专利名称：城市震害预测虚拟仿真系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种城市震害预测虚拟仿真系统。
背景技术：
目前仅从2008年至今的两年里，世界上就发生了汶川8.0级地震、海地7. 3级 地震、智利8. 8级地震、玉树7. 1级地震等重大地震事件，给灾区民众造成了巨大的灾难。 由于地震是地球运动的一种常态形式，地震永不会停止，因此，人类必须面对这种突发性极 强、危害性极大、波及面积极广的自然灾害(地震灾害)，并且积极通过研究地震灾害的成因 和时空分布规律来寻求减轻地震灾害损失的途径。我国是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一。建国60多年来，随着经济建设 的飞速发展，城市化进程不断加速。有效的评定城市的地震危险性、人工建筑物的抗震能 力、防震减灾薄弱环节、地震应急处置能力、紧急救援能力、民众的防震避险意识、自救互救 能力等，是制定针对性强的地区地震对策的基础，能促进“最大程度减轻地震灾害损失”这 一防震减灾根本目标的实现。震害预测工作就是在烈度区划图、地震危险性分析和地震小 区划的基础上，对预测区域内的工程结构在未来地震中的震害状态和震害分布以及由此导 致的人员伤亡和经济损失进行分析和模拟。鉴于震害预测工作的重要性，我国防震减灾的 重要法律法规及文件中均给出了明确要求，汶川地震后新修订2009年5月1日起施行的 《中华人民共和国防震减灾法》第十三条中规定“编制防震减灾规划，应当遵循统筹安排、突 出重点、合理布局、全面预防的原则，以震情和震害预测结果为依据”。2010年下发的《国务 院关于进一步加强防震减灾工作的意见》(国发〔2010〕18号)中明确提出“进一步做好全 国地震区划工作，尽快完成地震重点监视防御区县级以上城市的地震小区划和震害预测”。针对目前震害预测结果都是采用文字、图、表等方式进行表达，难以充分反映预测 区域的建筑物震害的实体特征，宏观震撼力表现不足，造成预测结果难以被行政管理者及 民众所接受，影响震害预测的有效应用的这个问题，本发明利用虚拟仿真技术，研制出了基 于虚拟仿真技术的城市震害预测系统，为城市减灾及规划、民众防灾避险宣教等提供有效 的技术支撑，是未来震害预测工作的发展方向。

发明内容
本发明的目的是提供一种城市震害预测虚拟仿真系统，本发明可以完整模拟城市 工程结构在遭受不同震级的地震作用下产生的震害过程，具有完备的数据库结构、可靠的 仿真模型和丰富逼真的三维震害数据输出，以克服现有震害预测结果都是采用文字、图、表 等方式进行表达，难以充分反映预测区域的建筑物震害的实体特征，宏观震撼力表现不够， 造成预测结果难以被行政管理者及民众所接受的不足。本发明的目的是通过以下技术方案来实现 一种城市震害预测虚拟仿真系统，包括
数据层，提供底层数据的存储管理功能，数据层包括数据库模块、键盘和鼠标，数据库模块包括基础数据库、预测数据库、三维模型数据库、震害矩阵数据库、典型震害数据库和 想定编辑数据库，其中基础数据库用于存储地理信息空间数据、建筑物调查、生命线工程调 查、地震次生灾害源调查、社会环境及经济统计资料、地震目录以及地震地质灾害资料；预 测数据库用于存储震害预测和研究得到的结果数据；三维模型数据库用于存储通过对采集 到的城市实景三维数据、建筑物实景三维数据、地形与地貌数据、建筑物实景二维图像数据 进行三维实体仿真建模得到的数据；震害矩阵数据库用于存储被预测城市经过预测之后获 取的震害矩阵；典型震害数据库用于存储国内外历次地震震害调查中获取到的各类结构物 的典型震害数据；想定编辑数据库可以添加气象数据、突发事件，可以对虚拟环境中的三维 震害模型进行编辑、替换、删除，并可对系统虚拟仿真结果进行重新订制；
支持层，提供对底层数据的读写访问接口以及设备访问接口功能，支持层包括设备访 问接口和数据访问接口，设备访问接口通过线路分别与所述键盘、鼠标连接，数据访问接口 通过线路与所述数据库模块连接；
功能层，功能层包括通过线路相互连接的虚拟现实模块和仿真模块，虚拟现实模块包 括LOD计算模块、模型渲染模块、特效处理模块和动力学计算模块，仿真模块包括场景管理 模块和仿真中心模块，仿真模块通过线路分别连接任务处理模块和消息解析模块，消息解 析模块通过线路与设备访问接口连接，仿真模块通过线路与数据访问接口连接；
应用层，应用层包括震害预测虚拟仿真输出模块、数据管理模块、想定编辑模块和想定 生产模块，数据管理模块、想定编辑模块和想定生产模块均通过线路与仿真模块连接，震害 预测虚拟仿真输出模块通过线路与虚拟现实模块连接。本发明的有益效果为本发明可以完整模拟城市工程结构在遭受不同震级的地震 作用下产生的震害过程，具有完备的数据库结构、可靠的仿真模型和丰富逼真的三维震害 数据输出，可以更好的帮助广大民众理解地震对房屋的破坏作用和典型震害特征，也有助 于不同部门间的信息传递和相互交流；可用于今后的震害预测工作中，为城市防震减灾工 作提供更多有用、可靠、直观的信息，推动城市防灾规划、应急预案编制、抗震加固改造、民 众防灾教育等工作的开展，最大程度地去防止和抵御未来地震灾害可能带来的巨大破坏。


下面根据附图对本发明作进一步详细说明。图1是本发明实施例所述的一种城市震害预测虚拟仿真系统的结构框图。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例所述的一种城市震害预测虚拟仿真系统，包括数据层 1，数据层1包括数据库模块11、键盘12和鼠标13，数据库模块11包括基础数据库1101、预 测数据库1102、三维模型数据库1103、震害矩阵数据库1104、典型震害数据库1105和想定 编辑数据库1106，其中基础数据库1101用于存储地理信息空间数据、建筑物调查、生命线 工程调查、地震次生灾害源调查、社会环境及经济统计资料、地震目录以及地震地质灾害资 料；预测数据库1102用于存储震害预测和研究得到的结果数据；三维模型数据库1103用 于存储通过对采集到的城市实景三维数据、建筑物实景三维数据、地形与地貌数据、建筑物 实景二维图像数据进行三维实体仿真建模得到的数据；震害矩阵数据库1104用于存储被预测城市经过预测之后获取的震害矩阵；典型震害数据库1105用于存储国内外历次地震 震害调查中获取到的各类结构物的典型震害数据；想定编辑数据库可以添加气象数据、突 发事件，可以对虚拟环境中的三维震害模型进行编辑、替换、删除，并可对系统虚拟仿真结 果进行重新订制；
支持层2，支持层2包括设备访问接口 21和数据访问接口 22，设备访问接口 21通过线 路分别与所述键盘12、鼠标13连接，数据访问接口 22通过线路与所述数据库模块11连接；
功能层3，功能层3包括通过线路相互连接的虚拟现实模块31和仿真模块32，虚拟现 实模块31包括LOD计算模块3101、模型渲染模块3102、特效处理模块3103和动力学计算 模块3104，仿真模块32包括场景管理模块3201和仿真中心模块3202，仿真模块32通过线 路分别连接任务处理模块33和消息解析模块34，消息解析模块34通过线路与设备访问接 口 21连接，仿真模块32通过线路与数据访问接口 22连接；
应用层4，应用层4包括震害预测虚拟仿真输出模块41、数据管理模块42、想定编辑模 块43和想定生产模块44，数据管理模块42、想定编辑模块43和想定生产模块44均通过线 路与仿真模块32连接，震害预测虚拟仿真输出模块41通过线路与虚拟现实模块31连接。
在上述城市震害预测虚拟仿真系统中，数据层1提供了底层数据的存储管理功 能，包括各种收集和整理各种与城市震害预测密切相关的空间和非空间数据，存储和虚拟 仿真相关的三维震害模型数据、典型震害特征数据等，通过对数据的有效组织和管理，进而 为仿真中心模块提供必要的数据源；支持层2提供对底层数据的读写访问接口以及设备访 问接口功能；功能层3为系统提供各种功能模块，包括仿真模块、场景数据管理、虚拟现实 模块(数据渲染、数据优化、动力学计算)等功能模块。其中处在仿真中心的仿真模块是整个 虚拟仿真的核心模块，将完成被预测城市的建筑物、生命线等工程结构的易损性分析及其 在空间上的分布模拟(调用GIS的相关分析功能)；虚拟现实模块则将仿真模块给出的仿真 结果进行虚拟环境的构建；应用层4主要实现了系统功能层的各种模块功能，仿真中心在 完成每一次仿真之后都会输出相应的结果，这些结果包括被预测城市在设定地震下建筑及 生命线等工程结构的震害状态及分布、损失情况、应急救援辅助决策等，同时，系统允许根 据实际需要对自动构建的虚拟环境进行二次编辑。
权利要求
一种城市震害预测虚拟仿真系统，其特征在于，包括数据层，数据层包括数据库模块、键盘和鼠标，数据库模块包括基础数据库、预测数据库、三维模型数据库、震害矩阵数据库、典型震害数据库和想定编辑数据库；支持层，支持层包括设备访问接口和数据访问接口，设备访问接口通过线路分别与所述键盘、鼠标连接，数据访问接口通过线路与所述数据库模块连接；功能层，功能层包括通过线路相互连接的虚拟现实模块和仿真模块，虚拟现实模块包括LOD计算模块、模型渲染模块、特效处理模块和动力学计算模块，仿真模块包括场景管理模块和仿真中心模块，仿真模块通过线路分别连接任务处理模块和消息解析模块，消息解析模块通过线路与设备访问接口连接，仿真模块通过线路与数据访问接口连接；应用层，应用层包括震害预测虚拟仿真输出模块、数据管理模块、想定编辑模块和想定生产模块，数据管理模块、想定编辑模块和想定生产模块均通过线路与仿真模块连接，震害预测虚拟仿真输出模块通过线路与虚拟现实模块连接。 2. 根据权利要求1所述的城市震害预测虚拟仿真系统，其特征在于所述基础数据库用于存储地理信息空间数据、建筑物调查、生命线工程调查、地震次生灾害源调查、社会环境及经济统计资料、地震目录以及地震地质灾害资料；预测数据库用于存储震害预测研究得到的结果数据；三维模型数据库用于存储通过对采集到的城市实景三维数据、建筑物实景三维数据、地形与地貌数据、建筑物实景二维图像数据进行三维实体仿真建模得到的数据；震害矩阵数据库用于存储被预测城市经过预测之后获取的震害矩阵；典型震害数据库用于存储国内外历次地震震害调查中获取到的各类结构物的典型震害数据；想定编辑数据库用于添加气象数据、突发事件，对虚拟环境中的三维震害模型进行编辑、替换、删除，以及对系统虚拟仿真结果进行重新订制。
2.根据权利要求1所述的城市震害预测虚拟仿真系统，其特征在于所述基础数据 库用于存储地理信息空间数据、建筑物调查、生命线工程调查、地震次生灾害源调查、社会 环境及经济统计资料、地震目录以及地震地质灾害资料；预测数据库用于存储震害预测研 究得到的结果数据；三维模型数据库用于存储通过对采集到的城市实景三维数据、建筑物 实景三维数据、地形与地貌数据、建筑物实景二维图像数据进行三维实体仿真建模得到的 数据；震害矩阵数据库用于存储被预测城市经过预测之后获取的震害矩阵；典型震害数据 库用于存储国内外历次地震震害调查中获取到的各类结构物的典型震害数据；想定编辑数 据库用于添加气象数据、突发事件，对虚拟环境中的三维震害模型进行编辑、替换、删除，以 及对系统虚拟仿真结果进行重新订制。
全文摘要
本发明涉及一种城市震害预测虚拟仿真系统，包括数据层，数据层包括数据库模块、键盘和鼠标；支持层，支持层包括设备访问接口和数据访问接口；功能层，功能层包括通过线路相互连接的虚拟现实模块和仿真模块，仿真模块包括场景管理模块和仿真中心模块；应用层，应用层包括震害预测虚拟仿真输出模块、数据管理模块、想定编辑模块和想定生产模块。本发明的有益效果为本发明可以完整模拟城市工程结构在遭受不同震级的地震作用下产生的震害过程，具有完备的数据库结构、可靠的仿真模型和丰富逼真的三维震害数据输出，可以更好的帮助广大民众理解地震对房屋的破坏作用和典型震害特征，也有助于不同部门间的信息传递和相互交流。
文档编号G01V1/28GK101980226SQ201010552950
公开日2011年2月23日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者李永佳, 王东明, 高杰 申请人:中国地震灾害防御中心