一种基于虚拟现实的洪水模拟预报方法及系统与流程

本发明涉及虚拟现实，尤其涉及一种基于虚拟现实的洪水模拟预报方法及系统。

背景技术：

1、基于虚拟现实的洪水模拟预报方法是一种利用虚拟现实技术来模拟、预测和可视化洪水事件的方法，常规的方法依赖于数学模型和数据分析，以数字、图表或地图的形式呈现，这对非专业人士来说难以理解。虚拟现实（virtual reality，简称vr）是一种计算机技术和交互性体验的概念，它将用户带入一个模拟的、计算机生成的三维环境中，让用户感觉好像身临其境，与虚拟世界进行互动。如何将虚拟现实技术与洪水模拟预报方法结合起来，便成为了一个问题。

技术实现思路

1、本发明为解决上述技术问题，提出了一种基于虚拟现实的洪水模拟预报方法及系统，以解决至少一个上述技术问题。

2、本技术提供了一种基于虚拟现实的洪水模拟预报方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：获取水域基础数据，其中水域基础数据包括水库基础数据、流域数据以及沿江提防数据；

4、步骤s2：根据水域基础数据进行虚拟环境创建，得到水域虚拟环境数据；

5、步骤s3：根据预设的时间步数据对水域虚拟环境数据进行动态调整，得到水域动态虚拟环境数据；

6、步骤s4：获取水域水雨情数据，并根据水域水雨情数据以及水域基础数据构建水域洪水模型；

7、步骤s5：根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行洪水参数模拟，得到洪水模拟预报数据。

8、本发明中通过整合水域基础数据、虚拟环境数据和水雨情数据，以及利用洪水模型进行参数模拟，该方法能够提高洪水预报的准确性，虚拟环境数据和洪水模型可以更好地模拟和预测洪水的发展和影响，克服了传统方法中的非直观的数据分析带来的延时性或者需要进一步的数据处理以实现洪水影响预测的局限性。本发明中的动态调整和模拟过程允许实时监测和预测洪水事件的演变，使用户能够及时采取行动，减少洪水造成的损害。通过虚拟环境创建，用户可以以更直观和沉浸的方式理解洪水情况，有助于提高决策者和公众对洪水风险的认识，并更好地准备和应对洪水事件。通过模拟不同洪水情境和预测洪水影响，可以更有效地分配救援和应急资源，以减轻洪水造成的影响。用于洪水风险管理和城市规划，通过洪水模型和虚拟环境，可以评估不同区域的洪水风险，帮助规划更安全和可持续的城市发展。传统的洪水测试和实验会涉及到昂贵的现场测试，而这种虚拟现实方法可以降低成本，提供更多的测试和模拟机会。

9、优选地，步骤s1具体为：

10、步骤s11：通过预设的水库数据库进行水库事件采集以及水库特性数据采集，得到水库事件数据以及水库特性数据；

11、步骤s12：通过gis信息系统进行水库位置采集，得到水库位置数据；

12、步骤s13：将水库事件数据、水库特性数据以及水库位置数据进行数据整合，得到水库基础数据；

13、步骤s14：通过gis系统进行流域范围的地理信息采集，得到流域数据；

14、步骤s15：通过预设的沿江提防工程数据库进行沿江提防数据采集，得到沿江提防数据。

15、本发明中通过预设的水库数据库和沿江提防工程数据库，可以获取关于水库和沿江提防工程的详细信息，有助于提高数据的全面性和准确性，从而改善了洪水模拟的准确性。获取水库特性数据，包括水库容量、泄洪能力、溢流结构等信息，使洪水模型能够更好地模拟水库的行为和响应，有助于更精确地预测水库泄洪对洪水的影响。水库位置数据的获取使得虚拟环境创建可以精确地将水库放置在地理环境中，提供了洪水模拟的准确空间背景。流域数据的获取允许模型考虑整个流域范围内的降雨和水文条件，从而更全面地模拟洪水的形成和传播。沿江提防数据的获取使得模型可以考虑到沿江提防工程的存在和影响，帮助评估洪水风险和改善防洪策略。

16、优选地，其特征在于，步骤s2具体为：

17、步骤s21：根据流域数据中的地理信息数据进行虚拟地理环境建模，得到流域虚拟地理环境模型；

18、步骤s22：对流域虚拟地理环境模型进行水域虚拟环境构建，得到水域虚拟环境模型；

19、步骤s23：根据水库基础数据对水域虚拟环境模型进行虚拟水库创建，得到水域虚拟环境数据。

20、本发明中通过建立虚拟地理环境模型，包括流域和水域的虚拟环境，用户可以以可视化和直观的方式观察和理解水域的地理特征和地形，从而更好地把握地理背景信息。虚拟地理环境模型和水域虚拟环境的构建可以创造出沉浸式的虚拟环境，使用户能够仿佛身临其境地感受洪水模拟情景，有助于提高用户的参与度和情感投入。虚拟环境的构建允许用户在虚拟世界中进行实时互动，例如改变水库的参数、观察洪水的发展等，有助于用户更深入地探索洪水模拟情景，并测试不同应对策略。

21、优选地，步骤s21具体为：

22、步骤s211：根据流域数据中的地理信息数据进行多源数据融合，得到流域多源融合数据；

23、步骤s212：对流域多源融合数据进行细节增强，得到流域细节增强数据；

24、步骤s213：对流域细节增强数据进行三维模型转换，得到流域三维模型；

25、步骤s214：对流域三维模型进行光照处理以及纹理添加，得到流域虚拟模型；

26、步骤s215：根据流域数据中的地理信息数据中的分辨率数据对流域虚拟模型进行多分辨率层级调整，得到流域虚拟地理环境模型。

27、本发明中多源数据融合、细节增强、光照处理和纹理添加等操作可以提高虚拟地理环境模型的真实感和逼真性，使用户能够在虚拟环境中获得更贴近现实的体验。多源数据融合允许整合不同来源的地理信息数据，提供全面的地理环境描述，有助于更准确地模拟洪水对不同地区的影响。细节增强操作可以提高地形和地理特征的分辨率，使用户能够更清晰地观察地表的细节，例如山脊、山谷、河流等。将数据转化为三维模型有助于用户以多角度、多维度观察地理环境，提供更多的信息。光照处理和纹理添加可以改善虚拟地理环境的视觉效果，增加场景的逼真感。多分辨率层级调整允许用户根据需要调整地理环境模型的分辨率，以便在不同情境下平衡性能和逼真度。本发明提高了用户在虚拟环境中的体验，使他们更好地理解地理背景信息、地形特征和潜在的洪水影响。

28、优选地，步骤s211具体为：

29、根据流域数据中的地理信息数据中的多源图像数据进行卷积处理，得到多源图像卷积层数据；

30、对多源图像卷积层数据进行聚类计算，得到多源图像聚类数据；

31、对多源图像聚类数据进行高斯分布处理，得到多源图像高斯分布数据；

32、根据多源图像高斯分布数据对流域数据中的地理信息数据中的多源图像数据进行图像对齐，得到多源图像对齐数据；

33、对多源图像数据进行数据融合，得到图像融合数据；

34、根据流域数据中的地理信息数据对图像融合数据进行插值处理，得到流域多源融合数据。

35、本发明中多源图像数据的卷积处理、聚类计算、高斯分布处理和图像对齐等操作允许将不同源的图像数据融合在一起，生成更全面和丰富的多源数据，有助于提高虚拟地理环境模型的信息质量和多样性。高斯分布处理等操作可以改善图像的质量，去除图像中的噪音或伪影，从而提供更清晰、更真实的图像数据。图像对齐和数据融合操作使得不同源的数据能够在相同的地理坐标系统下协同工作，提供一致的地理环境信息，增强了模拟的一致性和准确性。多源数据融合提供了更多的地理信息和图像数据，使虚拟地理环境更丰富，提高用户对地理背景和地形特征的理解，增强虚拟环境的逼真感。多源数据的融合和插值处理有助于更准确地模拟不同地区的地理环境。通过对多源图像数据进行图像对齐，本方法确保不同源数据在空间上保持一致，从而更好地适应虚拟地理环境的建模需求。这有助于生成更精确的虚拟地理环境模型，而常规的技术手段确保不同源数据的空间对齐需要更多手动处理或复杂的校正，增加了工作量。

36、优选地，步骤s212具体为：

37、对流域多源融合数据进行区域分割处理，得到流域多源融合区域数据；

38、对流域多源融合区域数据进行特征提取，得到区域特征数据；

39、对区域特征数据进行区域特性分析，得到区域特性数据；

40、根据区域特性数据进行细节增强策略选择，得到细节增强策略数据；

41、根据细节增强策略数据对流域多源融合数据进行细节增强，得到流域细节增强数据。

42、本发明中区域分割和特征提取操作可以根据流域的特点将地理环境分割成不同的区域，并提取出每个区域的特征，有助于个性化地改善每个区域的地理环境，使模拟更贴近实际情况。根据区域特性数据选择细节增强策略，有助于对不同区域的地理环境进行个性化的细节增强，提高虚拟环境的逼真度和精细度。区域特性分析和细节增强策略选择有助于精炼地理环境数据，去除不必要的信息或噪音，提高数据的质量。通过针对每个区域应用不同的细节增强策略，可以提高洪水模拟的精度，因为不同地区有不同的地形特征和水文条件。精细的细节增强策略可以帮助优化计算资源的分配，使洪水模拟的计算效率更高。

43、优选地，步骤s3具体为：

44、根据预设的时间步数据对水域虚拟环境数据进行水位动态模拟，得到水位动态模拟数据；

45、对水域基础数据以及水位动态模拟数据进行洪水演进模拟，得到洪水演进模拟数据；

46、根据水库基础数据以及水位动态模拟数据进行泄洪事件模拟，得到泄洪事件模拟数据；

47、将水位动态模拟数据、洪水演进模拟数据以及泄洪事件模拟数据进行整合，得到水域动态虚拟环境数据。

48、本发明中水位动态模拟操作使得虚拟环境可以动态反映水位的变化，包括洪水的上涨和下降。这增加了模拟的时空准确性。洪水演进模拟操作允许模拟洪水在不同地理环境中的传播和影响，包括淹没区域的扩展和深度的变化，可以更好地理解洪水事件的演变过程。泄洪事件模拟操作考虑了水库的泄洪行为，根据水库基础数据模拟泄洪事件，使得模拟能够更精确地预测水库泄洪对洪水的影响。整合水位动态模拟数据、洪水演进模拟数据和泄洪事件模拟数据生成水域动态虚拟环境数据，提供了综合性的洪水情景模拟，包括水位变化、淹没情况和泄洪事件，有助于提供全面的洪水模拟预报信息。动态模拟操作使得虚拟环境可以实时更新水位信息，帮助决策者了解洪水的最新状态和预测。

49、优选地，步骤s4具体为：

50、获取水域水雨情数据；

51、根据水域基础数据中的流域数据进行水文模型构建，得到流域水文模型；

52、根据水库基础数据进行水库蓄排水模型构建，得到水库蓄排水模型；

53、将流域水文模型以及水库蓄排水模型进行关联，得到水域基础水文模型；

54、根据水域水雨情数据对水域基础水文模型进行水动力模拟，得到水域洪水模型。

55、本发明中获取水域水雨情数据提供了洪水模拟的关键输入，包括降雨、水位、流量等信息，为模拟提供了真实的气象和水文数据。构建流域水文模型有助于理解流域内水文过程，包括雨水径流和河流水文，提供了对自然水循环的模拟，有助于理解洪水的形成机制。构建水库蓄排水模型有助于模拟水库的蓄水和泄洪行为，对于预测水库泄洪对洪水的影响至关重要。将流域水文模型和水库蓄排水模型关联起来，可以提供更综合的水文模型，同时考虑了自然流域和人工水库的影响，增强了洪水模拟的全面性和准确性。水动力模拟操作允许模拟洪水在水域中的传播和演变，包括水位变化、洪水深度和流速等信息，有助于提供详细的洪水情景。生成的水域洪水模型可以用于洪水预报、应对策略制定和风险评估，提供了决策支持的关键信息。水动力模拟操作允许实时更新洪水模型，以反映不同时刻的洪水情况。

56、优选地，步骤s5具体为：

57、根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行水位参数模拟，得到水位参数数据；

58、根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行水流速参数模拟，得到水流速参数数据；

59、根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行洪峰流量参数模拟，得到洪峰流量参数数据；

60、根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行洪水演进路径参数模拟，得到洪水演进路径参数数据；

61、将水位参数数据、水流速参数数据、洪峰流量参数数据以及洪水演进路径参数数据进行动态关联并渲染展示，得到洪水模拟预报数据。

62、本发明中根据水域洪水模型模拟了水位、水流速、洪峰流量和洪水演进路径等多维参数，提供了全面的洪水情景描述。综合展示水位、水流速、洪峰流量和洪水演进路径等参数数据，提供了多角度、多维度的洪水情景，有助于更好地理解洪水事件。动态关联参数数据，使洪水情景可以实时更新，反映不同时刻的洪水变化，提高了模拟的时空准确性。渲染展示参数数据，将模拟结果可视化呈现，使用户能够直观地观察洪水的影响，增强了用户体验。

63、优选地，本技术还提供了一种基于虚拟现实的洪水模拟预报系统，用于执行如上所述的基于虚拟现实的洪水模拟预报方法，该基于虚拟现实的洪水模拟预报系统包括：

64、水域基础数据采集模块，用于获取水域基础数据，其中水域基础数据包括水库基础数据、流域数据以及沿江提防数据；

65、虚拟环境创建模块，用于根据水域基础数据进行虚拟环境创建，得到水域虚拟环境数据；

66、动态调整模块，用于根据预设的时间步数据对水域虚拟环境数据进行动态调整，得到水域动态虚拟环境数据；

67、水域洪水模型构建模块，用于获取水域水雨情数据，并根据水域水雨情数据以及水域基础数据构建水域洪水模型；

68、洪水参数模拟模块，用于根据水域洪水模型对水域动态虚拟环境数据进行洪水参数模拟，得到洪水模拟预报数据。

69、本发明的有益效果在于：获取水域基础数据，包括水库基础数据、流域数据和沿江提防数据，使得模型更全面，能够考虑不同要素对洪水形成和演进的影响，从而提高了洪水模拟的准确性。水域虚拟环境数据的创建不仅考虑了地理信息，还利用了多源数据融合、细节增强和多分辨率地形数据处理等细致的处理作业，使虚拟环境更加逼真和细致，提供了用户友好的、高度可视化的虚拟环境，增强了用户对洪水事件的理解和参与度。实现了对虚拟环境的动态调整和洪水参数模拟，意味着虚拟环境能够根据不同时间步的数据进行实时更新，提供了多维度、多时空的洪水模拟，有助于更好地理解洪水的演进和影响。利用水域水雨情数据和水域基础数据构建水域洪水模型，从而实现了洪水参数模拟，生成的洪水模拟预报数据包括水位、水流速、洪峰流量和洪水演进路径等多维参数，为用户提供了全面、综合的洪水情景描述。生成的洪水模拟预报数据可用于洪水预警、应对策略的制定以及风险评估，有助于用户更好地应对洪水事件，减少损失和风险。