洪水演进虚实耦合实验机理与关键技术研究

本项目研究洪水演进虚实耦合实验中的机理与关键技术。在机理上，重点探讨虚实耦合实验过程中多因子之间的关系以及联动变化的动态趋势，建立洪水实验模型相似原理以及相似度评价体系；同时，研究作为虚拟实验核心的具有评价修正机制的洪水虚实耦合实验元胞自动机模型。以辽宁浑河沈阳城市段防洪为案例，通过研究高精度三维虚拟模型构建、以及实验数据动态采集与联动传输等关键技术，搭建虚拟环境与物理模型耦合的软硬件集成平台，开展洪水虚实耦合试验与验证。本研究可以揭示现实模型、物理模型和数值模型之间的互补和验证关系，研究成果不仅可直接用于洪水灾害的时空演进模拟与预测预警，也有望为地理问题的虚实耦合实验的进一步深入研究打下基础，促进实验地理学、计算实验、地理虚拟科学与工程等的发展。

本项目设计并完成了物理模型实验的建模与观测，采用元胞自动机与物理模型的观测数据进行耦合实验。分别开展了虚拟地理实验与现实（模型）实验的作用机理、实验异步性、实验尺度问题，以及模型相似关系等关键理论问题的探讨；并重点研究了物理模型观测结果的时空尺度转换、物理模型和数值模型之间的相似度分析、虚实耦合元胞自动机建模和协同实验环境构建等技术方法。最终以浑河洪水演进模拟为案例构建了虚实耦合洪水实验原型系统，能够耦合元胞自动机与物理模型的观测数据, 进行结果的多专家对比分析和耦合模拟参数的调整。通过多组实验得到了数值模型模拟与现实（模型）实验之间的最佳的时间延迟，耦合修正间隔等参数，并发现虚实耦合实验能够提供更加贴近于观测数据的地理实验模拟。本项目首次探讨了洪水实验中数值模型与物理模型耦合的最佳时间延迟和实验相似度评价方法，为虚拟地理环境与传统实验地理学相结合做出了理论贡献，实验方法后续可以应用在防洪模拟预测与决策中。本项目共发表论文10篇（含录用），其中SCI论文8篇（IJGIS 2篇）， 申请软件著作权登记2个。