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大鹏倾斜摄影 | 新北川县城地震反应的全景动态可视化

近日,央视报道了“新北川县城震害可视化预测系统”,通过系统可以直观地查看地震中城市建筑群如何晃动,哪些建筑破坏得比较厉害,为抗震救灾提供参考,做到准确施救。该系统为抗震防灾新成果。

该系统为清华大学、中国地震局地球物理研究所、北京科技大学、中国地震学会地震应急专业委员会、北川羌族自治县防震减灾局等多家单位共同合作开展。

成都纵横作为参与者之一,为大家解谜其中的三个方面集成创新:地震波的输入、分析平台系统、可视化。


地震动输入

震害预测第一个关键问题是获得合理的地震动输入。2008年地震时,新北川县城所在区域没有地震动记录。

从震源到场地是一个复杂的过程,以往研究受限于计算机能力的限制,一般只能模拟得到低频地震波(<1Hz)的传播,而高频地震波只能通过经验模型近似得到。从计算量上说,模拟的频率每提高1倍,计算量需求就增加16倍以上。


为解决汶川地震的再现问题,研究团队和国家超级计算无锡中心合作,利用目前世界上最快的“神威•太湖之光”计算机,模拟了2008年汶川地震在北川新县城场址引起的地震动,包括了从低频到高频的全频段地震动输入。

分析平台系统

在北川县防震减灾局的支持下,清华大学陆新征课题组,收集了北川新县城建筑的设计资料,在实地调查建筑数据的基础上,利用自主知识产权的原创成果“城市抗震弹塑性分析”技术,并考虑“场地-建筑群耦合作用”,模拟了新北川县城全部建筑的地震反应,解决了最为核心的结构动力时程分析问题。

城市建筑群耦合地震弹塑性分析计算程序执行流程(图片来源于陆新征课题组)


真实感可视化

成都纵横联合中国地震局地球物理研究所研究员杨建思团队,使用CW-10大鹏和CW-30大鹏,搭载多拼相机,对北川新县城进行倾斜摄影。

此次作业有效面积6平方公里。其中,CW-30大鹏搭载五拼相机(全画幅),飞行1个架次,飞行时长2个小时,飞行高度280米,拍摄照片1万2千余张,照片总容量容量超过400G。CW-10大鹏搭载五拼相机(半画幅)飞行4个架次,飞行高度200米,拍摄照片2万张,照片总容量300G。

CW-30大鹏搭载五拼相机

为实现新北川县城地震反应的全景动态可视化,北京科技大学许镇课题组,利用大鹏系列无人机拍摄的照片,生成三维模型。后期处理时,计算量巨大,16核+64G服务器,要算75天。生成的新北川三维模型,全部加载显示需要128G以上内存。动态显示地震反应时,每一帧都需要运算千万级顶点及海量纹理,12G显存的Titan显卡也会崩溃。许镇课题组在50天内,完成了后期工作。

汶川地震再现,新北川县城的建筑会怎样?请看新北川县城地震反应的全景动态可视化视频。

https://v.qq.com/x/page/o1339jicwaa.html

注意:该视频建筑位移比模拟结果扩大了300倍,且快放了7倍

视频中出现的的景象就是一个地震中城市建筑群及区域板块的形象表现,是城市建筑群地震灾害可视化系统给我们呈现的结果。将地震波数据输入平台系统,就可以形象的呈现出不同波形对建筑物的不同影响。

依据每次地震波的不同类型,系统可以预测地震后城市楼群的损伤程度,从而推算出抗震救灾的重点区域,从而实现准确施救。

据了解,“新北川县城震害可视化预测系统”成果目前已经开始应用在地震救灾的实践中,由于该方法显著的优势和原创性,得到了众多国际知名专家的高度评价,成为了美国国家科学基金重大项目“多灾害模拟平台”核心模块之一。