论文摘要
潮流数值模拟是了解潮流变化规律的一种有效方法,目前潮流计算已被广泛用于海岸河口、海湾海峡的潮汐和潮流研究中,为海岸河口各种工程问题提供了宝贵的数据支持。然而目前已有的模型相对孤立,且对数据的分析多采用传统的数据后处理方式,研究人员无法及时了解计算程序当前的工作状况,也无法对计算过程进行针对性的干预。传统潮流数值模拟没有实现与潮流监测技术、GIS可视化技术的高效集成,缺乏对潮流变化过程的实时动态监控与交互式表达。随着数值计算规模的逐渐增大以及随之所产生数据量的大幅增加、人们对实时可视化的需求越来越强烈,并且希望能够在不停止计算的情况下对模型参数进行调整,因此本文提出了对潮流计算过程的动态监控。借助可视化工具,交互式模拟系统将能够了解数值计算程序的实时计算状况,能够处理和分析这一时刻的计算数据,并通过改变模型计算参数把研究人员的判断和决策及时反馈到计算中。驾驭式计算,能够对数值模型运行状态和模型内部变量进行实时可视化及动态干预,这为本文研究的计算过程跟踪与干预提供了有效方法。研究中首先分析了潮流计算程序的结构,进而结合驾驭式计算技术设计了用于对计算程序进行跟踪和干预的计算管理组件,然后分别将计算管理组件嵌入到传统的潮流数值计算程序与潮流可视化程序中,并通过共享内存技术,完成了计算程序与可视化程序的实时状态通信与数据交互。最后,针对水动力数值计算的特点,通过对潮流模拟方法和驾驭式计算技术的深入探讨与分析,以混合编程技术为支撑,结合GIS数据管理及可视化的优势,初步构建了基于GIS的驾驭式潮流模拟系统,并以温州湾潮流数值模拟为例,进行了驾驭式潮流数值模拟的实例验证。该系统能够帮助研究人员及时根据模型过程数据的可视化表达,对模型计算参数进行相应的调整与反馈,使得在数值计算过程中有针对性的控制计算进程成为可能,达到了对数值模拟计算过程监控的目的,从而避免了数值模拟计算中由于重复调试而耗时较多的问题,提高了数值模拟的计算效率。该系统对于复杂的、需要长时间运算的潮流数值模拟取得了良好的动态监控效果。这一成果同时拓展了GIS地学分析在数值模拟计算领域的综合应用。