建设取得一定成效,但由于人类活动的负面影响,在海拔400—500m、坡度大于25°的阳坡区域仍存在植被减少的现象。

基于WRF模式的台风“莫兰蒂”地面风场模拟方案对比

利用中尺度气象研究与预报(Weather Research and Forecasting, WRF)模式结合30m分辨率数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)数据进行地形改进,模拟2016年第14号台风“莫兰蒂”10m高水平风场,选择相关系数、准确率和认同指数3个统计参数,对嵌套3km、无嵌套5km和无嵌套3km三种方案的模拟结果进行比较,评估各测风站位置10min间隔模拟风速序列与实测风速资料之间的误差。结果表明,三种模拟方案的台风路径移动方向及移动速度均与实况相近,无嵌套3km方案模拟的台风路径整体偏移最小;模拟风速与极大风速最为接近,且无嵌套3km模拟方案模拟风速明显优于其他两个方案;三种方案在台风中心登陆位置的相关系数、模拟准确率都高于0.7,无嵌套3km认同指数达到0.84,准确率为87.57%,沿海地区优于内陆地区。因此,无嵌套3km方案可以作为一种基于风险模拟构建的精细化台风风场数据的方法。

山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方法

首先通过分析四渡河峡谷大桥桥位周边地区标准气象站的基本风速数据,拟合基本风速和海拔的变化关系,用海拔修正确定山区峡谷大桥的基本设计风速;然后通过地形模型风洞试验研究影响山区峡谷风速的主要因素。结果表明:山区峡谷风速主要受峡谷风、越山风和遮挡三大类地形效应影响,相应风向的设计风速大小可用地形系数修正;山区峡谷桥梁的设计基本风速受海拔影响很小,随着海拔增高,基本风速略有增大;山区峡谷桥梁的抗风设计风速等于桥位的基本风速乘以地形修正系数,而平坦地貌的平均风速剖面模型已不再适用。

过流阻水建筑物在二维平面水动力数值模拟中的处理方法

基于实际过流阻水建筑物的过流特性,利用内边界法、等效过流糙率修正法和等效过流地形修正法修正过流能力,以达到与真实过流特征等效的目的。通过应用于二维水动力数值水槽模型,比较分析3种方法在恒定流和非恒定流条件下的水位及流速计算效果。结果显示,内边界法和等效过流糙率修正法能如实反映过流阻水建筑物的过流和周围区域的流场特征,等效过流地形修正法因局部地形变化,模拟的流速和水位发生突变,误差相对较大。

基于短期实测数据的普立大桥设计风速推算

基于普立大桥桥位处临时观测站的短期风速资料,采用了区组模型、超阈值模型、风速相关性方法和虚拟气象站法对普立大桥设计风速进行了推算。此外,结合数值模拟方法,通过模拟桥位区域的地貌特性,确定了观测站风速与桥面参考点风速之间的关系,得出了桥面各点的设计风速。结果表明:用不同方法得出的设计风速有一定差异,比较而言,对于短期数据,建议采用相对合理的超阈值模型;山区峡谷桥梁风速沿着桥轴线分布并非均匀,采用规范给出的统一地形修正参数进行设计不够准确,应该针对具体情况通过数值模拟或者风洞试验进行修正。

山区大型变电站噪声预测优化方法

我国大型山区变电站噪声预测存在地形处理粗糙、噪声预测耗时长、声源简化程度大等问题,为解决这些问题,提出了三种噪声预测优化方法,包括基于土石方平衡图的地形分区修正技术、构建噪声接受点进行噪声计算、对大型变电站将主要声源简化为体声源。通过应用噪声预测优化方法,可有效解决山区大型变电站预测过程中存在的问题,缩短噪声预测耗时,提高噪声预测的准确率。

基于MIKE21 FM的南渡江河口段行洪能力分析

为预测并分析滨江西带状公园建设后对南渡江河口段行洪能力的影响,基于MIKE21FM水动力模块,建立了南渡江河口段平面二维水流数值模型。首先结合水文站实测洪水资料,对河口段河道、滩地糙率参数进行率定与验证。将公园模型概化为局部阻力修正和局部地形修正两种方式,然后分别模拟计算三种潮洪组合工况下河口段水面线和流场变化。计算结果表明,两种概化方式计算结果基本一致,公园建设后河道地形和糙率发生变化,导致水面线壅高和主流流速加大。阻力修正法计算的水面线壅高值稍偏大,但仍低于左右岸防洪堤设计水位,没有降低南渡江河口段防洪能力。司马坡岛附近局部出现高流速区,有必要采取相应的防冲措施。