Oberflächenabflussberechnung und Oberflächenabflussberechnungsobjekt: Unterschied zwischen den Seiten

Version vom 21. Dezember 2023, 15:20 Uhr

Ab Version 15 - INN wurde ein neues Objekt für die Einstellungen der Oberflächenabflussberechnung angelegt. Ziel dieser neuen Objekte ist die konsistente Einstellung der Berechnungsparamater für gekoppelte 2D-Oberflächenmodelle, sowie eine besser Datenverwaltung für die Berechnungsergebnisse. Dabei muss diese Datenverwaltung der vorherigen Berechnungen (älter V15) von 2D-Oberflächenmodelle in die neue Version transferiert werden. Hierzu wurde ein Wizard geschaffen, welcher die Daten nach ihren Vorgaben verschieben und an die Struktur der neuen Version 15 anpassen soll.

Was ist ein OBO?

Zentrale Konfigurationsobjekt für die 2D-Oberflächenberechnung
Speichern von hydraulischen Daten und Ergebnissen in den OBOs
Eindeutige Ergebniszuweisung
Verbesserte Datenstruktur

Welche Vorteile hat ein OBO?

Übersichtliche Steuerung von gekoppelten Modellen in einem Dialog!
Projektdatei (KPP) wird deutlich kleiner, da weniger Geländemodelle gespeichert werden!
Verbesserter Workflow für die 2D-Oberflächenberechnung – weniger fehleranfällig!
Eindeutige Ergebniszuweisung von gekoppelten Modellen – konsistente Datenverwaltung!

Umwandlung in neue Datenstruktur - Wizard

Mit dem Wizard wurde von unserer Seite eine schnelle und automatische Lösung geschaffen, die "alten" Einstellungen und Berechnungsergebnisse in das neue Objekt und Verzeichnis zu übertragen:

Dabei gibt es verschiedene Auswahlmöglichkeiten für die Erstellung dieser neuen Oberflächenabflussberechnungsobjekte (OBO). Im Folgenden finden Sie eine Erklärung für die einzelnen Einstellungsmöglichkeiten mit dem Wizard.

Ziel des Wizard:

Erzeugung der Objekte für die Oberflächenabflussberechnung (OBO)
Passt die Datenstruktur alter Berechnungsergebnisse an die neue der OBOs an:
- Erzeugt neuen Ordner
- Kopiert/verschiebt die vorherigen Ergebnisordner
Kann jederzeit wieder aufgerufen werden!

Möglichkeiten der automatischen Erzeugung von OBOs

Für alle GeoCPM Geländemodelle: Für jedes Geländemodell wird ein Oberflächenabflussobjekt erzeugt. Unabhängig davon, ob dieses bereits berechnet wurde oder nicht!
Für GeoCPM Geländemodelle mit bereits vorhandenen Simulationsergebnissen: Wenn bereits Simulationsergebnisse aus früheren Berechnungen vorhanden sind, wird nur für die berechneten Geländemodelle ein Oberflächenabflussobjekt erzeugt!
Keine Oberflächenabflussberechnungsobjekte automatisch erzeugen

Zusätzlich zu der automatischen OBO-Erzeugung haben Sie für die bereits vorliegenden Ergebnisse aus früheren Berechnungen noch weitere Optionen diese in die neue Verzeichnisstruktur zu übertragen:

in an OBO angepasste Verzeichnisse verschieben: Verschiebt alle Ergebnisse in die neue Verzeichnisstruktur (GeoCPM-Ergebnisse sind mit Versionen älter V15 nicht mehr aufrufbar)

in an OBO angepasste Verzeichnisses kopieren: kopiert alle Ergebnisse in die neue Verzeichnisstruktur, Ergebnisse sind immer noch im Projektordner vorhanden und können auch mit älteren Versionen geöffnet und visualisiert werden (Nachteil: Datenmenge verdoppelt sich aufgrund des Kopierens)

Keine Aktion

Dialog OBO

Im neuen Dialog der OBOs werden alle Möglichkeiten der Abflussbildung auf einer Seite verwaltet! Auswahlbedingt werden weitere Einstelloptionen im Fenster freigeschaltet oder auch ausgegraut. Dies ermöglicht eine konsistente Eingabe der Laufzeit und der zu berechnenden Modellvariante. Wir orientieren uns an den KLAS-Leitfaden für Starkniederschläge der Hochschule Bremen, wobei Sie auch unter Berechnungsvarianten für Oberflächenmodelle eine erste Übersicht der möglichen Modellvarianten finden.

Die Optionen unter den erweiterten Einstellungen sind für die Standardanwendung vorbelegt und sollten nur im Bedarfsfall aktiviert werden. (z.B. für Berechnungen nach LUBW, Ergebnisse automatisch Einlesen, sowie Zusammenfassung von Qualitätsgrenzen und Dreiecksflächen).

Neuer Workflow

Bisher waren die Oberflächenparameter, der Berechnungsregen und die Ergebnisse fest verknüpft mit dem Geländemodell. Die Koppelung mit dem Kanalnetz erfolgte durch Auswahl in der Hydraulikvariante (DYNA-Variante). Um verschiedene Belastungen, Änderungen in den Oberflächenparametern und Koppelungen mit verschiedenen Kanalvariante simulieren zu können, musste in Versionen älter V15 das Geländemodell kopiert werden. Dieser Prozess war oftmals unübersichtlich, besonders bei der Berechnung von gekoppelten Zuständen (Oberfläche und Kanalnetz).

Ab Version 15 - Inn werden folgende Punkte von den OBOs gesteuert:

welche Parameter dem Geländemodell vor der Berechnung zugewiesen werden sollen
Bei Bedarf: Koppelung der Kanalhydraulik
die Art der Verknüpfung des Geländemodells – Kanalhydraulik (nach KLAS-Leitfaden)
die Laufzeitsteuerung
den Regen und die Art der Beregnung

Durch diese Erneuerung ergibt sich insgesamt auch ein neuer Workflow. Dieser ist in Praxisbeispielen und in den Anleitungen im Detail beschrieben.

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-Die Grundlage für die Parallelisierung der hydrodynamischen Berechnung des Oberflächenabflusses bildet die von Herrn Dipl.-Math. Reinhard Tandler entwickelte Complex Parallelstep Method (CPM).
-Die CPM basiert auf einem verallgemeinerten Ansatz der St.-Venant’schen Differentialgleichung. Das üblicherweise verwendete hydrodynamische Verfahren wird auf die Gaußsche Zahlenebene der komplexen Zahlen erweitert.
+Ab Version 15 - INN wurde ein neues Objekt für die Einstellungen der Oberflächenabflussberechnung angelegt. Ziel dieser neuen Objekte ist die konsistente Einstellung der Berechnungsparamater für gekoppelte 2D-Oberflächenmodelle, sowie eine besser Datenverwaltung für die Berechnungsergebnisse. Dabei muss diese Datenverwaltung der vorherigen Berechnungen (älter V15) von 2D-Oberflächenmodelle in die neue Version transferiert werden. Hierzu wurde ein '''Wizard''' geschaffen, welcher die Daten nach ihren Vorgaben verschieben und an die Struktur der neuen Version 15 anpassen soll.
-<div class="res-img">[[File:Geocpm_Verfahren_01.png|800px|center]]</div>
-Der komplexe Anteil der Lösung dient dabei als Indikator für Schwingungsvorgänge im System, die eine Verkürzung der Zeitdauer pro Berechnungsschritt bewirken. Dadurch werden Instabilitäten durch Aufschaukeln des Systems verhindert.
-Dies geschieht immer unter Berücksichtigung der Kontinuitätsbedingung auf den Oberflächenelementen:
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_04.png|800px|center]]</div>
-<div class="res-img">[[File:Geocpm_Verfahren_02.png|300px|center]]</div>
-Die Lösung besitzt den Vorteil einer uneingeschränkten Stabilität und Genauigkeit auch in besonderen hydraulischen Situationen (Druckstöße, Fließwechsel, aufeinanderprallen zweier gegenläufiger Wassermassen, usw.). Das Verfahren wird bereits seit Jahren im Kanalnetzberechnungsverfahren DYNA verwendet und ist daher ausgiebig getestet und verifiziert.
+'''Was ist ein OBO?'''
+* Zentrale Konfigurationsobjekt für die 2D-Oberflächenberechnung
+* Speichern von hydraulischen Daten und Ergebnissen in den OBOs
+* Eindeutige Ergebniszuweisung
+* Verbesserte Datenstruktur
-==Multiprozessoring==
-Die zentrale Eigenschaft dieses Verfahrens ist die einfache Aufteilung der anstehenden Berechnungen auf beliebig viele Prozessoren. Der Berechnungsablauf ist in die nachfolgend beschriebenen Teilschritte aufteilbar.
-<div class="res-img">[[File:Geocpm_Verfahren_03.png|800px|center]]</div>
-===Einlesen der Daten und Initialisierung===
+'''Welche Vorteile hat ein OBO?'''
-Die Daten werden aus der, automatisch von ++SYSTEMS erzeugten, Konfigurationsdatei eingelesen und im Berechnungsmodul abgelegt. Während der Initialisierung werden die konstanten Randwerte wie Dreiecksfläche, Abstand zwischen den Elementen, verfügbare Austauschseitenlänge und die Dreiecksschwerpunkte berechnet.
+* Übersichtliche Steuerung von gekoppelten Modellen in einem Dialog!
+* Projektdatei (KPP) wird deutlich kleiner, da weniger Geländemodelle gespeichert werden!
+* Verbesserter Workflow für die 2D-Oberflächenberechnung – weniger fehleranfällig!
+* Eindeutige Ergebniszuweisung von gekoppelten Modellen – konsistente Datenverwaltung!
-===Zeitschrittformel (parallelisiert auf Elementebene)===
+==Umwandlung in neue Datenstruktur - Wizard==
-Der für die Berechnung verwendete Zeitschritt ist '''nicht konstant'''. Der Zeitschritt wird vor jeder Berechnungsschleife (Randwertberechnung und St.-Venant’sche DGL) neu bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass während der Berechnung flexibel auf bestimmte Situationen reagiert werden kann und dadurch zum einen eine höhere Berechnungsgenauigkeit und zum anderen eine bessere Performance erreicht werden. Die Berechnungsgenauigkeit wird gesteigert, indem im Falle von komplexen hydraulischen Situationen (z. B. beschleunigter Abfluss, Schwingungen) die Berechnungszeitschritte so weit reduziert werden, dass diese Situation mit ausreichender Genauigkeit berechnet und nachgebildet werden können. Die Performancesteigerung basiert auf dem Verlängern der Zeitschritte bei konstanten Abflussvorgängen. Für die Bestimmung des aktuellen Zeitschrittes werden die folgenden Kriterien ausgewertet:
+Mit dem Wizard wurde von unserer Seite eine schnelle und automatische Lösung geschaffen, die "alten" Einstellungen und Berechnungsergebnisse in das neue Objekt und Verzeichnis zu übertragen:
-• Courant Bedingung
-• Komplexer Anteil der Lösung der St.-Venant’schen DGL
-• Änderung des Geschwindigkeitsbetrages
-• Verfügbares Volumen auf Dreieckselementen
-===Berechnung der Randbedingungen (parallelisiert auf Elementebene)===
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_01.png|400px|center]]</div>
-Basierend auf den Ergebnissen der Durchflussberechnung (St.-Venant’schen DGL) werden die aktuellen Wasserstände und Energieniveaus auf den Oberflächenelementen bestimmt. Hier werden die manuell angegebenen Zu- und Abflüsse sowie die von der Kanalnetzberechnung angegebenen Volumina mit einberechnet.
-===Berechnung der St.-Venant’schen Differentialgleichung (parallelisiert auf Elementebene)===
+Dabei gibt es verschiedene Auswahlmöglichkeiten für die Erstellung dieser '''neuen''' Oberflächenabflussberechnungsobjekte (OBO). Im Folgenden finden Sie eine Erklärung für die einzelnen Einstellungsmöglichkeiten mit dem Wizard.
-Mit Hilfe der zuvor bestimmten Randbedingungen werden nun die neuen Austauschgeschwindigkeiten und die draus resultierenden Durchflüsse durch die Austauschkanten bestimmt. Mit diesen Daten werden daraufhin der aktuelle Zeitschritt und die nächsten Randbedingungen bestimmt.
+'''Ziel des Wizard:'''
+*Erzeugung der Objekte für die Oberflächenabflussberechnung (OBO)
+*Passt die Datenstruktur alter Berechnungsergebnisse an die neue der OBOs an:
+**Erzeugt neuen Ordner
+**Kopiert/verschiebt die vorherigen Ergebnisordner
+*Kann jederzeit wieder aufgerufen werden!
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_05.png|400px|center]]</div>
+===Möglichkeiten der automatischen Erzeugung von OBOs===
+* '''Für alle GeoCPM Geländemodelle: ''' Für jedes Geländemodell wird ein Oberflächenabflussobjekt erzeugt. Unabhängig davon, ob dieses bereits berechnet wurde oder nicht!
+* '''Für GeoCPM Geländemodelle mit bereits vorhandenen Simulationsergebnissen: ''' Wenn bereits Simulationsergebnisse aus früheren Berechnungen vorhanden sind, wird nur für die berechneten Geländemodelle ein Oberflächenabflussobjekt erzeugt!
+* '''Keine Oberflächenabflussberechnungsobjekte automatisch erzeugen'''
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_06.png|1000px|center]]</div>
+Zusätzlich zu der automatischen OBO-Erzeugung haben Sie für die bereits vorliegenden Ergebnisse aus früheren Berechnungen noch weitere Optionen diese in die neue Verzeichnisstruktur zu übertragen:
+* '''in an OBO angepasste Verzeichnisse verschieben:''' Verschiebt alle Ergebnisse in die neue Verzeichnisstruktur (GeoCPM-Ergebnisse sind mit Versionen älter V15 nicht mehr aufrufbar)
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_07.png|700px|center]]</div>
+* '''in an OBO angepasste Verzeichnisses kopieren:'''  kopiert alle Ergebnisse in die neue Verzeichnisstruktur, Ergebnisse sind immer noch im Projektordner vorhanden und können auch mit älteren Versionen geöffnet und visualisiert werden (Nachteil: Datenmenge verdoppelt sich aufgrund des Kopierens)
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_08.png|700px|center]]</div>
+* '''Keine Aktion'''
+== Dialog OBO==
+Im neuen Dialog der OBOs werden alle Möglichkeiten der Abflussbildung auf einer Seite verwaltet! Auswahlbedingt werden weitere Einstelloptionen im Fenster freigeschaltet oder auch ausgegraut. Dies ermöglicht eine konsistente Eingabe der Laufzeit und der zu berechnenden Modellvariante.
+Wir orientieren uns an den KLAS-Leitfaden für Starkniederschläge der Hochschule Bremen, wobei Sie auch unter [[Berechnungsvarianten_für_Oberflächenmodelle|Berechnungsvarianten für Oberflächenmodelle]] eine erste Übersicht der möglichen Modellvarianten finden.
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_12.png|900px|center]]</div></br>
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_13.png|900px|center]]</div></br>
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_14.png|900px|center]]</div></br>
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_15.png|900px|center]]</div></br>
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_16.png|900px|center]]</div></br>
+Die Optionen unter den erweiterten Einstellungen sind für die Standardanwendung vorbelegt und sollten nur im Bedarfsfall aktiviert werden. (z.B. für Berechnungen nach LUBW, Ergebnisse automatisch Einlesen, sowie Zusammenfassung von Qualitätsgrenzen und Dreiecksflächen).
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_17.png|900px|center]]</div></br>
+==Neuer Workflow==
+Bisher waren die Oberflächenparameter, der Berechnungsregen und die Ergebnisse fest verknüpft mit dem Geländemodell. Die Koppelung mit dem Kanalnetz erfolgte durch Auswahl in der Hydraulikvariante (DYNA-Variante). Um verschiedene Belastungen, Änderungen in den Oberflächenparametern und Koppelungen mit verschiedenen Kanalvariante simulieren zu können, musste in Versionen älter V15 das Geländemodell kopiert werden. Dieser Prozess war oftmals unübersichtlich, besonders bei der Berechnung von gekoppelten Zuständen (Oberfläche und Kanalnetz).
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_09.png|800px|center]]</div>
+Ab Version 15 - Inn werden folgende Punkte von den OBOs gesteuert:
+*welche Parameter dem Geländemodell vor der Berechnung zugewiesen werden sollen
+*Bei Bedarf: Koppelung der Kanalhydraulik
+*die Art der Verknüpfung des Geländemodells – Kanalhydraulik (nach KLAS-Leitfaden)
+*die Laufzeitsteuerung
+*den Regen und die Art der Beregnung
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_10.png|800px|center]]</div>
+Durch diese Erneuerung ergibt sich insgesamt auch ein neuer Workflow. Dieser ist in Praxisbeispielen und in den Anleitungen im Detail beschrieben.
+<div class="res-img">[[File:GeoCPM_V15_11.png|600px|center]]</div>