基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法技术

本发明专利技术属于河流数值模拟技术领域，提供了一种基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法，包括(1)获取基础数据，(2)目标河段二维结构网格初步剖分和(3)对初步剖分结果进行横向加密这三个步骤。该方法通过将河道边界线、深泓线、滩槽分界线及水边线等特征地形界线纳入河道区域的二维结构网格剖分过程，这能够使所剖分的网格能够较好地适应河道边界变化，管控河道纵向走势，反映地形横向变率，同时该方法的操作简单方便，而且可以解决人工分块剖分得到的网格疏密分布受人为因素影响较大、具有明显的个体差异的不足。

【技术实现步骤摘要】
基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法
本专利技术属于河流数值模拟
，涉及一种基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法。
技术介绍
二维结构网格也就是通常所说的四边形网格，网格区域内各相邻节点的间距一般不相等，但拓扑关系明确，所有内部节点均具有相同数量的毗邻单元。由于结构网格生成速度快，数据结构简单，存储内存占用少，对计算机配置要求不高，因而被广泛应用于二维水沙数值模拟。在二维水沙数值模拟的网格剖分中，为缩短计算时间并保证数模结果可信，通常要求地形边界变化大的地方网格密，地形边界变化小的地方网格疏。大多数情况下采取的措施是对待剖分区域进行人工分块，当河道较长且地形复杂时，人工分块数目一般较多，操作极为不便，费时费力；此外，通过人工分块剖分得到的网格疏密分布受人为因素影响较大，具有明显的个体差异，不具有自适应性，不能较好的管控河道纵向走势、反映地形横向变率，为此有必要对二维结构网格剖分方法进行深入探究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法，以简化剖分操作，同时更好地管控河道纵向走势、反映地形横向变率。本专利技术提供的基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法，步骤如下：(1)获取基础数据选定需要进行数字地形生成的无汊目标河段，获取目标河段的包括河道边界线在内的特征纵向控制线上若干控制点的平面坐标数据，将位于最左侧与最右侧特征纵向控制线之间的纵向控制线记作中间特征纵向控制线，选定目标河段的初始横断面和终止横断面，给出初始横断面和终止横断面的左、右端点的平面坐标；初始横断面、终止横断面与最左侧及最右侧特征纵向控制线组成的封闭区域即为待进行二维结构网络剖分的区域；(2)目标河段二维结构网格初步剖分①计算初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点的平面坐标，将初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点分别记作初始交点和终止交点，将初始交点、终止交点以及介于初始交点与终止交点之间的部分称为有效部分，提取最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点坐标，将位于最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点记作有效控制点，假设最左侧与最右侧特征纵向控制线的有效控制点个数分别为N左+1、N右+1，将最左侧、最右侧纵向控制线的各有效控制点的坐标分别记作(x左(i),y左(i)),i＝1,2,3,…,N左+1，(x右(i),y右(i)),i＝1,2,3,…,N右+1，i＝1代表初始交点，计算最左侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最左侧初始交点的沿线累加距离L左(i)i＝1,2,3,…,N左+1，以及最右侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最右侧初始交点的沿线累加距离L右(i)i＝1,2,3,…,N右+1；②采用定数等分法或定距等分法对最左侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，具体如下：定数等分法：剖分份数取n左，则沿线剖分步长s左＝L左(N左+1)/n左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最左侧特征纵向控制线的有效部分分为N左个累加距离区间[L左(1),L左(2)]，[L左(2),L左(3)]，…，[L左(N左),L左(N左+1)]，然后以最左侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最左侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s左,j依次取1,2,…n左-1，根据j·s左的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L左(k)≤j·s左≤L左(k+1)时，则沿线步进距离j·s左的终点落于累加距离区间[L左(k),L左(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N左，由式(Ⅰ)～(Ⅱ)计算出最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x左,节(j+1),y左,节(j+1))，并记最左侧初始交点与最左侧终止交点的平面坐标分别为(x左,初始交点,y左,初始交点)＝(x左,节(1),y左,节(1))，(x左,终止交点,y左,终止交点)＝(x左,节(n左+1),y左,节(n左+1))；定距等分法：定距等分距离取L0,左，则沿线剖分步长s左＝L0,左，剖分后生成的剖分节点个数与定距等分距离取值有关，当L左(N左+1)/L0,左的余数等于0时，相当于采用定数等分法进行剖分，剖分份数n左＝L左(N左+1)/L0,左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法同定数等分法；当L左(N左+1)/L0,左的余数不等于0时，剖分份数n左＝[L左(N左+1)/L0,左]+1，[L左(N左+1)/L0,左]表示取L左(N左+1)/L0,左的整数部分，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法同定数等分法；③采用定数等分法或定距等分法对最右侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，由于是基于二维结构网格对目标河段进行剖分，所以最右侧与最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分份数应相等，即n右＝n左，具体如下：定数等分法：剖分份数为n右，则沿线剖分步长s右＝L右(N右+1)/n右，剖分后将生成n右+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最右侧特征纵向控制线的有效部分分为N右个累加距离区间[L右(1),L右(2)]，[L右(2),L右(3)]，…，[L右(N右),L右(N右+1)]，然后以最右侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最右侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s右,j依次取1,2,…n右-1，根据j·s右的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L右(k)≤j·s右≤L右(k+1)时，则沿线步进距离j·s右的终点落于累加距离区间[L右(k),L右(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N右，由式(Ⅲ)～(Ⅳ)计算出最右侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x右,节(j+1),y右,节(j+1))，并记最右侧初始交点与最右侧终止交点的平面坐标分别为(x右,初始交点,y右,初始交点)＝(x右,节(1),y右,节(1))，(x右,终止交点,y右,终止交点)＝(x右,节(n右+1),y右,节(n右+1))；定距等分法：为保证n右＝n左，最右侧特征纵向控制线的定距等分距离L0,右应在区间[L右(N右+1)/n右，L右(N右+1)/(n右-1))内取值，沿线剖分步长s右＝L0,右，剖分后将生成n右+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法与步骤③中的定数等分法相同；④依次连接最左侧与最右侧特征纵向控制线上对应的剖分节点，计算所连线段与各中间特征纵向控制线的交点的平面坐标，以实现对各中间特征纵向控制线的剖分，至此即完成对目标河段的二维结构网格初步剖分；(3)对初步剖分结果进行横向加密对各纵向网格线之间的横向线段进行剖分以减小各纵向网格线之间的横向间距，具体方法是参照步骤(2)②和③中的定数等分法对各纵向网格线之间的横向线段进行剖分，计算剖分后的节点坐标，然后纵向依次连接该步骤剖分生成的对应的剖分节点，即完成对目标河段二维结构网格初步剖分结果的横向加密。上述基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法的技术方案中，通过对卫星图片、遥感图像、河势图解译或现场勘测获取目标河段的特征纵向控制线上若干控制点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法，其特征在于步骤如下：(1)获取基础数据选定需要进行数字地形生成的无汊目标河段，获取目标河段的包括河道边界线在内的特征纵向控制线上若干控制点的平面坐标数据，将位于最左侧与最右侧特征纵向控制线之间的纵向控制线记作中间特征纵向控制线，选定目标河段的初始横断面和终止横断面，给出初始横断面和终止横断面的左、右端点的平面坐标；初始横断面、终止横断面与最左侧及最右侧特征纵向控制线组成的封闭区域即为待进行二维结构网络剖分的区域；(2)目标河段二维结构网格初步剖分①计算初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点的平面坐标，将初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点分别记作初始交点和终止交点，将初始交点、终止交点以及介于初始交点与终止交点之间的部分称为有效部分，提取最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点坐标，将位于最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点记作有效控制点，假设最左侧与最右侧特征纵向控制线的有效控制点个数分别为N左+1、N右+1，将最左侧、最右侧纵向控制线的各有效控制点的坐标分别记作(x左(i),y左(i)),i＝1,2,3,…,N左+1，(x右(i),y右(i)),i＝1,2,3,…,N右+1，i＝1代表初始交点，计算最左侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最左侧初始交点的沿线累加距离L左(i)i＝1,2,3,…,N左+1，以及最右侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最右侧初始交点的沿线累加距离L右(i)i＝1,2,3,…,N右+1；②采用定数等分法或定距等分法对最左侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，具体如下：定数等分法：剖分份数取n左，则沿线剖分步长s左＝L左(N左+1)/n左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最左侧特征纵向控制线的有效部分分为N左个累加距离区间[L左(1),L左(2)]，[L左(2),L左(3)]，…，[L左(N左),L左(N左+1)]，然后以最左侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最左侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s左,j依次取1,2,…n左‑1，根据j·s左的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L左(k)≤j·s左≤L左(k+1)时，则沿线步进距离j·s左的终点落于累加距离区间[L左(k),L左(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N左，由式(Ⅰ)～(Ⅱ)计算出最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x左,节(j+1),y左,节(j+1))，并记最左侧初始交点与最左侧终止交点的平面坐标分别为(x左,初始交点,y左,初始交点)＝(x左,节(1),y左,节(1))，(x左,终止交点,y左,终止交点)＝(x左,节(n左+1),y左,节(n左+1))；...

【技术特征摘要】
1.基于地形特征界线的无汊河道二维结构网格剖分方法，其特征在于步骤如下：(1)获取基础数据选定需要进行数字地形生成的无汊目标河段，获取目标河段的包括河道边界线在内的特征纵向控制线上若干控制点的平面坐标数据，将位于最左侧与最右侧特征纵向控制线之间的纵向控制线记作中间特征纵向控制线，选定目标河段的初始横断面和终止横断面，给出初始横断面和终止横断面的左、右端点的平面坐标；初始横断面、终止横断面与最左侧及最右侧特征纵向控制线组成的封闭区域即为待进行二维结构网络剖分的区域；(2)目标河段二维结构网格初步剖分①计算初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点的平面坐标，将初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点分别记作初始交点和终止交点，将初始交点、终止交点以及介于初始交点与终止交点之间的部分称为有效部分，提取最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点坐标，将位于最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点记作有效控制点，假设最左侧与最右侧特征纵向控制线的有效控制点个数分别为N左+1、N右+1，将最左侧、最右侧纵向控制线的各有效控制点的坐标分别记作(x左(i),y左(i)),i＝1,2,3,…,N左+1，(x右(i),y右(i)),i＝1,2,3,…,N右+1，i＝1代表初始交点，计算最左侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最左侧初始交点的沿线累加距离L左(i)i＝1,2,3,…,N左+1，以及最右侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最右侧初始交点的沿线累加距离L右(i)i＝1,2,3,…,N右+1；②采用定数等分法或定距等分法对最左侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，具体如下：定数等分法：剖分份数取n左，则沿线剖分步长s左＝L左(N左+1)/n左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最左侧特征纵向控制线的有效部分分为N左个累加距离区间[L左(1),L左(2)]，[L左(2),L左(3)]，…，[L左(N左),L左(N左+1)]，然后以最左侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最左侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s左,j依次取1,2,…n左-1，根据j·s左的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L左(k)≤j·s左≤L左(k+1)时，则沿线步进距离j·s左的终点落于累加距离区间[L左(k),L左(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N左，由式(Ⅰ)～(Ⅱ)计算出最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x左,节(j+1),y左,节(j+1))，并记最左侧初始交点与最左侧终止交点的平面坐标分别为(x左,初始交点,y左,初始交点)＝(x左,节(1),y左,节(1))，(x左,终止交点,y左,终止交点)＝(x左,节(n左+1),y左,节(n左+1))；定距等分法：定距等分距离取L0,左，则沿线剖分步长s左＝L0,左，剖分后生成的剖分节点个数与定距等分距离取值有关，当L左(N左+1)/L0,左的余数等于0时，相当于采用定数等分法进行剖分，剖分份数n左...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘云文，杨克君，刘欣，刘兴年，刘超，郭志学，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51