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三维空间分析技术在数字航道中的应用研究

作　者: 于丽娜
导　师: 李蔚清
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 空间分析数字高程模型推演断面冲淤通航能力
分类号: U612
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 71次
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内容摘要

近年来,随着航道建设的发展,对航道管理水平提出了更高的要求。科学计算可视化凭借其可以有效且形象地解释大量的数据的优势,在科学与工程计算领域被广泛采用。在航道数字化领域,利用地形三维可视化技术,可以快速地再现河床的三维信息,为河床演变等航道分析提供有效的手段。本文基于可视化技术,对苏南运河航道进行三维建模,利用三维空间分析方法对航道数据进行空间分析和应用研究。本文在分析苏南运河航道测量原始数据的基础上,研究了将栅格形式和矢量形式的原始断面测量数据转化为数字高程DEM数据的方法,完成了苏南运河航道的三维建模；利用DEM数据进一步生成航道表面模型、航道等高线图、航道任意断面图,并且提出了利用DEM数据生成航道推演断面的方法,从而可以多角度展现航道河床形态；基于航道断面数据进行断面对比分析,为分析河床的演变过程提供了技术手段,同时提出了一种基于体素化方法的冲淤工程量计算方法,较之以往的工程计算方法,计算结果更加精确；结合数字航道应用系统中的实时水位、流速、风速等数据,设计了一种分析任意航道断面船舶通过能力的方法,为航政管理部门提供了船舶通航能力决策支持手段。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
图表目录  8-10
1 绪论  10-15
  1.1 论文研究背景  10
  1.2 国内、国外研究现状及分析  10-13
    1.2.1 数字航道领域可视化技术的应用  10-12
    1.2.2 河道三维地形展现  12-13
    1.2.3 航道通航能力研究  13
  1.3 本论文研究内容和结构框架  13-15
    1.3.1 论文的主要研究内容  13-14
    1.3.2 论文的组织  14-15
2 数字航道三维模型的建立  15-32
  2.1 数字高程模型DEM  15-17
    2.1.1 规则格网DEM数据结构  15-16
    2.1.2 不规则三角网DEM数据结构  16
    2.1.3 规则格网与不规则三角网结构混合结构  16-17
    2.1.4 规则格网至不规则三角网的转换  17
  2.2 DEM数据的获取  17-18
  2.3 规则格网DEM的建立  18-26
    2.3.1 DEM三维模型重建  18-20
    2.3.2 航道断面测量数据生成规则格网DEM  20-26
    2.3.3 运用三角剖分生成河床线框图  26
  2.4 生成航道等深线  26-31
    2.4.1 等值点的计算  27-28
    2.4.2 等高线追踪  28-29
    2.4.3 等高线平滑  29-31
  2.5 本章小结  31-32
3 基于数字航道三维模型的断面分析  32-48
  3.1 概述  32-33
  3.2 断面对比分析  33-35
    3.2.1 横断面对比分析  33-34
    3.2.2 纵断面对比分析  34-35
  3.3 任意断面的生成  35-37
  3.4 生成推演断面  37-43
    3.4.1 确定参照断面位置  38-40
    3.4.2 计算推演断面位置及走向  40-42
    3.4.3 确定推演断面线两端点位置  42-43
  3.5 航道冲淤分析  43-47
    3.5.1 传统冲淤工程量计算方法  43-44
    3.5.2 基于体素的冲淤计算  44-47
  3.6 本章小结  47-48
4 基于实时数据的航道通航能力分析  48-64
  4.1 航道建模  48-56
    4.1.1 航道深度对航道船舶通过能力的影响  49-50
    4.1.2 航道宽度对航道船舶通过能力的影响  50-54
    4.1.3 弯曲航道曲率半径对航道船舶通过能力的影响  54-55
    4.1.4 桥区航段航道尺度对航道船舶通过能力的影响  55-56
  4.2 船舶建模  56-57
  4.3 航道通航能力辅助决策  57-62
    4.3.1 通航能力判断的数据来源  57
    4.3.2 航道深度和宽度数据的获取  57
    4.3.3 航道曲率半径的获取  57-59
    4.3.4 通航能力判断  59-62
  4.4 本章小结  62-64
5 系统的设计实现  64-70
  5.1 系统的总体实现  64-65
    5.1.1 系统组成  64
    5.1.2 断面原始测量数据管理  64-65
  5.2 航道三维模型展现  65-67
  5.3 断面分析子系统实现  67-68
  5.4 冲淤辅助分析子系统实现  68-69
  5.5 航道通航能力辅助分析子系统实现  69
  5.6 本章小结  69-70
6 总结与展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75

三维空间分析技术在数字航道中的应用研究

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