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第五章 GIS与应用分析模型的集成 南京师范大学泰州学院 信息工程学院 2017-4-6 5 GIS与应用分析模型的集成 GIS与应用分析模型的集成概述 应用分析模型的常用算法 模型计算网络生成技术 GIS与应用分析模型的集成方法 GIS与应用分析模型的集成实例 2017-4-6 2 5 GIS与应用分析模型的集成 GIS与应用分析模型的集成概述 应用分析模型的常用算法 模型计算网络生成技术 GIS与应用分析模型的集成方法 GIS与应用分析模型的集成实例 2017-4-6 3 5.3 模型计算网络生成技术 网格的作用 利用网格剖分技术，可以将连续的空间离散化，也可 以网格为控制将以后离散的数据重新采样和内插；以网格 点作为控制点，可以将模型空间和地理空间对应起来，使 GIS与应用分析模型在空间坐标层次上统一起来。 网格质量对计算精度和计算效率有着重要的影响。 2017-4-6 4 5.3 模型计算网络生成技术 网格的类型 规则网格（结构网格）：矩形网格和曲线网格 不规则网格（非结构网格）：任意三边形和四边形 2017-4-6 5 5.3 模型计算网络生成技术 2017-4-6 6 5.3 模型计算网络生成技术 结构网格 优点 网格中节点排列有序，邻点间关系明确，结构简单，构造方便，与计算机语言自然匹配，容易计算，网格生成速度快，质量好，数据结构简单等。 缺点 适用的范围比较窄，只适用于形状规则的图形，对复杂几何形状的适应能力差。 2017-4-6 7 5.3 模型计算网络生成技术 非结构网格 优点 舍去了网格节点的结构性限制，易于控制网格单元的大小、形状及节点位置，灵活性好，对复杂外形的适应能力强——流场变化比较大的地方，可以进行局部网格加密。 缺点 无规则性导致了在模拟计算中存储空间增大，寻址时间增长，计算效率低于结构化网格，计算时间长等。 2017-4-6 8 5.3 模型计算网络生成技术 网格的生成 步骤一 选择网格 在网格划分之前，应从数值仿真的全局出发。比如精度要求，计算时间要求，模型尺寸、复杂程度情况以及机子配置等等。考虑清楚，是使用结构网格，还是非结构网格，抑或是混合网格。因为这关系到接下来的网格划分布置和划分策略。 如果模型比较简单规则，应尽量使用结构网格。结构网格比较容易划分，计算结果也比较好，计算时间也相对较短。对于复杂的几何外形，在损失精度尽量少的前提下，一是采用加密重点监控部分网格，逐渐向四周稀疏的划分方法；二是使用分块（混合）网格。 2017-4-6 9 5.3 模型计算网络生成技术 网格的生成 步骤二 确定拓扑 根据模型情况，构思网格的拓扑结构，简而言之，就是要明确最终得到什么样的网格，比如翼型网格，是C型，还是O型；一个圆面是想得到“内方外圆”的铜钱币类型的网格，还是一般的网格，等等。 2017-4-6 10 5.3 模型计算网络生成技术 网格的生成 步骤三 划分前准备 在确定了网格拓扑之后，还需要对模型进行划分网格前的准备。比如分割，对尺度小对计算结果影响不大的次要几何进行简化等等。模型分割是一种很重要的针对数值模拟的网格划分前准备手段。一可以提高整体网格的质量，二能够有目的的加密重要部位的流场网格，提高计算、数据交换精度，三则减少整体流域的网格单元，适合计算机较快地进行运算。对尺度小、计算结果影响不大的次要几何进行简化，是当前数值模拟中很重要的一部分，特别是对于线夹角、面夹角较小的模型部分。适当的简化，不仅能够改善网格质量，光顺模型表面，更重要是提高计算精度。 2017-4-6 11 5.3 模型计算网络生成技术 网格的生成 步骤四 划分网络 划分网格一般从线网格开始，再面网格，最后到体网格。线网格的划分，也就是网格节点的布置，对网格的质量、网格的数量以及计算精度影响比较大，比如增长速度、方向，长宽比等等。 2017-4-6 12 5.3 模型计算网络生成技术 三角形网格 是由相邻但不重叠的三角形构成的一个有限元网格，有限个点集将区域划分为相连的三角形网络。 规则三角形网格 不规则三角形网格，较常用，简称TIN 地学领域常用狄洛尼三角网（Delaunay，简称D网） 2017-4-6 13 5.3 模型计算网络生成技术 不规则三角形网格构建规则 构成的网格是唯一的 力求最佳的三角形几何形状，即三角形尽量接近等边 保证最临近的三个点构成三角形，三角形的边长最小 2017-4-6 14 5.3 模型计算网络生成技术 狄洛尼（Delaunay）网的特点 在D网中任意一个三角形的外接圆中不会有其他三角形的顶点，即空圆特性 如果两个共边三角形组成的四边形的对角线可以互换的话，那么两个三角形中最小的内角的角度不会变大，即最小角特性 不论从参与构网的数据点的任何一点开始构网，