疏浚工程三维地形数字仿真软件开发研究
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摘要
疏浚工程在交通运输、港口建设、海洋施工、航道整治中有着广泛的应用，对国民经济建设和人民生活环境改善发挥着重要的作用。开发三维地形数字仿真软件，就是运用先进的科技成果来辅助疏浚作业，管理疏浚工程。该软件的有效利用，对实现疏浚工程自动化、智能化有重要的意义。
本课题主要研究开发三维地形数字仿真软件，在提高航道平面三角网的生成速度、航道等深线的圆滑处理、航道曲面模型的建立、航道立体图的绘制及航道仿真等方面进行了一些研究和开发工作。
在航道平面三角网生成方面，提出以航道分区来加快平面三角网的生成速度，并给出了一种新的航道分区办法，即在分区线上插补一定数量的离散点，使得各分区三角网在分区线上具有相同的直线边界，有效地解决了航道分区的难点，生成的平面三角网符合要求，而且其生成速度得到了很大的提高。
在航道等深线的绘制方面，本文提出了一种新的航道等深线圆滑方法，可以在一定范围内人为调整等深线的张驰，有效地避免了等深线之间的交叉，并且等深线的绘制精度较高，绘制速度也特别快。
本文选用移动拟合法建立航道曲面函数，插值计算航道测量区网格点的深度值，并且根据航道测量点分布的不规则性进行了优化，即在测量点稀少的地方运用了线形内插法代替移动拟合法来进行插值计算，两种插值方法的合理结合，不仅保证了插值的精度，特别是提高了插值的计算速度。
在航道立体图形的绘制方面，调用OpenGL函数绘制立体模型，然后对其进行渲染，并且运用放大、缩小、平移、旋转立体图形以及旋转光源等手段，全方位地显示航道立体模型，实现对航道的动态仿真。
该软件的开发中，通过在Visual Basic中建立了OpenGL类模块来进行航道工程图形的绘制，不但在图形的绘制上取得了不错的效果，而且程序的开发也具有简单性，合理性以及易维护性，具有一定的应用价值。
Dredging is used widely in transportation, port construction, ocean exploration and waterway regulation, and it plays a very important role in the economy development and the improvement of resident environment. The development for the digital simulation software of 3D terrain in dredging project can assist the dredging and manage the dredging project with high-tech fruits. The effective using of this software is important in the realization of automation and intelligence in dredging project.
This paper researches and develops the digital simulation software of 3D terrain in accelerating the producing speed of plane triangle-net, the smoothing of waterway depth contour, the construct of waterway curve plane function, the drawing of 3D graphics and the waterway simulation.
In the aspect of waterway plane triangle-net, waterway division is used to accelerate the producing speed of plane triangle-net, and a new method of division is presented. Some discrete points are added in division lines, so the plane triangle-nets have same borderlines and the difficulty of waterway division is solved. The triangle-net is suitable for the request and the producing speed of plane triangle-net increases markedly.
This paper presents a new method of waterway depth contour smoothing. The waterway depth contour can be adjusted artificially in certain field. So the across of depth contours can be avoided effectively. In addition, the precision of depth contours is high and the speed of drawing is fast.
In this paper, the waterway curve plane function is established with move fit method to calculate the depth value of grid points, and in part fields linear method is adopted because of the distributing scrambling of waterway measure points. As a result of the use of two methods, not only the calculating precision is high but also the calculating speed is very fast.
In the drawing of waterway 3D graphics, this software draws the 3D model with OpenGL function, romances it and simulates the waterway with the means of zooming in, zooming out, translating, rotating and the rotating of lamp. The
waterway can be observed all-sided.
In the development of this software, OpenGL class module is established in Visual Basic to drawing graphics. Not only the effect of the graphics is good but also the development of program is simple, rational and easy to be maintained. This method has a certain application value.
本课题主要研究开发三维地形数字仿真软件，在提高航道平面三角网的生成速度、航道等深线的圆滑处理、航道曲面模型的建立、航道立体图的绘制及航道仿真等方面进行了一些研究和开发工作。
在航道平面三角网生成方面，提出以航道分区来加快平面三角网的生成速度，并给出了一种新的航道分区办法，即在分区线上插补一定数量的离散点，使得各分区三角网在分区线上具有相同的直线边界，有效地解决了航道分区的难点，生成的平面三角网符合要求，而且其生成速度得到了很大的提高。
在航道等深线的绘制方面，本文提出了一种新的航道等深线圆滑方法，可以在一定范围内人为调整等深线的张驰，有效地避免了等深线之间的交叉，并且等深线的绘制精度较高，绘制速度也特别快。
本文选用移动拟合法建立航道曲面函数，插值计算航道测量区网格点的深度值，并且根据航道测量点分布的不规则性进行了优化，即在测量点稀少的地方运用了线形内插法代替移动拟合法来进行插值计算，两种插值方法的合理结合，不仅保证了插值的精度，特别是提高了插值的计算速度。
在航道立体图形的绘制方面，调用OpenGL函数绘制立体模型，然后对其进行渲染，并且运用放大、缩小、平移、旋转立体图形以及旋转光源等手段，全方位地显示航道立体模型，实现对航道的动态仿真。
该软件的开发中，通过在Visual Basic中建立了OpenGL类模块来进行航道工程图形的绘制，不但在图形的绘制上取得了不错的效果，而且程序的开发也具有简单性，合理性以及易维护性，具有一定的应用价值。
Dredging is used widely in transportation, port construction, ocean exploration and waterway regulation, and it plays a very important role in the economy development and the improvement of resident environment. The development for the digital simulation software of 3D terrain in dredging project can assist the dredging and manage the dredging project with high-tech fruits. The effective using of this software is important in the realization of automation and intelligence in dredging project.
This paper researches and develops the digital simulation software of 3D terrain in accelerating the producing speed of plane triangle-net, the smoothing of waterway depth contour, the construct of waterway curve plane function, the drawing of 3D graphics and the waterway simulation.
In the aspect of waterway plane triangle-net, waterway division is used to accelerate the producing speed of plane triangle-net, and a new method of division is presented. Some discrete points are added in division lines, so the plane triangle-nets have same borderlines and the difficulty of waterway division is solved. The triangle-net is suitable for the request and the producing speed of plane triangle-net increases markedly.
This paper presents a new method of waterway depth contour smoothing. The waterway depth contour can be adjusted artificially in certain field. So the across of depth contours can be avoided effectively. In addition, the precision of depth contours is high and the speed of drawing is fast.
In this paper, the waterway curve plane function is established with move fit method to calculate the depth value of grid points, and in part fields linear method is adopted because of the distributing scrambling of waterway measure points. As a result of the use of two methods, not only the calculating precision is high but also the calculating speed is very fast.
In the drawing of waterway 3D graphics, this software draws the 3D model with OpenGL function, romances it and simulates the waterway with the means of zooming in, zooming out, translating, rotating and the rotating of lamp. The
waterway can be observed all-sided.
In the development of this software, OpenGL class module is established in Visual Basic to drawing graphics. Not only the effect of the graphics is good but also the development of program is simple, rational and easy to be maintained. This method has a certain application value.
引文
[1] 李青云．疏浚工程．人民交通出版社．2000．55～75
[2] 河海大学，重庆交通学院编．航道整治．人民交通出版社．1987．0～200
[3] 曹葵．航道疏浚．人民交通出版社．1987．101～123
[4] 周培鑫．吹填综述．机械疏浚专业委员会第13次疏浚与吹填技术经验交流会论文与技术经验总结文集．1999，11．1～14
[5] 徐秀梅译．疏浚行业跨越2000年面临的机遇和挑战．航道科技译文 2001，1：40～44
[6] 天津航道局．疏浚技术发展动向及对策．水运工程．1996，2：38～42
[7] 周雪霞译．孟加拉贾穆纳大桥项目中的河流导流工程的施工．航道工程．1999，3：5～14
[8] 张源根译．高密度水下施工实时管理系统(BELUGA系统)．航道科技译文．1999，2：14～20
[9] 李炎锦译．水文测量技术的发展给疏浚业带来了效益．航道科技译文．1999，3：23～28
[10] 周雪霞译．为多佛尔港务局开发疏浚软件．航道科技译文．1999，2：15
[11] 朱汉华．航道疏浚工程挖槽设计研究及其软件开发：[硕士学位论文]．武汉理工大学能源与动力工程学院．2001，3．4
[12] 陈彤粤译．香港赤立角新机场吹填施工中的生产控制和质量控制．航道科技译文．1994．4：10～18
[13] 张海峰．CATV机助测量制图软件．交通部第三航务工程勘察设计院．1992，9
[14] 武汉中地信息工程有限公司．MAPGIS6.0地理信息系统开发手册．武汉中地信息工程有限公司．2000．1～38
[15] 杨兴晏．DEGS软件简介．交通部第一航务工程勘察设计院．1992
[16] 仵大伟，林焰，纪卓尚．三维地形数字仿真系统的设计与实现．工程图学学报．2001，2：77～82
[17] 航道疏浚．http://www.jec-net.com.cn/solution/hangdaol.htm
[18] 长江航道局，武汉理工大学．疏浚作业优化系统开发研究．武汉理工大学．2001．30～50
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[20] 朱庆，陈楚江．不规则三角网的快速建立及其动态更新．武汉测绘科技大学学报．1998，3：204～207
[21] 王来生，鞠时光，郭铁雄．大比例尺地形图机助绘图算法及程序．测绘出版社．1993，8：78～93
[22] 赵夫来，郝向阳．根据地性线绘制等高线的研究．测绘学报．1999，4：346～349
[23] 张山山．分形方法在地形数据内插中的应用．西南交通大学学报．2000，2：141～144
[24] 姜友谊，黎晓．数字地面模型内插方法的优劣分析．西安科技学院学报．2001，3：213～216
[25] 武胜林，林学孔，刘文锴．DEM中顾及方向的单点移面内插法．测绘科学．2001，2：27～30
[26] 王昱，朱长青，史文中．B样条与磨光样条在基于矩形格网的DEM内插中的应用．测绘学报．2000，3：240～244
[27] 蒋红斐，詹振炎．利用锥构建DEM生成算法的研究．武汉测绘科技大学学报．2000，2：119～126．
[28] 应维云，周来水，沈庆云等．一种裁剪曲面自适应三角剖分算法．工程图形学报．1997，2：64～71
[29] 朱心雄．自由曲线曲面造型技术．科学出版社．2000，1．50～205
[30] 刘友光，黄桂烂，黄全义等．工程中数字地面模型的建立与应用及大比例尺数字测图．武汉测绘科技大学出版．1997，3．38～115
[31] P.J.Steinbusch. Enhancing Cutter Suction Dredgers for Working in Waves by Using Flexible Elements. Ports and Dredging. 2001,E155. P4～7
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[35] PEM. German Dredgers. Port Engineering Management. 2001, Vol.19. No.2, P26
[36] PEM. Annual US Dredge Industry Report. Port Engineering Management. 2001, Vol.19, No.3. P12～13
[37] PEM. Development At Brown County. Port Engineering Management. 1998, Vol.16, No.6. P10～11
[38] PEM. European Dredging Report. Port Engineering Management. 1998, Vol.16, No.5. P9～10
[39] PEM. Satellite Imagery Aids Dredging. Port Engineering Management. 1997, Vol.10, No.2． P20-21
[40] C.Berg. Grain Shape Effects on Wear. 1999,E152． P11-13
[41] PEM. Dredgers. Port Engineering Management. 2000, Vol.18, No.2． P12-16
[42] Lao Haoxiang. The Best Tool for Compact Clay New Generation (NG) IHC Beaver 4012 Wheel Dredger. 2001,E155． P9-12
[43] PEM. New Dredgers. Contracts And Developments. Port Engineering Management. 1999,Vol.17,No.3． P26-29
[44] PEM. Dredging Operations In The UK. Port Engineering Management. 1999, Vol.17, No.2． P10-13
[45] Dredging Harbors and Disposing of Contaminated Sediments. http://www.oar.noaa.gov/spotlite/archive/spot_dredge.html
[46] Western Dredge.-Inc_-A Dredging Dewatering Contractor. http://www.westerndredge.com/intor.html
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