基于物理计算结果的地质灾害数字孪生实景显示方法与流程

本发明属于地质灾害监测预警领域，特别涉及一种基于物理计算结果的地质灾害数字孪生实景显示方法。

背景技术：

1、地质灾害监测预警系统是一种利用传感器、数据采集和分析技术来监测地质灾害（如地震、滑坡、泥石流等）的发生和演化，并及时发出预警信息，以保护人民生命财产安全的一类系统。利用所述预警系统预警的步骤一般包括传感器布设——数据采集——数据传输——数据处理与分析——预警判定及发布——应对和应急响应等主要环节。地质灾害监测预警系统的设计和实施需要综合考虑地质环境、传感器技术、数据处理和分析算法、通信技术以及灾种发育机理等特点。

2、数字孪生（digital twin）是物理实体或系统的虚拟表示，它通过整合传感器数据、模拟和分析等技术来实现对实体或系统的监测、仿真和优化，其主要步骤包括数据采集——数据处理与整合——数字孪生模型构建——可视化设计——数据呈现与交互——分析和优化等步骤。

3、上述两方面技术的特征及实施方式决定了两者在技术组合方面具有较好契合度。事实上，近年数字孪生技术在地质灾害监测预警中的应用不断加深，中国专利“一种基于数字孪生技术的滑坡监测系统及方法”（zl202210885360.9）、“一种基于数字孪生技术的崩塌监测系统与方法”（zl202211065374.2）、“一种基于数字孪生的泥石流监测系统及方法”（zl202211170033.1）等分别面向不同灾害类型，公开了针对滑坡、崩塌、泥石流的数字孪生体的构建路径和方法，属于地质灾害数字孪生领域面向不同灾种的整体解决方案。其中，中国专利“一种基于数字孪生的泥石流监测系统及方法”（zl202211170033.1）中提及对泥石流仿真计算结果进行实景vr显示，但未提及具体的技术路线和细节。

4、数字孪生计算结果实景可视化，其目标是通过视觉化方式呈现数字孪生模型的数据和计算结果，以便用户能够直观地理解和分析物理实体或系统的状态、行为和性能。传统cae数值仿真主要形成位移云图、应力云图、应变云图等其他场云图，这些云图往往只能用于专业人士的观察和使用，并不能让非专业用户感受到计算结果对应的实体变化，远没有达到数字孪生计算结果可视化的要求；但是在地质灾害监测预警的应急响应场景中，应急会商的指挥人员及决策者往往需要有一个非专业化但形象化的地质灾害仿真结果呈现，以便首脑决策和指挥。以上情况构成地质灾害数字孪生计算结果实景可视化的一个切实需求。

5、另一方面，现有技术中一些动态还原地质灾害发生过程实景的视频动画，是基于对地质灾害发生机理的认识和学习，人工制作动画及影像，还原创作者设想地质灾害发育的过程；由于其未基于实时计算结果呈现实景显示的内容，脱离了计算云图的参考依据开展实景显示，因而不属于地质灾害数字孪生产品的范畴，并不能满足地质灾害监测数字孪生计算结果实景可视化的需求。

6、综上，数字孪生技术当前在地质灾害领域的应用逐渐被重视，基于各灾种的数字孪生解决方案不断发展；数字孪生计算结果实景可视化是数字孪生的重要维度，但是现有技术中并没有关于地质灾害数字孪生计算结果实景可视化方面的技术细节，存在明显短板。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种地质灾害数字孪生计算结果实景化显示方法，主要针对地质灾害领域的滑坡灾害，以解决现有技术中仿真计算结果云图显示单一，不能满足地质灾害监测预警中应急决策和指挥非专业化但形象化的实景显示要求的问题。

2、本发明提供一种基于物理计算结果的地质灾害数字孪生实景显示方法，具体包括以下步骤：

3、获取目标滑坡体的物理信息及物性参数、目标滑坡体裂缝分布；

4、依据所述目标滑坡体的所述物理信息及物性参数，建立滑坡地质模型；筛选计算参数并建立计算模型；

5、在所述计算模型中输入特定工况，获得有限元计算结果云图，并利用裂缝提取模块获得所述特定工况下的裂缝体系；

6、其中，所述裂缝提取模块用于根据用户输入的有限元计算结果云图，提取所述滑坡内部的裂缝空间分布及裂缝的属性参数，形成裂缝体系；

7、依据所述目标滑坡体的所述滑坡地质模型、所述特定工况下的裂缝体系，并利用实景显示模块，进行基于物理计算结果的数字孪生实景显示；

8、其中，所述实景展示模块用于依据输入的所述滑坡地质模型生成实景滑坡模型，并依据输入的所述特定工况下的裂缝体系，调用滑坡变形特征族库，在所述实景滑坡模型上开展布尔运算，生成滑坡变形实景模型。

9、进一步地，所述滑坡变形特征族库依据滑坡类别及滑坡的变形特征构建。

10、进一步地，针对目标滑坡体，依据所述目标滑坡体的物理信息及物性参数，获得诱发所述目标滑坡体滑动时对应的有限元边界条件。

11、进一步地，所述特定工况为针对所述目标滑坡体的预期工况。

12、进一步地，所述特定工况为根据滑坡机理分析获得的诱发所述目标滑坡体滑坡的工况。

13、进一步地，所述计算模型的优化步骤如下：根据滑坡机理分析获得诱发所述目标滑坡体滑坡的工况，利用所述计算模型展开初始计算并获得初始计算结果，将所述初始计算结果输入到所述裂缝提取模块，提取出初始裂缝体系，通过比较所述初始裂缝体系及获取得到的所述目标滑坡体的滑坡体裂缝分布，调整优化所述计算模型。

14、进一步地，利用滑坡物理模型的室内物理试验结果及有限元计算结果训练基于机器学习的裂缝识别模型，构建裂缝提取模块。

15、进一步地，所述裂缝提取模块的构建主要包括以下步骤：

16、通过室内物理试验对滑坡物理模型施加各种工况及约束，观察记录所述滑坡物理模型的变形裂缝分布，并利用ct扫描形成所述滑坡的内部影像，标定记录所述内部影像中的裂缝位置、裂缝类别、以及裂缝大小信息；

17、建立与所述室内物理试验同比例尺的有限元滑坡模型，在所述有限元滑坡模型上施加与所述室内物理试验相对应的各种工况及约束，进行有限元计算，生成有限元计算结果，形成有限元计算结果云图；

18、建立基于机器学习的裂缝识别模型，利用所述室内物理试验结果及有限元计算结果训练所述裂缝识别模型，获得裂缝提取模块。

19、本发明的所述方法是以计算结果云图为依据的，基于云图进行裂缝提取，并将提取的裂缝体系与灾害（滑坡）实景数据同步映射，实现地质灾害数字孪生计算结果实景可视化的目的。本发明解决了现有技术中需要解决的问题，补齐地质灾害数字孪生基于计算结果的实景可视化显示方面的不足，扫除数字孪生技术在地质灾害方面的应用可视化方面的障碍。采用本发明所述的方法实现cae计算云图与实体场景实时映射关系，能够使实景显示结果更具有科学性，属于数字孪生技术的重要依据。计算结果数据完成实景显示后，便于直接将实景的映射结果投射到实景模型之中，便于决策者直接评估结果，有利于应急指挥决策。

技术特征：

1.一种基于物理计算结果的地质灾害数字孪生实景显示方法，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，

技术总结
一种基于物理计算结果的地质灾害数字孪生实景显示方法，属于地质灾害监测预警领域，具体包括以下步骤：构建滑坡变形特征族库；构建裂缝提取模块；构建实景显示模块；获取目标滑坡体的物理信息及物性参数、目标滑坡体裂缝分布；依据所述目标滑坡体的物理信息及物性参数，建立形成滑坡区域的滑坡地质模型；筛选计算参数并建立计算模型；在所述计算模型中输入预期工况，获得有限元计算结果云图，并利用所述裂缝提取模块获得所述预期工况下的裂缝体系；依据所述目标滑坡体所述滑坡区域的滑坡地质模型、所述预期工况下的裂缝体系，并利用所述实景显示模块，进行基于物理计算结果的数字孪生实景显示。

技术研发人员：刘韶鹏,吴连奎,肖捷,朱樟柳,王长欣
受保护的技术使用者：北京云庐科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5