城市地震灾害模拟可视化信息管理系统开发

通过对城市地震灾害模拟可视化信息管理系统开发研究,描述了系统的需求分析、结构设计和功能模块等内容,指出系统建设特色,并以山东省潍坊市为例展示了信息管理系统的主要功能,为城市抗震防灾工作提供了科学工具,对城市其他灾害防御和管理也有一定的借鉴意义。

灾害模拟和后果分析软件架构

本文为基于GIS的公共安全应急体系中各灾害模拟和后果分析模块,研究并建立了一个从概念到实现的统一可扩展的接口,使公共安全灾害模拟和后果分析领域的研究成果能被广泛共享,并且更容易建立一个整合各类已有研究成果的软件体系。并且,本文结合"国家十五重点科技攻关(滚动)项目:合肥市公共安全应急示范试点研究"项目给出了原型实现。

基于有源淹没算法的喀斯特山区洪水灾害模拟及评估研究

贵州为典型的喀斯特地区,由于地势险峻,因此在贵州地区山洪频发,造成地区经济、农业等损失较大。为降低洪灾对地区造成的影响和损失,本文研究拟采用淹没算法对研究区淹没情况进行模拟,确定淹没区域,然后根据淹没情况对地区洪水灾害进行预警,为洪水灾害预防提供参考。

计及台风灾害全过程模拟的配电网差异化加固规划韧性提升方法

台风会对配电网系统造成严重影响,制定架空线路的防风加固规划方案至关重要。为提高配电网抵御自然灾害的韧性,提出一种计及台风灾害全过程模拟的配电网差异化加固规划韧性提升方法,通过模拟台风登陆至消亡时刻全过程实时风况信息,对各线路实施差异化加固。首先,利用狄利克雷过程混合模型(dirichlet process mixture model,DPMM)聚类算法提取典型台风登陆场景,结合风暴轨迹模型和Batts风场模型模拟实时台风移动路径和台风风场,计算配电网线路实时故障概率。然后,结合台风场景模拟结果和不同设计风速标准下的差异化的架空线路故障率,建立以多等级线路加固年投资成本、台风过境过程中失负荷成本、停电损失和维修成本最小为目标的双层随机规划模型,并利用Benders分解算法进行求解。最后,以改进IEEE33节点系统为例,对所提方法有效性进行了验证。

城市雨洪灾害模拟与预警技术研究综述

为全面反映国内外在城市雨洪监测与风险评估研究领域的最新进展,首先对灾害模拟数据来源、城市雨洪模型、内涝风险评估3个领域的研究现状进行梳理;其次,从数据采集到应用全流程的角度进行系统归纳,提出当前研究的不足及趋势。研究发现,单一的监测技术缺点明显,综合多源信息是未来的研究方向,我国雨洪灾害模拟模型的综合性和通用性有待提高,同时有待建立科学完善的风险管理体系。

冰碛土滑坡-泥石流-堰塞湖灾害链发展过程机理与模拟技术研究构想

中国青藏高原地区分布有丰富的冰碛土物源,其历史成因复杂、物质结构多变、力学性能差异大,在降雨和冰雪消融作用下常有滑坡失稳发生,冰碛土滑坡碎屑物进入沟道与水流掺混极易发生滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链,是高原地区防灾减灾的重点和难点。近年来,川藏铁路工程及重大水电开发等面临冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的巨大威胁,因此,提升防灾减灾救灾能力是国家重大需求。冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖是一个级联放大的链式灾害过程,涉及滑坡起动、运动性态转变、沿程侵蚀放大、多期堵江叠加、溃坝水沙耦合等复杂动力演化机制,尤其在复杂气象条件下,冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖的动力形成、溃决冲刷及洪水演进等方面存在机理不清、模型不准、模拟技术缺乏等问题,亟需开展冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制、控制性理论模型及全过程数值模拟等研究工作。结合国内外冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成与溃决的相关研究现状,提出冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害需要关注的几个重要研究方面:1)复杂气象条件下冰碛土力学性能演化;2)冰碛土滑坡—泥石流动力灾变过程与运移模型;3)冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖形成机理与仿真模拟;4)冰碛土堰塞坝冲刷溃决机理与流道拓展过程;5)下游河道水沙互馈作用机制与洪水演进模拟。同时,开展了大量前期探索和研究工作,初步揭示了冰碛土滑坡—泥石流运移与多期堵江机制,构建了考虑水流侵蚀与溃口边坡间歇性崩塌的堰塞坝溃决演化模型,并探讨了冰碛土—滑坡—泥石流—堰塞坝灾害链演化过程模拟方法。研究结果为进一步弄清冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链过程的复杂动力学机制,构建灾害链过程的控制性理论模型,开发全过程数值模拟系统奠定了基础,以期为冰碛土滑坡—泥石流—堰塞湖灾害链的成灾机理分析提供理论依据,并为非工程避险与应急处置决策提供技术支撑。

VR自然灾害场景体验模拟系统

地震,火灾等自然灾害带给国家以及个人不可挽回的损失。加强人们对灾害的认识,科普灾害自救知识具有重要意义。在现实生活中,要重现地震火灾等场景不易实现。本文利用3Ds Max、Revit与UE4模拟重现四种灾害场景,运用3Ds Max构建三维场景模型和道具模型,运用UE4进行组装拼接布置场景,真实客观的灾害场景力求给人沉浸式体验。应用于虚拟现实状态下学习自救知识。合理应对,起到防灾减灾的目的。

爆炸地冲击扰动诱发含结构面围岩破坏模拟试验

为研究远区爆炸作用产生的地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制,采用地冲击效应模拟试验装置开展了相似模拟试验研究。采用边长为1.3 m的立方体试件,实现了从地应力加载(1 000 m埋深)、洞室开挖到爆炸地冲击扰动加载全过程的模拟。试验过程中,将各类传感器放置在试件和洞室内部,监测试验过程中的应力、应变、位移变化,以及洞室内部的破坏情况。通过在试件顶部施加不同峰值的冲击扰动荷载,再现了碎屑崩出、裂隙连通导致块体崩出、块体滑移和断层激活等破坏现象,初步得到了深埋洞室的安全阈值。分析得到了含裂隙围岩、块系围岩和含断层围岩在不同地冲击扰动作用下的破坏机制。试验结果表明,较小的动力扰动即可诱发深埋洞室的破坏,并且随冲击扰动次数的增加和冲击荷载峰值的增大,洞室破坏程度会加剧;此外,在爆炸远区,地冲击扰动仍可诱发工程灾害。

一种融合多因素的MOS风暴潮灾害过程模拟研究

风暴潮数值模型预报结果在小尺度区域往往存在弱于或强于实况的问题。针对此问题,该风暴潮灾害模拟方法融合数值模型预报结果为特征要素,使用一种基于多要素MOS(Model Output Statistics)风暴潮灾害过程模拟方法来实现对风暴潮灾害的预报。该模拟方法是将低维的特征向量映射到高维的隐含层中进行支持向量机(SVM)学习训练并控制输出相对误差,其特点在于MOS风暴潮灾害过程模拟中融入数值模型预报结果,并通过在一定的约束条件下最小化不敏感损失函数的逐渐优化逼近实测值来实现。实例验证结果表明:在风暴潮灾害过程减增水切换时期,数值模型预报的水位增水峰值为0.95 m,低于水位实际增水峰值1.1 m,历时5 h,预报曲线表现较为平滑,而MOS风暴潮模型在此期间模拟得到历时2 h就达到水位增水峰值1.14 m,模拟曲线爬升明显较快,这与实际风暴潮灾害过程的特征更加吻合;从预报结果的均方误差(RMSS值)和相关系数(CORR值)来看,MOS风暴潮模型预报结果的RMSE值和CORR值分别为0.165 m和0.945,相比数值模型的0.190 m和0.912都有所提高,可为后期精细化风暴潮预报工作提供一种新的过程模拟思路。

暴雨洪水管理模型的城市内涝淹没模拟

为解决暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)无法模拟城市地表淹没过程的问题,提出一种改进SWMM的内涝灾害模拟方法.该方法通过改进SWMM模型的构建方式,将城市地表数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据概化为水池并输入到模型中进行模拟,使得溢流水体可以沿着水池底部地形流动,并依据模拟结果和DEM数据计算出城市地表的淹没过程.通过实例对此方法进行了验证.研究结果表明:通过本文方法可以利用SWMM模拟出城市地表的淹没深度和淹没范围,实现了内涝灾害模拟,为城市内涝防治研究提供了参考依据.

多相流灾害场景的真实感建模与绘制

自然灾害场景的真实感建模与绘制在防灾救灾、影视特技制作及数字娱乐等方面有着广泛的应用.提出一种新的基于物理的多相流模型来模拟洪水、泥石流、山体滑坡等一系列自然灾害景象.基于各种灾害现象的成因建立不同阶段的流体行进模型,并通过改进传统的平滑粒子流体动力学方法,成功地实现了固液两相之间的相互作用,建立了新的多相流运动模型;通过调节模型中的固相体积比及其他特征参数,可绘制出洪水、泥石流和山体滑坡等不同灾害场景的动态过程,并生动地展示灾害性多相流摧毁建筑物的过程.

上海中心城区复合洪涝淹没模拟及未来重现预估

台风影响期间造成的极端大风、降水和台风风暴潮极易引发洪涝灾害,叠加天文大潮、上游来水和未来海平面上升等因素将会对沿海特大城市的公共安全造成严重威胁。采用水动力模型ICM InfoWorks模拟了"海葵"台风影响期间"台风、暴雨、天文大潮"三碰头和"菲特"台风影响期间"台风、暴雨、上游来水及天文大潮"四碰头造成的上海市中心城区复合洪涝灾害淹没情况。结果表明历史"海葵"、"菲特"台风影响期间,上海中心城区受淹地区主要出现在黄浦江、苏州河附近地势低洼的上海老城区。接着基于PGW方法驱动WRF模式输出2050年"海葵"和"菲特"台风重现期间的降水数据,同法模拟上海地区复合洪涝灾害情况,结果显示未来气候变暖背景下,2050年"海葵"和"菲特"台风重现时降水均呈增加趋势,中心城区受淹面积和淹没深度均明显强于历史同期。

三维GIS技术在长江流域洪水灾害防治中的应用

洪水灾害作为长江流域最严重的自然灾害之一,给人民生命和财产安全造成了巨大的威胁。介绍了基于三维GIS平台的洪水灾害模拟方法,该方法利用多种数据源及相关知识信息,结合三维GIS技术具有多维度、多尺度、多层次的表达能力及强大的数据分析功能,建立洪水灾害评估模型。根据洪水淹没区的水文地质特征,分析洪水演进的规律,在大范围地形上实现洪水灾害三维动态模拟,模拟出洪水范围、深度和洪水历时等信息,为洪水灾害防治、减灾防灾决策提供强有力的技术支持。

矿井救灾模拟演练系统的研究和应用

矿山救护队是煤矿抢险救灾的主要力量,目前国内矿山救护队训练手段单一,训练局限于常规的体能训练,不能有效训练队员应对煤矿井下突发灾害时的应急反应能力。该文设计了一种矿井救灾模拟演练系统,该系统能够通过电气控制与监测监控手段营造矿井灾害时期的高温浓烟和缺氧等灾害环境以及声光特性,训练受训人员在矿井火灾、瓦斯爆炸、冒顶和水灾等灾害环境下的应急救援能力和心理素质。系统在陕西陕煤彬长集团救援中心成功应用,取得了良好的现场使用效果。

集群并行技术优化泥石流模拟数据处理研究

为解决泥石流等灾害模拟过程中海量数据处理的耗时问题,提出了采用集群并行方法来提升模拟过程中的数据处理效率,以达到灾害流模拟的高效性。集群计算技术已在大量的科学计算中得到广泛应用并且效果明显,但在工程模拟方面还未得到系统的实践,构建算法也没有相应标准参考。为泥石流模拟计算过程设计并行算法、构建集群平台,测试结果表明,集群并行处理方法明显提高了泥石流模拟数据处理的效率。

城市地下管网地震灾害情景可视化方法研究

地震灾害情景构建研究对直观展示整个地下管网的灾害情景和薄弱环节具现实意义,是防灾减灾工作的重要组成部分。为了提升大中城市地下管网地震灾害情景的三维可视化效果,研究了基于VTK函数库和Python语言利用地下管网空间位置数据及管线表面的TIN表达算法,实现了外部数据转换、城市大规模三维管网模型建立及地震反应动态可视化。并运用该方法开展了广东省某城市地下管网的震害仿真模拟,展示了该研究方法的可视化效果,对城市地下管网的抗震薄弱环节判断、地震破坏状态和抗震性能评估等工作均具参考价值。

基于水动力模型的小流域洪水淹没分析

梅州河流域东临韩江,大部分地势低洼,受锋面雨、台风雨影响,4-10月份暴雨多发,洪、涝、潮灾害时常发生。本文针对梅州河流域历时短强度大、具有陡涨陡落特性的洪水分布特征进行水动力数值模拟研究,利用MIKE FLOOD模块建立一二维水动力模型,模拟该地区的洪水时空分布特征和淹没情况,在此基础上对滞洪区调蓄能力进行评估分析,研究成果可为中小流域城市洪水治理提供借鉴。

虚拟现实技术在煤矿安全中应用的现状及分析

在介绍虚拟现实技术概况的基础上,系统地分析了虚拟现实技术在矿井规划和设计、开采系统优化模拟、地质构造模拟、灾害模拟、安全技术培训及事故调查等方面应用的国内外现状,并对虚拟现实技术在煤矿安全中应用的研究重点、研究方向和发展趋势提出了建议。

虚拟现实技术在煤矿安全领域的应用与主要实现方法

在简要介绍虚拟现实技术概况的基础上,分析了虚拟现实技术在矿井规划和设计、采掘工作面模拟、灾害模拟、安全生产培训等主要方面应用的现状,并举例说明了虚拟现实应用于煤矿安全领域的主要实现方法和技术。