一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法及其系统，包括步骤：结合数据库建立统一的大断面数据模型；制定大断面数据测量结果标准格式和数据结构规范；校验大断面数据测量结果是否符合要求和规范；依据符合要求的大断面数据计算河底基准高程；在河底基准高程的基础上计算河底平均高程、河底宽度、河底面积、河底平均高程变化率和河底面积变化率的特征指标。本发明专利技术利用河道大断面测量数据，基于拐点识别算法，对河底基准高程进行自动化计算识别，减少了人为操作带来的不一致性和随机性；保证河底平均高程、平均河底宽度等特征值计算的准确性，消除了非属河底部分河床高程段参与计算得出的非河底特征值而淡化河底冲淤变化的影响。

A method and system for determining river bottom datum elevation based on large section measurement data

The invention discloses a method and a system for determining the datum elevation of river bottom based on large section survey data, including the steps of establishing a unified large section data model in combination with a database, formulating a standard format and a data structure specification for the measurement results of large section data, and checking whether the measurement results of large section data meet the requirements and specifications. Based on the required large section data, the river bottom datum elevation is calculated, and the characteristic indexes of the river bottom average elevation, river bottom width, river bottom area, river bottom average elevation change rate and river bottom area change rate are calculated on the basis of the river bottom datum elevation. The invention utilizes the measured data of large section of river course and based on the algorithm of turning point recognition, automatically calculates and identifies the datum elevation of river bottom, reduces the inconsistency and randomness caused by man-made operation, ensures the accuracy of calculating the characteristic values such as the average elevation of river bottom and the average width of river bottom, and eliminates the elevation of non-river bottom part. The segment is involved in calculating the non river bottom eigenvalue and desalting the influence of river bottom erosion and deposition.

【技术实现步骤摘要】
一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法及其系统
本专利技术涉及泥沙数据处理
，具体涉及一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法及其系统。
技术介绍
断面河底基准高程的确定对于分析水库断面随时间推移的冲淤变化有重要意义，根据大断面测量数据和断面河底基准高程可直接计算出每个断面的河底平均高程。它有两个方面的意义：一方面通过河底平均高程的时间变化直接反映该断面的冲淤变化，另一方面断面河底基准高程是水库库区基床泥沙变化高程区域的划分界限，在此高程以上库区泥沙冲淤变化不明显，断面形态也基本稳定，而在此高程以下受水库调水调沙造成的泥沙运动影响，断面形态变化比较剧烈。间接的通过河底基准高程的确定，可掌握水库库区泥沙异重流运动的高程范围。附图1中：H水面表示断面水位；W水面表示H水面对应的水位下的河宽；H河底平均表示断面河底平均高程；H断面平均水深表示断面水位为H水面的情形下，断面的平均水深；H河底基准表示断面识别为河底的分界线高程，在此高程之下的断面部分称为断面河底；H断面最低表示断面的最低高程，为测量大断面的最低高程点；W河底基准表示河底基准高程下所对应的河宽。传统方法计算断面河底平均高程采用的是水位减去断面平均水深的方式来确定，如上示意图，计算公式如下：H断面平均水深＝AREA水面/W水面(2)H河底基准＝H水面-H断面平均水深(3)H河底平均水深＝AREA河底基准/W河底基准(5)H河底平均＝H河底基准-H河底平均水深(6)传统河底平均高程计算方法具有一定的不稳定性，随水位变化而波动，确定合适的水位进行计算成为关键，而事实上确定合适的计算水位是缺乏理论依据的，而河底基准高程的确定存在一定的可循性，水库冲淤河道断面存在建库前形成质地较硬的断面和蓄水后断面底部淤积形成的淤积带，淤积带和原始的硬底断面之间容易形成断面变化拐点，可定性为淤积带与原始硬底断面之间的边界拐点。水库断面泥沙多年来的淤积形态呈水平堆积趋势，断面两岸的岸坡冲淤变化较小，冲淤变化主要集中在河底区域，并且河底区域与原始岸坡具有明显的转折拐点。因此可将寻找大断面的拐点作为确定河底基准高程的关键因素。这样上述除公式(3)外，其它的计算依旧是成立的。确定大断面拐点的方式有两种：一种是通过人工观察法，如附图2中可以用经验找出大断面的拐点：用经验法寻找拐点有一个比较大的问题是大断面往往很难是规则的，会出现较多的拐点(如附图2)，需要人为根据经验进一步确认哪个拐点作为河底基准高程是比较合适的，这么做给河底基准高程的识别带来了不确定性。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法及其系统，解决了目前依靠人工经验进行河底基准高程确认带来的不确定性问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，包括以下步骤：1)结合数据库建立统一的大断面数据模型，构建区域、流域、河流或者水库的大断面测量数据存储体系；2)根据所述大断面数据模型导入大断面数据测量结果，制定大断面数据测量结果标准格式和数据结构规范；3)校验所述大断面数据测量结果是否符合要求和规范，检查大断面数据是否存在起点距重复、测量高程不足；4)依据符合要求的大断面数据计算河底基准高程：河底基准高程的识别需要将大断面测量数据转化为高程～面积曲线、高程～河宽曲线、高程～湿周曲线和高程～平均水深曲线，然后采用拐点识别算法计算河底基准高程；5)在河底基准高程的基础上计算河底平均高程、河底宽度、河底面积、河底平均高程变化率和河底面积变化率的特征指标。步骤1)中，所述大断面数据模型包括大断面测次定义模型、大断面信息模型、大断面测量过程数据模型；所述大断面测次定义模型，包括测次名称、测次时间、创建日期和描述4，测次名称用于定义进行的某一次测量的唯一标识，测次时间表示测量整理数据的时间，创建时间表示数据导入系统的时间，描述用于记录该次测量需要说明提示的信息；所述大断面信息模型，包括测次名称、断面编码、测量日期、测深工具、水位和是否高程不足，断面编码是标识某一个断面的唯一索引编码，测量日期是该大断面信息测量的时间，测深工具表示该大断面数据采用什么仪器进行测量的，水位表示测量时的水位，是否高程不足表示测量时该断面是否测量到了最高水位以上的高程；所述大断面测量过程数据模型，包括测次名称、断面代码、起点距、河底高程、说明信息和是否借用，起点距表示断面上的测量点距离0起点距位置的直线距离，采用米为单位，河底高程表示该起点距位置河底对应的地形高程，说明信息用于记录该点测量值需要说明的提示信息，是否借用用于标识该数据点是源于实际测量还是从邻近测次中借用过来的数据；基于以上3个数据定义模型，构建大断面数据模型的拓扑表达。步骤2)中，每个大断面数据测量结果包括断面名称、所属测次、施测日期、测深工具，测量时水位、起点距和高程，该结果由大断面测量单位测量获取；所述大断面数据测量结果有多种数据格式和数据结构。步骤3)中，所述大断面数据测量结果具体的校验方法为：将起点距按照从小到大排序，然后顺序检查前一个起点距与后一个起点距是否存在相等的情况；大断面高程是否存在不足需要分为左岸和右岸进行判断，将进行起点距重复处理后的大断面数据，寻找其最低高程位置数值点，将此数值起点距以前的数据序列定义为左岸，将此起点距以后的数据序列定义为右岸，给定一个最高高程值，分别判断左岸和右岸的最大高程是否大于等于此最高高程值，如果左岸和右岸判断结果皆为false,表示不存在高程不足，如果左岸或者右岸为true，表示该断面存在高程不足的情况，需要进一步核实断面测量的情况。步骤4)中，所述河底基准高程具体的计算步骤如下：41)根据起点距～高程大断面测量数据计算高程～面积曲线、高程～河宽曲线、高程～湿周曲线和高程～平均水深曲线；42)分别对步骤41)的4种曲线建立高程与面积、河宽、湿周和平均水深的函数关系，该函数关系用以下关系进行表达：A＝fA(H),H表示高程，fA(H)表示高程～面积函数关系，A表示面积；W＝fW(H)，fW(H)表示高程～河宽函数关系，W表示河宽；C＝fC(H)，fC(H)表示高程～湿周函数关系，C表示湿周；表示高程～平均水深函数关系，DAVG表示湿周；分别对以上4种函数关系进行一阶求导和二阶求导，分别找出它们的一阶导数和二阶导数的拐点值序列，分别如下：高程～面积函数关系的一阶导数拐点值序列为[(Hm,fA'(Hm))],二阶导数拐点值序列为[(Hn,fA”(Hn))]；高程～河宽函数关系的一阶导数拐点值序列为[(Hm,fW'(Hm))],二阶导数拐点值序列为[(Hn,fW”(Hn))]；高程～湿周函数关系的一阶导数拐点值序列为[(Hm,fC'(Hm))],二阶导数拐点值序列为[(Hn,fC”(Hn))]；高程～平均水深函数关系的一阶导数拐点值序列为二阶导数拐点值序列为然后分别对4组函数关系的一阶求导拐点序列和二阶求导拐点序列按照高程从大到小倒序排序；43)判断4组曲线第0个一阶导数拐点集的高程是否相等，如果相等，则确定该高程Hm为河底基准高程，计算判断结束；否则继续第44)步骤；44)判断4组曲线第0个二阶导数拐点集的高程是否相等，如果相等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)结合数据库建立统一的大断面数据模型，构建区域、流域、河流或者水库的大断面测量数据存储体系；2)根据所述大断面数据模型导入大断面数据测量结果，制定大断面数据测量结果标准格式和数据结构规范；3)校验所述大断面数据测量结果是否符合要求和规范，检查大断面数据是否存在起点距重复、测量高程不足；4)依据符合要求的大断面数据计算河底基准高程：河底基准高程的识别需要将大断面测量数据转化为高程～面积曲线、高程～河宽曲线、高程～湿周曲线和高程～平均水深曲线，然后采用拐点识别算法计算河底基准高程；5)在河底基准高程的基础上计算河底平均高程、河底宽度、河底面积、河底平均高程变化率和河底面积变化率的特征指标。

【技术特征摘要】
1.一种基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)结合数据库建立统一的大断面数据模型，构建区域、流域、河流或者水库的大断面测量数据存储体系；2)根据所述大断面数据模型导入大断面数据测量结果，制定大断面数据测量结果标准格式和数据结构规范；3)校验所述大断面数据测量结果是否符合要求和规范，检查大断面数据是否存在起点距重复、测量高程不足；4)依据符合要求的大断面数据计算河底基准高程：河底基准高程的识别需要将大断面测量数据转化为高程～面积曲线、高程～河宽曲线、高程～湿周曲线和高程～平均水深曲线，然后采用拐点识别算法计算河底基准高程；5)在河底基准高程的基础上计算河底平均高程、河底宽度、河底面积、河底平均高程变化率和河底面积变化率的特征指标。2.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征是：步骤1)中，所述大断面数据模型包括大断面测次定义模型、大断面信息模型、大断面测量过程数据模型；所述大断面测次定义模型，包括测次名称、测次时间、创建日期和描述4，测次名称用于定义进行的某一次测量的唯一标识，测次时间表示测量整理数据的时间，创建时间表示数据导入系统的时间，描述用于记录该次测量需要说明提示的信息；所述大断面信息模型，包括测次名称、断面编码、测量日期、测深工具、水位和是否高程不足，断面编码是标识某一个断面的唯一索引编码，测量日期是该大断面信息测量的时间，测深工具表示该大断面数据采用什么仪器进行测量的，水位表示测量时的水位，是否高程不足表示测量时该断面是否测量到了最高水位以上的高程；所述大断面测量过程数据模型，包括测次名称、断面代码、起点距、河底高程、说明信息和是否借用，起点距表示断面上的测量点距离0起点距位置的直线距离，采用米为单位，河底高程表示该起点距位置河底对应的地形高程，说明信息用于记录该点测量值需要说明的提示信息，是否借用用于标识该数据点是源于实际测量还是从邻近测次中借用过来的数据；基于以上3个数据定义模型，构建大断面数据模型的拓扑表达。3.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征是：步骤2)中，每个大断面数据测量结果包括断面名称、所属测次、施测日期、测深工具，测量时水位、起点距和高程，该结果由大断面测量单位测量获取；所述大断面数据测量结果有多种数据格式和数据结构。4.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征是：步骤3)中，所述大断面数据测量结果具体的校验方法为：将起点距按照从小到大排序，然后顺序检查前一个起点距与后一个起点距是否存在相等的情况；大断面高程是否存在不足需要分为左岸和右岸进行判断，将进行起点距重复处理后的大断面数据，寻找其最低高程位置数值点，将此数值起点距以前的数据序列定义为左岸，将此起点距以后的数据序列定义为右岸，给定一个最高高程值，分别判断左岸和右岸的最大高程是否大于等于此最高高程值，如果左岸和右岸判断结果皆为false,表示不存在高程不足，如果左岸或者右岸为true，表示该断面存在高程不足的情况，需要进一步核实断面测量的情况。5.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据确定河底基准高程的方法，其特征是：步骤4)中，所述河底基准高程具体的计算步骤如下：41)根据起点距～高程大断面测量数据计算高程～面积曲线、高程～河宽曲线、高程～湿周曲线和高程～平均水深曲线；42)分别对步骤41)的4种曲线建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，姚峰，王建平，王峰，吴善锋，葛瑜，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32