(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111387049.3 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 杨露　侯精明　王新宏　同玉　 王添　栾广学　高徐军　潘占鹏　 马勇勇　王峰　李东来　杨宵　 王俊辉　周聂　李昌镐　王洁瑜　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 代理人 王敏强 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06T 17/05(2011.01)G06T 17/20(2006.01) G06F 9/50(2006.01) G06T 1/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种耦合生境适宜模型的高效高精度栖息 地模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种耦合生境适宜模型的高 效高精度栖息地模拟方法， 采用矩形网格的高分 辨率DEM地形， 由已知条件赋值相关参数； 基于 Godunov格式中心有限体积法 空间离散二维浅 水 方程， 获取更高空间离散精度； 由MUSCL重构和 Runge‑Kutta法进一步实现时空的二阶精度； 基 于IFIM理论， 采用适宜指数HSI构建生境适宜模 型， 以实现水动力过程与生境适宜模型的耦合； 并引入GPU加速技术提高模拟效率。 至此， 耦合生 境适宜模型的高效高精度栖息地模拟方法构建 完成。 本发 明提高了生境模型中生境因子模拟精 确性， 为准确模拟河流水力特性和生物栖息地提 供有效技术支撑， 使之成为评价生物 生境质量的 有力工具。 权利要求书5页 说明书11页 附图5页 CN 114282403 A 2022.04.05 CN 114282403 A 1.一种耦合生境适宜模型的高效高精度栖息地模拟方法， 其特征在于， 具体按照以下 步骤实施： 步骤1、 利用A rcgis软件生成高分辨 率DEM地形数据表征真实地形， 以asci i格式输出； 步骤2、 调研收集研究河段目标物种以及目标物种的生境因子， 利用偏好适宜曲线法确 定出目标物种的生 境因子适宜曲线， 包括水深、 流速和底质； 步骤3、 将高分辨率DEM地形数据离散成矩形网格， 根据已知边界条件对相关参数进行 赋值； 步骤4、 将得出的DEM地形数据及各生境因子适宜条件在GPU中分配内存， 并复制到GPU 变量中； 步骤5、 基于Godunov格式的中心有限体积法空间离散二维浅水方程， 求解通量项、 底坡 源项和摩阻源项； 步骤6、 由MUSCL重组法和龙格库塔法进一步实现时间和空间的二阶精度， 时间和空间 步长计算稳定性由CFL条件限制； 步骤7、 基于IFIM理论， 由得到的目标物种高精度生境因子及目标物种 的生境适宜条 件， 确定各生 境因子的适宜性指数HSI计算出综合 适宜性指数CSI； 步骤8、 通过cudaMemcpy函数将GPU计算得到的各生境因子数据及综合适宜指数CSI复 制到CPU中， 计算目标物种有效栖息地加权可利用面积WUA； 步骤9、 根据计算得到的水深、 流速和底质数据， 以及水深、 流速和底质三种生境因子的 综合适宜指数CSI数据， 利用MATLAB软件输出水深、 流速、 底质和综合适宜性指数CSI分布 图； 至此， 耦合 生境适宜模型的高效高精度栖息地模拟方法构建完成。 2.根据权利要求1所述的一种耦合生境适宜模型的高效高精度栖息地模拟方法， 其特 征在于， 所述 步骤5中二维浅水 方程表示如下： 式中： t为时间步长， 单位为s； x、 y分别为水平坐标和纵向坐标； q为流量变量矢量； h表 示水深， 单位为m； u、 v分别 为x、 y方向上的平均流速， 单位为m/s； F、 G分别为x、 y方 向上的通 量矢量； S为源项矢量； 其中， Sb为底坡源项； Sf为摩阻源项； zb为河床高程， m； Cf为床面糙率 系数， Cf＝gn2/h1/3， n为曼宁系数， s/m1/3。 g为重力加速度， 取9.81， 单位 为m/s2。 3.根据权利要求2所述的一种耦合生境适宜模型的高效高精度栖息地模拟方法， 其特 征在于， 所述 步骤5具体如下：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114282403 A 2步骤5.1、 第i个控制单元网格内， 采用中心有限体积法对SWEs控制方程组积 分， 基于高 斯散度定理通 量项面积线积分形式为： 通量F(q)·n线积分为： 式中： Ω为d第i个控制单元网格的体积， 单位为m3； Г为第i个控制单元网格的边界； n为 边界Г所对 应的外法线方向的单位向量； Sb表示底坡源项通量； Sf表示摩阻源项通量； k为控 制单元网格边的编号； lk为第i个控制单 元网格第k个边的边长； 步骤5.2、 在Godun ov方法中实现HL LC黎曼求 解器步骤为： 左波速SL、 中间波速S*及右波速SR计算公式为， 其中， 中间变量h*和 根据式计算， 从而计算 通量F(q)·n的HLLC黎曼求 解器计算公式为， 其中， 控制体单 元网格界面中间通 量F*为， 控制体单 元网格界面 通量中间波两侧， F*L和F*R为， 式中， FL和FR分别为单元网格界面左、 右侧的通量； F*、 F*L和F*R分别为控制体 单元网格界权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114282403 A 3