一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法技术

本发明专利技术公开了属于防洪水灾害的分析及预防技术领域的一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法。利用已有的CAD地形数据资源，通过对CAD数据文件的预处理，使其能被GIS提取高程点数据；再利用GIS将高程点转换为DEM数据，最后利用转换得到的DEM数据进行洪水淹没范围、淹没深度及淹没面积分析，本方法基于目前勘探成果常用的CAD格式数据，有利于最大化利用当前已有地形勘探成果，降低洪水分析成本，减少人力、物力、财力投入；本方法采用无源淹没分析方法对洪水进行淹没分析，方法步骤简便，成果直观可见，对操作人员技术水平要求不高，便于进行推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法
本专利技术属于防洪水灾害的分析及预防
，特别涉及一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法。
技术介绍
我国是一个自然灾害十分频繁的国家，洪涝灾害一直严重威胁着人民生命财产安全和社会的稳定与发展。近几十年来，水资源的开发利用不断扩大，城乡经济建设飞速发展，洪水出现的频率及其造成的损失也不断的增加。因此，快速、准确、科学地模拟、预测和显示洪水淹没范围，以便发挥防洪工程效益，并以非工程措施来减轻洪水危害，对防洪减灾具有重要意义。目前洪水淹没分析方法主要有以下几种：(1)水力学模型。分为一维和二维模型。一维水力学模型主要是用来模拟河道和管道的水流运动规律。国外知名软件如美国城市雨洪管理模型(StormWaterManagementModel，SWMM)及城市排水管网模型(ModelingofUrbanSewer，MOUSE)均采用一维水动力学原理构建模型。该方法最大的优点是稳定性好、精度高、计算效率高。但又不适合求解急流，临界流等流动，处理干滩和小水深比较困难等缺陷。二维水力学模型可以较充分地考虑地形和建筑物的分布特点，较好地模拟洪水在二维空间内的物理运动过程，主要用来模拟广场、蓄洪区等不具有一维特征的区域，其可以提供更加详细的流动信息，并可详细提供洪水演进过程中各水力要素值的变化情况。目前，建立这样的模型难度较大，求解也较麻烦，要求资料详尽，但其模拟精确度相对较高。水动力模型虽然能够较准确地模拟洪水演进的过程，但由于水力学模型建模过程复杂，建模费用高，通用性不好，一个地区的模型不能应用到另外一个地区。(2)地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)。利用GIS的空间分析能力，可以分析洪水的淹没范围、淹没深度、淹没面积等。如向素玉等(1995)根据数学形态学及测地圆概念，研究设计了洪水扩散范围的“膨胀”模拟算法和淹没范围搜索算法，并将模型应用于城市的洪水淹没分析；杨弋等(2009)基于水流路径算法，并与水文学方法结合建立了城市暴雨积水模型；刘仁义等(2001)以数字高程模型DEM为基础，将淹没分为有源淹没和无源淹没，采用种子蔓延算法进行淹没分析计算。基于GIS的洪水淹没模拟离不开数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)的支撑，但目前勘测设计部门仍基本采用计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)进行勘探设计制图，其阶段性成果仍是CAD格式的电子数据及其纸质图纸的输出表现形式，高精度的DEM数据并不广泛存在。(3)利用卫星遥感数据进行洪水淹没分析。利用卫星遥感影像数据进行洪水监测的技术流程主要包括方案制定、数据获取、数据预处理、信息提取、专题图制作及评估报告生成等相关环节。首先对获取的卫星遥感影像数据进行辐射校正、几何校正、大气校正、影像裁切与镶嵌、彩色合成与增强等处理，生产出能够较好反映洪水信息的专业遥感影像数据；再以该卫星遥感影像为基础通过人机交互方法提取相关信息；最后制作专题图、统计相关数据，并生成相应评估报告。然而卫星遥感数据获取受限于天气环境、重访周期等因素，不能全时段接收信息导致了部分遥感数据的缺失，在接收到信息的时段内无法记录洪水淹没范围及历史信息的演进过程，也无法完成信息的预测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法，其特征在于，利用已有的CAD地形数据资源，通过对CAD数据文件的预处理，使其能被GIS提取高程点数据；再利用GIS将高程点转换为DEM数据，最后利用转换得到的DEM数据进行洪水淹没范围、淹没深度及淹没面积分析，其步骤如下：(1)CAD地形图高程点图块分解，CAD地形图的高程点为图块，其图块中带有一个高程点及其高程值标注；GIS不能直接识别CAD中图块，图块只能被识别成多边形，在导入GIS前需要采用“湘源控规”软件进行“炸块”处理，将图块分割为高程点和高程值标注；(2)CAD高程点数据提取及修正，CAD地形图中的图块是由多种图层叠加的，在商用软件ArcGIS中，CAD高程点数据所属图层名为“标注”,所述“标注”在英文版ArcGIS软件中为“Annotation”；通过“分析工具箱-提取工具集-选择工具”分离提取为“形状文件”，所述“形状文件”在ArcGIS中的一种文件格式，即“Shape-file”文件；(3)CAD高程点转换为DEM文件；前述提取得到的CAD高程点是矢量文件，要把矢量的点状高程数据转换为连续面状的DEM高程数据模型需要进行插值，该插值过程无法直接将矢量插值为栅格数据，故需先插值生成不规则三角网(TriangulatedIrregularNetwork，TIN)格式的矢量数字三角网络模型，再将其转化为栅格数字高程模型DEM文件；(4)根据洪水回水线划分DEM分区。洪水回水线数据为各计算断面位置和相应水位，为进行回水淹没分析，需要建立断面数据。根据各断面与坝址的距离，通过沿主河道中心线手工量测距离的方式，在ArcGIS中标定断面位置，并记录各断面处的回水水位；之后，根据标定的断面位置，将DEM划分为若干个子分区。(5)根据平均水面线采用无源淹没方法逐分区计算洪水淹没范围、深度、面积。对划分得到的各子区域，依据各自对应的回水平均水面线，应用“栅格计算器”工具提取洪水回水水位以下的区域作为回水淹没区，洪水回水水位减去高程得到淹没深度；对淹没区域进行淹没深度与面积的统计计算，可采用“重分类”工具统计可以得到不同淹没深度对应的淹没面积。所述步骤(1)、(2)提取数据的方式在高程值不正常会时会导致生成的TIN文件出现错误，因此需要在“属性表”中采用“字段计算器”工具根据“文本”字段的数据对高程数据做修正。所述步骤(3)CAD高程点转换为DEM文件的具体方式是在ArcGIS中采用“三维分析工具箱-数据管理工具集-TIN工具集-创建TIN工具”生成TIN文件，再采用“三维分析工具箱-转换工具集-由TIN转出工具集-TIN转栅格工具”将TIN文件转换为DEM文件。本专利技术有益效果是本方法基于目前勘探成果常用的CAD格式数据，有利于最大化利用当前已有地形勘探成果，降低洪水分析成本，减少人力、物力、财力投入；本方法采用无源淹没分析方法对洪水进行淹没分析，方法步骤简便，成果直观可见，对操作人员技术水平要求不高，便于进行推广。附图说明图1为确定水库淹没范围的流程图。图2为CAD地形图中的高程点图块示意图。图3为CAD高程点数据提取得到的“形状文件”示意图。图4为根据Text字段的数据对高程数据做修正示意图。图5为将TIN文件转换得到的DEM示意图。图6为记录各断面处的回水水位图。图7，图8为可能涉及被淹没的乡镇范围。图9为100年一遇洪水淹没深度。图10为50年一遇洪水淹没深度。具体实施方式本专利技术提出一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法，利用已有的CAD地形数据资源，通过对CAD数据文件的预处理，使其能被GIS提取高程点数据；再利用GIS将高程点转换为DEM数据，最后利用转换得到的DEM数据进行洪水淹没范围、淹没深度及淹没面积分析，其步骤如图1所示。包括：(1)CAD地形图高程点图块。将CAD地形图采用“湘源控规本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法，其特征在于，利用已有的CAD地形数据资源，通过对CAD数据文件的预处理，使其能被GIS提取高程点数据；再利用GIS将高程点转换为DEM数据，最后利用转换得到的DEM数据进行洪水淹没范围、淹没深度及淹没面积分析，其步骤如下：(1)CAD地形图高程点图块分解，CAD地形图的高程点为图块，其图块中带有一个高程点及其高程值标注；GIS不能直接识别CAD中图块，图块只能被识别成多边形，在导入GIS前需要采用“湘源控规”软件进行“炸块”处理，将图块分割为高程点和高程值标注；(2)CAD高程点数据提取及修正，CAD地形图中的图块是由多种图层叠加的，在商用软件Arc GIS中，CAD高程点数据所属图层名为“标注”,所述“标注”在英文版Arc GIS软件中为“Annotation”；通过“分析工具箱‑提取工具集‑选择工具”分离提取为“形状文件”，所述“形状文件”在Arc GIS中的一种文件格式，即“Shape‑file”文件；(3)CAD高程点转换为DEM文件；前述提取得到的CAD高程点是矢量文件，要把矢量的点状高程数据转换为连续面状的DEM高程数据模型需要进行插值，该插值过程无法直接将矢量插值为栅格数据，故需先插值生成TIN格式的矢量数字三角网络模型，再将其转化为栅格数字高程模型DEM文件；(4)根据洪水回水线划分DEM分区，洪水回水线数据为各计算断面位置和相应水位，为进行回水淹没分析，需要建立断面数据，根据各断面与坝址的距离，通过沿主河道中心线手工量测距离的方式，在Arc GIS中标定断面位置，并记录各断面处的回水水位；之后，根据标定的断面位置，将DEM划分为若干个子分区；(5)根据平均水面线采用无源淹没方法逐分区计算洪水淹没范围、深度、面积，对划分得到的各子区域，依据各自对应的回水平均水面线，应用“栅格计算器”工具提取洪水回水水位以下的区域作为回水淹没区，洪水回水水位减去高程得到淹没深度；对淹没区域进行淹没深度与面积的统计计算，可采用“重分类”工具统计可以得到不同淹没深度对应的淹没面积。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CAD地形图的水库淹没范围确定方法，其特征在于，利用已有的CAD地形数据资源，通过对CAD数据文件的预处理，使其能被GIS提取高程点数据；再利用GIS将高程点转换为DEM数据，最后利用转换得到的DEM数据进行洪水淹没范围、淹没深度及淹没面积分析，其步骤如下：(1)CAD地形图高程点图块分解，CAD地形图的高程点为图块，其图块中带有一个高程点及其高程值标注；GIS不能直接识别CAD中图块，图块只能被识别成多边形，在导入GIS前需要采用“湘源控规”软件进行“炸块”处理，将图块分割为高程点和高程值标注；(2)CAD高程点数据提取及修正，CAD地形图中的图块是由多种图层叠加的，在商用软件ArcGIS中，CAD高程点数据所属图层名为“标注”,所述“标注”在英文版ArcGIS软件中为“Annotation”；通过“分析工具箱-提取工具集-选择工具”分离提取为“形状文件”，所述“形状文件”在ArcGIS中的一种文件格式，即“Shape-file”文件；(3)CAD高程点转换为DEM文件；前述提取得到的CAD高程点是矢量文件，要把矢量的点状高程数据转换为连续面状的DEM高程数据模型需要进行插值，该插值过程无法直接将矢量插值为栅格数据，故需先插值生成TIN格式的矢量数字三角网络模型，再将其转化为栅格数字高程模型DEM文件；(4)根据洪水回水线划分DEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继清，李建昌，姚凯文，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11