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对《城市暴雨积水预报系统》若干核心算法的改进与实现

作　者: 刘勇
导　师: 李学武
学　校: 天津师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 暴雨沥涝网格剖分 Newton法积水建模矢量图分析
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 85次
引　用: 1次
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内容摘要

本文是作者在参与北京气象台与天津师范大学共同研制的《北京市暴雨沥涝灾害预报系统》工作的基础上完成的。本文作者的研究工作，重点放在数学建模与基本算法的改进等方面，其中包括：以二维非恒定流水动力学方程为基本模型，推导出了求解地面通道积水的统一方程并使用Newton法来求解对应的非线性方程组；根据具体地理信息和排水特点提出了以聚类后的下水井入口为中心的细胞生长算法，实现了半自动网格剖分；提出了按照矢量地图颜色块来自动计算网格与网格之间的通路宽度以及网格内高大建筑密度，提高了积水深度计算的精确度；从基本力学方程入手，探索了另一种不同的计算量较少的积水模型，并建立了对应的迭代方程。与上述四方面工作对应的理论分析、公式推导和程序实现，都是由作者独立完成的。尽管这些工作尚有不完善之处，但对“沥涝灾害预报系统”的研发和改进，都具有重要的意义和显著的效果。此外，作为“沥涝灾害预报系统”的主要研发人员之一，作者还参与了若干功能模块的具体设计工作。本系统是在.NET环境下开发的，采用C#编程语言，以SQL Server 2000为后台数据库。预计系统全部完成后，在城市暴雨沥涝灾害预报方面将会发挥重要的作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-11
  1.1 概述  8
  1.2 研究意义  8-9
  1.3 国内外相关研究  9-10
  1.4 本文研究内容  10-11
第二章系统功能介绍  11-14
  2.1 开发与运行环境  11
  2.2 系统功能模块  11-14
第三章城市暴雨积水基本数学模型  14-28
  3.1 涉及的浅水动力学  14
  3.2 浅水动力学基本方程  14-17
    3.2.1 三维流动的基本方程  14-15
    3.2.2 二维流动的基本方程  15-17
    3.2.3 一维流动方程  17
  3.2 方程的离散  17-20
    3.2.1 连续方程的离散  17-18
    3.2.2 动量方程的离散  18-20
  3.3 特殊通道的模拟与计算  20-22
    3.3.1 模拟的思路  20-21
    3.3.2 计算方法  21-22
  3.4 城市排水系统的模拟与计算  22-28
    3.4.1 城市排水管网的概化  22-23
    3.4.2 管网中明渠流与有压流共存的处理方法  23-24
    3.4.3 排水管网内水流计算方法和步骤  24-26
    3.4.4 泵站和闸门的模拟  26-28
第四章地面统一方程的建立与求解  28-38
  4.1 统一方程的推导  28-31
  4.2 方程组的求解  31-38
    4.2.1 Newton法  31-32
    4.2.2 程序实现  32-38
第五章网格剖分与面雨量计算  38-50
  5.1 生成网格的细胞生长算法  38-40
  5.2 地形信息的数据库结构  40-46
  5.3 网格面雨量计算方法的改进  46-50
    5.3.1 一般的最小二乘法  46-47
    5.3.2 动态加权最小二乘法  47-49
    5.3.3 两种方法的对照  49-50
第六章网格积水计算  50-55
  6.1 边界分析  50-51
  6.2 通路宽度计算方法  51
  6.3 积水深度计算  51-52
  6.4 一种小运算量网格间汇水模型  52-55
第七章系统的改进及今后工作方向  55-56
参考文献  56-58
硕士期间的科研与发表的学术论文  58-59
致谢  59

对《城市暴雨积水预报系统》若干核心算法的改进与实现

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