混凝土高拱坝施工动态仿真与实时控制研究

论文摘要

混凝土高拱坝施工过程十分重要而又复杂,受导流度汛等诸多内外因素的影响,约束条件非常复杂,给水电工程的进度控制带来很大的困难。本文结合高拱坝施工的关键技术问题,重点研究了高拱坝施工全过程动态仿真建模的理论与方法。将面向对象仿真技术、虚拟现实技术、多Agent技术和实时控制理论方法在高拱坝施工仿真中进行综合应用,开展了复杂约束条件下的混凝土高拱坝施工动态仿真与实时控制研究,主要工作与研究成果如下:1.在综合考虑各种复杂约束条件下,建立了高拱坝施工动态仿真的随机动态数学逻辑关系模型,为揭示高拱坝施工过程的内在规律提供理论基础。将面向对象仿真技术、虚拟现实技术和多Agent技术集成到高拱坝施工仿真模型中,提出了基于真实施工场景下的交互式仿真智能体模型(VISAM)的仿真建模方法,简化了仿真建模过程,提高了施工仿真的直观性。2.提出了真实施工场景下高拱坝施工实时交互式仿真与控制方法,创建了具有高度沉浸感的实时交互式仿真环境,对实时交互式仿真的概念、软硬件技术和实时交互控制理论进行了论述,并详细研究了高拱坝施工仿真中实时交互与控制的实现过程,为高拱坝施工设计与建设管理提供了直观交互的系统平台。3.针对高拱坝施工过程的随机性、不确定性和经验性强等特点,提出了基于多Agent的高拱坝施工动态仿真与优化方法,将智能化仿真中知识的表示、推理、搜索等手段引入到施工动态仿真中。采用多策略建模方法实现不同智能水平的Agent模型,包括基于模糊规则的随机跳仓排序方法和通过强化学习实现Agent学习和自适应功能。基于多Agent的高拱坝施工动态仿真提高了系统建模能力,扩展了系统应用的范围,起到了辅助决策作用。4.进行了高拱坝的施工进度实时控制过程研究,提出了基于实时仿真的高拱坝施工进度预测与分析方法。根据进度控制的基本原理,建立了高拱坝实际可行的进度控制流程,研究了高拱坝施工进度监控预警模型,详细论述了高拱坝施工进度动态调整与控制的实现方法,研制开发了一个高拱坝施工动态仿真与实时控制(DSim_PDC)系统,并论述了系统的实现流程。5.结合锦屏一级工程关键技术问题,进行了仿真系统工程应用分析,对锦屏一级大坝施工进行了多方案的仿真计算与成果评价,提出了加快施工进度的有效措施,为施工管理人员提供了有效的辅助分析工具,并为该工程的开工建设及现场施工控制提供了强有力的技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 本文研究的若干理论基础及其应用
• 1.2.1 系统仿真技术及其应用
• 1.2.2 面向对象仿真技术及其应用
• 1.2.3 虚拟现实技术及其应用
• 1.2.4 人工智能技术及其应用
• 1.2.5 实时控制理论在进度管理中的应用
• 1.3 高拱坝施工动态仿真研究发展与现状
• 1.4 本文研究思路与主要内容
• 第二章 高拱坝施工全过程动态仿真建模理论与方法
• 2.1 高拱坝施工系统的特征与影响因素
• 2.1.1 高拱坝施工系统的基本特征
• 2.1.2 高拱坝施工系统的影响因素
• 2.2 高拱坝施工系统分解与机理描述
• 2.2.1 高拱坝施工系统分解协调
• 2.2.2 高拱坝施工过程的机理描述
• 2.3 高拱坝施工全过程动态仿真基本原理
• 2.3.1 离散系统仿真的基本概念
• 2.3.2 高拱坝施工全过程动态仿真流程
• 2.3.3 高拱坝施工系统的仿真时钟推进方法
• 2.4 高拱坝施工全过程动态仿真的数学建模
• 2.4.1 高拱坝施工系统的仿真目标函数
• 2.4.2 仿真建模的约束条件
• 2.4.3 状态变量与决策变量
• 2.5 基于VISAM 模型的高拱坝施工全过程动态仿真建模方法
• 2.5.1 VISAM 模型的建模分析
• 2.5.2 基于VISAM 模型的施工仿真建模方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 真实施工场景下高拱坝施工实时交互式仿真与控制研究
• 3.1 真实施工场景下的实时交互式仿真与控制
• 3.2 实时交互式仿真系统的软硬件技术
• 3.2.1 实时交互式仿真的软件系统开发
• 3.2.2 高度沉浸感的系统硬件组成设计
• 3.2.3 实时交互式仿真系统的运行控制
• 3.3 高拱坝施工仿真场景建模方法与实现
• 3.3.1 真实施工场景的建模技术
• 3.3.2 关键技术问题的实现
• 3.4 高拱坝施工实时交互式仿真与控制过程
• 3.4.1 高拱坝施工仿真场景建模与优化
• 3.4.2 高拱坝施工全过程的实时动态仿真
• 3.4.3 施工过程的仿真多尺度表达
• 3.4.4 施工动态仿真的实时交互与控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于多Agent 的高拱坝施工动态仿真与优化研究
• 4.1 高拱坝施工仿真多Agent 建模分析
• 4.1.1 多Agent 系统
• 4.1.2 Agent 模型的描述
• 4.1.3 高拱坝仿真系统的多Agent 模型结构
• 4.1.4 高拱坝施工仿真的Agent 多策略建模方法
• 4.2 高拱坝施工过程仿真多Agent 实现方法
• 4.2.1 仿真行为推理的Petri 网建模
• 4.2.2 Agent 规则知识的获取与应用
• 4.2.3 Agent 间的通信机制
• 4.2.4 Agent 间的协商机制
• 4.3 基于模糊规则的高拱坝随机跳仓排序研究
• 4.3.1 高拱坝仿真过程的类Markov 性描述
• 4.3.2 跳仓排序模糊规则识别及表示
• 4.3.3 随机跳仓排序的矩阵计算推理方法
• 4.4 面向现场的Agent 学习与自适应控制分析
• 4.4.1 强化学习的基本原理
• 4.4.2 高拱坝跳仓排序的自适应学习算法
• 4.5 人机交互界面Agent 的功能与实现
• 4.6 实例分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 高拱坝施工进度实时控制与预警机制研究
• 5.1 施工进度分析方法
• 5.1.1 横道图法
• 5.1.2 网络计划图法
• 5.1.3 S 型曲线法
• 5.1.4 前锋线分析法
• 5.2 基于实时仿真的高拱坝施工进度预测与分析
• 5.2.1 工程施工进度的实时仿真预测
• 5.2.2 基于实时仿真的高拱坝施工进度前锋线法实现
• 5.3 高拱坝施工进度实时控制流程
• 5.4 高拱坝施工进度监控预警模型研究
• 5.5 高拱坝施工进度动态调整与控制的实现
• 5.5.1 面向现场的高拱坝施工进度管理
• 5.5.2 高拱坝施工进度的动态调整与优化
• 5.5.3 高拱坝施工进度的执行与控制
• 5.6 本章小结
• 第六章 高拱坝施工动态仿真与实时控制系统的研制与开发
• 6.1 系统需求分析
• 6.2 系统体系结构设计
• 6.2.1 系统设计目标
• 6.2.2 系统设计思路
• 6.2.3 系统总体设计
• 6.2.4 系统界面设计
• 6.3 系统模块划分与功能
• 6.3.1 仿真参数管理模块
• 6.3.2 场景建模管理模块
• 6.3.3 仿真计算模块
• 6.3.4 实时交互控制模块
• 6.3.5 仿真实时显示模块
• 6.3.6 工程数据管理模块
• 6.3.7 沉浸式三通道环幕立体投影模块
• 6.3.8 数据库管理模块
• 6.3.9 帮助模块
• PDC 系统的实现流程'>6.4 DSim_PDC 系统的实现流程
• 6.5 本章小结
• 第七章 锦屏一级高拱坝施工多方案仿真与成果分析
• 7.1 工程简介
• 7.2 工程施工控制性进度分析
• 7.3 工程施工仿真数据的选取
• 7.3.1 工程基础数据设计
• 7.3.2 施工仿真基本参数设定
• 7.4 锦屏一级高拱坝施工多方案仿真计算
• 7.4.1 施工多方案的拟定
• 7.4.2 施工多方案的仿真计算与对比
• 7.4.3 典型方案的仿真成果分析
• 7.5 加快施工进度的措施分析与综合建议
• 7.6 本章小结
• 第八章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢