基于VRGIS的风速、海浪对港口影响的模拟研究

刘腾姣 ，赵云升 ，孙玮祺 ，张 超

1.东北师范大学城市与环境科学学院，吉林 长春 130024

2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041

3.中国科学院研究生院，北京 100049

0 引言

VRGIS(Virtual Reality Geography Information System) ，结合了地理信息系统与虚拟现实技术相，它使用一种全新的方式，主要综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，通过计算机的高速运转和计算能力，对复杂的数据进行可视化显示与交互操作，在虚拟现实系统中合成一个仿真的三维虚拟环境来还原真是场景。

1 数据采集和公式计算

根据上海辞书出版社1980年出版的《辞海》中的风力登记表，取浪高的平均值统计，得到数据进行整合分析，根据最小二乘法的公式，利用SPSS软件，推算出风速与浪高的三个相关分析回归方程:

由于公式（3）虽然相关系数稍低，但由于平均风速与平均浪高之间存在着最为密切的正相关关系，所以本研究中，在制作三维动画建模时，应用的公式（3）计算数据；而在制作平台时，则浪高采用平均值而风速采用的原表格中的区间数据。

2 3D动画制作和应用系统设计

将以上数据统计到一个Excel表中，表头更改名称（如表格1）。根据以上公式，应用3Ds Max软件建模并制作出13个仿真动画（如图1）。

表1 风力等级Excel统计表

5.0 2.250 渔船稍需缩帆 有叶的小树摇摆，面积较小的水面有小波8.00-10.706.0 3.350 渔船需加倍缩帆，捕鱼者须注意风险 大树枝摇动，举伞困难 10.80-13.807.0 4.775 渔船需停泊在港中，在海者应及时下锚 全树摇动，迎风步行困难 13.90-17.108.0 6.500 近港的渔船全部停留不出 微枝折毁，人向前行走感觉阻力很大17.20-20.709.0 8.500 汽船航行困难 建筑物有微小损害，烟囱顶部及平屋摇动20.80-24.4024.50-28.4011.013.750 汽船遇十分危险 陆上十分少见，出现必然会有广泛损坏10.010.750 汽船航行有风险陆上少见，风力可将树木拔起，将建筑物较重损坏28.50-32.6012.014.140 海浪巨大滔天 陆上绝少见，摧毁力无比大32.70-36.90

图1 数据统计表和0-12级风的动画

应用C#编写用户平台，直接调用表格数据和以上十三个动画。调用数据及动画的主要C#语言表达为:

平台中，使用者可以通过直接选择风力等级或输入风速来确定风力等级，从而直观的看到其形成的浪高以及在此浪高下沿海船只的象征和陆地地面物的象征；于此同时，平台中还会出现此风速下虚拟现实的海浪对港口的影响三维动态场景（如图 2，3）。

图2 平台初始界面

图3 选择风力等级或输入风速后进入的二级界面

3 应用、推广与总结

针对目前国内还没有适用于广大港口的“海浪高度对港口影响的三维动态模型”的现状，对于不同大小的风速形成不同梯度的风力等级，激发不同高度的海浪，对沿海船只和陆地地面物影响乃至破坏程度不同，根据 “风速和浪高的回归方程”、相关实测数据得出相应的浪高，结合沿海地表状况等模拟海浪高度对沿海船只和陆地地面物的影响和破坏制作的虚拟现实的浪高对于港口影响的模型平台，对于所有沿海、沿河地区的港口都十分有用，各个港口可以根据自己实际的数据，更改Excel表中的数据，调整动画，再利用此平台对港口进行分析，了解各风速对海浪高度的影响，进而了解该风速条件下形成的海浪高度对沿海船只和陆地地面物所造成的影响，可为相关部门预报海浪灾害等提供依据。

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