本發(fā)明涉及水動(dòng)力模型構(gòu)建，具體為一種基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型廣泛應(yīng)用于河流管理、洪水預(yù)測(cè)、水資源規(guī)劃等領(lǐng)域。這些模型基于水文數(shù)據(jù)、氣候條件和地形特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠模擬水流的行為，如流速、流量和水位等。傳統(tǒng)模型主要依賴于靜態(tài)的數(shù)據(jù)和假設(shè)，通常通過(guò)數(shù)學(xué)和物理方程來(lái)描述水流行為。然而，這些模型在處理復(fù)雜的變化環(huán)境、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成和高度互動(dòng)的可視化表達(dá)方面存在限制。

2、隨著計(jì)算能力的提高和數(shù)據(jù)科技的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為模擬和管理復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的方法。數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建物理實(shí)體的數(shù)字化副本，允許用戶在虛擬空間中模擬、分析和預(yù)測(cè)實(shí)體的行為。在水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)集成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣候變化模型和地理信息系統(tǒng)（gis），提供了一種動(dòng)態(tài)且交互性強(qiáng)的模擬環(huán)境。

3、盡管有顯著進(jìn)步，但水動(dòng)力學(xué)數(shù)字孿生模型仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括如何高效地處理和集成大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如何提高模型的精確度與適應(yīng)性，以及如何確保模擬結(jié)果的可靠性和實(shí)用性。此外，還需要更好地將模型應(yīng)用于決策支持系統(tǒng)，幫助政策制定者和工程師做出科學(xué)的管理和干預(yù)決策。

4、基于上述方案發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)存在的局限至少包括如下問(wèn)題，首先，傳統(tǒng)方法通常依賴于靜態(tài)的數(shù)據(jù)模型，缺乏動(dòng)態(tài)更新和實(shí)時(shí)模擬的能力，并且參數(shù)評(píng)估往往局限于初期設(shè)計(jì)階段，未能充分考慮整個(gè)生命周期中可能發(fā)生的變化，從而容易導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中效益與預(yù)期不符，極大地影響了構(gòu)建后的模型的精確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)方法通常依賴于靜態(tài)的數(shù)據(jù)模型，缺乏動(dòng)態(tài)更新和實(shí)時(shí)模擬的能力，并且參數(shù)評(píng)估往往局限于初期設(shè)計(jì)階段，未能充分考慮整個(gè)生命周期中可能發(fā)生的變化，從而容易導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中效益與預(yù)期不符，極大地影響了構(gòu)建后的模型的精確性的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：獲取河流的歷史水流數(shù)據(jù)以及河流地理信息，所述歷史水流數(shù)據(jù)包括歷史河流入口狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史河流中段狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史河流出口狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述河流地理信息包括河邊界信息和河床信息；對(duì)河流的歷史水流數(shù)據(jù)以及河床信息分別進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件、河床參數(shù)數(shù)據(jù)集；基于河邊界信息和河床參數(shù)數(shù)據(jù)集建立河流三維模型；基于河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件對(duì)河流三維模型進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模擬，并對(duì)水動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估調(diào)整，直至河流三維模型符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

3、進(jìn)一步地，所述歷史河流入口狀態(tài)數(shù)據(jù)具體為河流上游入口的入口橫截面積值以及每個(gè)測(cè)量位置的歷史入口水流流速測(cè)量值、歷史入口水流水位測(cè)量值，所述歷史河流中段狀態(tài)數(shù)據(jù)具體為河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域橫截面積值以及每個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值、歷史區(qū)域水流水位測(cè)量值，所述歷史河流出口狀態(tài)數(shù)據(jù)具體為河流上游出口的出口橫截面積值以及每個(gè)測(cè)量位置的歷史出口水流流速測(cè)量值、歷史出口水流水位測(cè)量值，所述河邊界信息具體為河流的兩邊界的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，所述河床信息具體為每個(gè)河床區(qū)域的每次測(cè)量的河床高度測(cè)量值，所述河流入口邊界條件包括河流上游入口的入口水流流速值、入口水流流量值、入口水流水位值，所述河流中段邊界條件包括河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速值、區(qū)域水流流量值、區(qū)域水流水位值，所述河流出口邊界條件包括河流下游出口的出口水流流速值、出口水流流量值、出口水流水位值，所述河床參數(shù)數(shù)據(jù)集具體為每個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值。

4、進(jìn)一步地，得到河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件的具體步驟分別如下：讀取河流上游入口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史入口水流流速測(cè)量值、歷史入口水流水位測(cè)量值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的每個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值、歷史區(qū)域水流水位測(cè)量值、河流上游出口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史出口水流流速測(cè)量值、歷史出口水流水位測(cè)量值，并進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)預(yù)處理之后的河流上游入口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史入口水流流速測(cè)量值、歷史入口水流水位測(cè)量值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的每個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值、歷史區(qū)域水流水位測(cè)量值、河流上游出口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史出口水流流速測(cè)量值、歷史出口水流水位測(cè)量值，分別結(jié)合加權(quán)平均法進(jìn)行綜合分析，得到河流上游入口的入口水流流速值、入口水流水位值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速值、區(qū)域水流水位值、河流下游出口的出口水流流速值、出口水流水位值；基于河流上游入口的入口橫截面積值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域橫截面積值、河流上游出口的出口橫截面積值以及預(yù)處理之后的河流上游入口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史入口水流流速測(cè)量值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的每個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值、河流上游出口的每個(gè)測(cè)量位置的歷史出口水流流速測(cè)量值，并分別結(jié)合均值法進(jìn)行綜合分析，得到河流上游入口的入口水流流量值、河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流量值、河流下游出口的出口水流流量值。

5、進(jìn)一步地，計(jì)算河流的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速值、區(qū)域水流流量值、區(qū)域水流水位值的具體公式如下：；其中，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速值，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的第個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的第個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流流速測(cè)量值的加權(quán)系數(shù)，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流水位值，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的第個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流水位測(cè)量值，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的第個(gè)測(cè)量位置的歷史區(qū)域水流水位測(cè)量值的加權(quán)系數(shù)，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速值，為河流的第個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域橫截面積值，，為河流區(qū)域的個(gè)數(shù)，，為河流區(qū)域內(nèi)測(cè)量位置的個(gè)數(shù)。

6、進(jìn)一步地，得到河床參數(shù)數(shù)據(jù)集的具體步驟為：對(duì)于每個(gè)河床區(qū)域，結(jié)合移動(dòng)指數(shù)平均法，對(duì)每次測(cè)量的河床高度測(cè)量值分別進(jìn)行均值分析，得到每個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值。

7、進(jìn)一步地，計(jì)算每個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值的具體公式如下：；其中，為第個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值，為第個(gè)河床區(qū)域的第次測(cè)量的河床高度測(cè)量值，為第個(gè)河床區(qū)域的第次測(cè)量的河床高度測(cè)量值的加權(quán)系數(shù)，為第個(gè)河床區(qū)域的第次測(cè)量的河床高度測(cè)量值，為第個(gè)河床區(qū)域的第次測(cè)量的河床高度測(cè)量值的加權(quán)系數(shù)，為自然常數(shù)，，為河床區(qū)域的個(gè)數(shù)，，為河床高度測(cè)量值的測(cè)量次數(shù)。

8、進(jìn)一步地，基于河邊界信息和河床參數(shù)數(shù)據(jù)集建立河流三維模型的具體步驟如下：對(duì)每個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值進(jìn)行區(qū)域連接處理，得到河床地形信息；將河流的兩邊界的每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息以及每個(gè)河床區(qū)域的河床高度均值導(dǎo)入至預(yù)先選擇的數(shù)字孿生引擎中，建立河流三維模型，并進(jìn)行數(shù)字孿生渲染處理。

9、進(jìn)一步地，基于河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件對(duì)河流三維模型進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模擬，并對(duì)水動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估調(diào)整，直至河流三維模型符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的具體步驟為：將河流的每個(gè)河流區(qū)域的作為河流三維模型的模擬網(wǎng)格單元；將河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件作為模擬參數(shù)；對(duì)河流三維模型的模擬網(wǎng)格單元執(zhí)行運(yùn)行水動(dòng)力學(xué)渲染模擬，即對(duì)于河流的每個(gè)河流區(qū)域分別執(zhí)行運(yùn)行水動(dòng)力學(xué)渲染模擬；匯總每個(gè)河流區(qū)域的模擬結(jié)果，得到每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速模擬值、區(qū)域水流流量模擬值、區(qū)域水流水位模擬值；將模擬得到的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速模擬值、區(qū)域水流流量模擬值、區(qū)域水流水位模擬值分別與對(duì)應(yīng)的歷史參數(shù)進(jìn)行評(píng)估分析，并根據(jù)評(píng)估分析對(duì)河流三維模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；對(duì)調(diào)整后的河流三維模型進(jìn)行迭代模擬，并重復(fù)評(píng)估分析和參數(shù)調(diào)整步驟，直至河流三維模型符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

10、進(jìn)一步地，并根據(jù)評(píng)估分析對(duì)河流三維模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的具體步驟如下：判斷模擬得到的每個(gè)河流區(qū)域的區(qū)域水流流速模擬值、區(qū)域水流流量模擬值、區(qū)域水流水位模擬值是否分別符合對(duì)應(yīng)的區(qū)域水流流速值、區(qū)域水流流量值、區(qū)域水流水位值；若是存在區(qū)域水流流速模擬值不符合對(duì)應(yīng)的區(qū)域水流流速值的河流區(qū)域，則將區(qū)域水流流速模擬值與區(qū)域水流流速值進(jìn)行均值分析，得到區(qū)域水流流速調(diào)整值，同時(shí)對(duì)于河流中段邊界條件進(jìn)行更新；若是存在區(qū)域水流流量模擬值不符合對(duì)應(yīng)的區(qū)域水流流量值的河流區(qū)域，則將區(qū)域水流流量模擬值與區(qū)域水流流量值進(jìn)行均值分析，得到區(qū)域水流流量調(diào)整值，同時(shí)對(duì)于河流中段邊界條件進(jìn)行更新；若是存在區(qū)域水流水位模擬值不符合對(duì)應(yīng)的區(qū)域水流水位值的河流區(qū)域，則將區(qū)域水流水位模擬值與區(qū)域水流水位值進(jìn)行均值分析，得到區(qū)域水流水位調(diào)整值，同時(shí)對(duì)于河流中段邊界條件進(jìn)行更新。

11、一種基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、模型構(gòu)建模塊、模擬調(diào)整模塊；所述數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取河流的歷史水流數(shù)據(jù)以及河流地理信息，所述歷史水流數(shù)據(jù)包括歷史河流入口狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史河流中段狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史河流出口狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述河流地理信息包括河邊界信息和河床信息；所述數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)河流的歷史水流數(shù)據(jù)以及河床信息分別進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件、河床參數(shù)數(shù)據(jù)集；所述模型構(gòu)建模塊，用于基于河邊界信息和河床參數(shù)數(shù)據(jù)集建立河流三維模型；所述模擬調(diào)整模塊，用于基于河流入口邊界條件、河流中段邊界條件、河流出口邊界條件對(duì)河流三維模型進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模擬，并對(duì)水動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估調(diào)整，直至河流三維模型符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

12、本發(fā)明具有以下有益效果：

13、（1）、該基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法，通過(guò)集成歷史水流數(shù)據(jù)和詳細(xì)的地理信息來(lái)構(gòu)建三維模型，并對(duì)其進(jìn)行迭代優(yōu)化，從而能夠提高了模型的預(yù)測(cè)精確度，不僅如此，迭代優(yōu)化過(guò)程允許模型適應(yīng)環(huán)境變化和未預(yù)見(jiàn)的水文事件，從而增強(qiáng)模型在實(shí)際應(yīng)用中的適用性和靈活性，進(jìn)而適用于動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的水體環(huán)境，使決策者能夠基于最準(zhǔn)確的模擬結(jié)果制定水資源管理策略。

14、（2）、該基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法，通過(guò)精確的模型可以有效預(yù)測(cè)河流的反應(yīng)，減少因預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的過(guò)度建設(shè)和資源浪費(fèi)，此外，通過(guò)數(shù)字孿生渲染的方法，可以在模型初步完成前預(yù)見(jiàn)設(shè)計(jì)上的缺陷和潛在問(wèn)題，從而在實(shí)際施工前進(jìn)行調(diào)整，這不僅減少了建設(shè)成本，還縮短了項(xiàng)目周期，加快了投資回報(bào)率，最終提高了整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

15、（3）、該基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建方法，通過(guò)使用基于實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生模型進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模擬，使得河流管理變得更加靈活和應(yīng)對(duì)能力更強(qiáng)，特別是在極端天氣條件下，準(zhǔn)確的模型能夠預(yù)測(cè)洪水和干旱等自然事件的影響，從而提前采取措施，減少災(zāi)害損失，此外，持續(xù)的監(jiān)測(cè)和模擬也確保了水利設(shè)施的運(yùn)行安全，保護(hù)了人民生命財(cái)產(chǎn)安全和水生態(tài)環(huán)境。

16、（4）、該基于數(shù)字孿生渲染的水動(dòng)力三維模型構(gòu)建系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、模型構(gòu)建模塊和模擬調(diào)整模塊，形成了一個(gè)集成化平臺(tái)，使得數(shù)據(jù)流在各個(gè)部門和團(tuán)隊(duì)之間無(wú)縫對(duì)接，這種集成化的工作流程不僅減少了數(shù)據(jù)處理和模型構(gòu)建中的時(shí)間延誤，而且通過(guò)提供一個(gè)統(tǒng)一的、實(shí)時(shí)更新的視圖，幫助決策者快速準(zhǔn)確地獲取關(guān)鍵信息，從而做出更加科學(xué)和及時(shí)的管理決策。

17、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。