基于COMCOT的海啸可视化仿真与避难疏散研究

摘要

海啸作为最严重的自然灾害之一,其惊人的破坏力给人类带来了巨大的人员伤亡和不可估量的财产损失。从早期对海啸物理机理的研究,到今天依托计算机的强大能力对海啸进行诸如数值模拟等更为深入的探索,人们对海啸的关注与研究随着时代的发展而不断深入。深刻认识海啸成灾机理和海啸的水动力模型,进而依托合理有效的海啸模式,构建一个海啸灾害过程可视化仿真与避难疏散系统,为海啸的防灾与减灾工作提供便捷、直观的工具,并用来辅助海啸避难疏散预案的制定和优化,无疑具有十分重大的研究价值与现实意义。
　　美国Cornell大学研发的COMCOT海啸模式,能够较为精确地模拟海啸的生命周期,尤其是地震型海啸。本文以该模式为理论基础,使用优秀的视景仿真软件Vega,构建一个海啸灾害过程可视化仿真与避难疏散系统,该系统具有反复模拟和演练的特点。在可视化部分,通过2D数值模拟与3D视景仿真,实时、动态、全面地展示海啸生命的周期及相关参数信息,为用户带来直观的认识。在避难疏散部分,通过绘制目标区域风险淹没图,基于“点-线结合模型”、“单避难所路网模型”以及路权计算策略,构建带路权的、简化的风险区路网系统,并采用Floyd最短路径算法进行最优疏散路径的判定,最终绘制出目标区域疏散路线图。
　　本文以我国南海某次实际的海啸作为示例,进行了海啸灾害过程可视化与避难疏散方面的研究。结合研究中遇到的问题与实际的需要,提出改进的伪彩色图算法和基于视点预测的海啸波面网格绘制策略,较好地提升了系统的实时性与视觉体验。同时,结合应急响应领域的研究成果,提出一套适合海啸灾情的避难疏散新方法,并在避难所数目固定的情况下,对避难人员的合理分配建立了0-1整数规划,为决策层进行海啸的防灾与减灾工作提供科学有效的支撑。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容以及组织结构

1.4 论文主要的创新点

2 COMCOT 海啸模式

2.1 控制方程

2.2 数值计算方法

2.3 嵌套网格配置

2.4 移动边界

2.5 初始条件

2.6 本章小结

3 海啸灾害过程可视化

3.1 开发工具简介

3.2 数据处理

3.3 二维数值模拟

3.4 三维视景仿真可视化

3.5 本章小结

4 海啸灾害避难疏散研究

4.1 海啸避难疏散概论

4.2 目标区域风险与预警时间分析

4.3 海啸避难疏散模型

4.4 目标区域疏散分析

4.5 虚拟避难所人员分配规划

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来研究展望

参考文献

致谢

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