一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法技术

本发明专利技术公开一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，采集研究流域对应的DEM数据，对不同分辨率DEM数据进行预处理形成TIFF格式或ASCII格式的数据,对河道DEM数据进行栅格矢量化，依据河道汇流关系进行河道分段划分，提取河段的折点信息并存储；提取任意河段两顺序折点判断折点间的位置关系并计算折点间的距离；以DEM像元大小将河段定长分割为若干子段；计算两顺序折点间河段各等分点的坐标，在各等分点处做与河段垂直方向上的探测线，沿水流方向在河道左右两侧分别进行探测；计算每个探测点的坐标并获取该点所在网格单元的高程及水深；若根据水深大小判定该网格单元洪水淹没状态及淹没水深；直至探测所有河段。直至探测所有河段。直至探测所有河段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法


[0001]本专利技术涉及地球科学技术，具体涉及一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法。

技术介绍

[0002]我国河流众多，气候类型较为复杂，伴随着复杂天气的发生，洪涝灾害一直以来是影响中华民族生存和发展的重要因素。近些年来，由于受到台风、暴雨等恶劣天气的影响，发生在中小流域的洪水越来越频繁。频繁的洪水对人民的财产生活产生了巨大的影响，中小流域局部地区的集中暴雨更是对防洪安全产生了巨大的威胁。尤其在一些地方发生了水库溢洪、堤坝溃决、河水泛滥等重大问题，严重威胁着下游居民的生命财产安全。
[0003]目前国家对于大江大河的洪水治理已具备经验，而对于中小流域的洪水治理相对缺乏经验，随着地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)技术的快速发展，将GIS强大的空间分析功能以及可视化功能与DEM技术结合来模拟淹没情况一直是洪水淹没分析中的热点。
[0004]目前基于DEM数据来进行淹没计算获取到淹没范围主要有两种方式。第一种是不考虑淹没源点，大范围淹没的无源淹没算法。第二种是考虑淹没源点，在进行淹没计算的时候需要选取种子点的有源淹没算法。但当中小流域发生大范围洪水漫延时，无源淹没未考虑连通性会导致准确性差，而有源淹没需要选取种子点但中小流域在发生大范围淹没的情况下无法选取种子点，因此，两种算法均有其局限性。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，结合无源淹没及有源淹同时考虑大范围淹没情况下无源淹没未考虑连通性所造成的准确性差以及有源淹没需要选取种子点而中小流域在发生大范围淹没的情况下无法选取种子点，提供一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法。
[0006]技术方案：本专利技术的一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，包括以下步骤：S1、采集研究流域对应DEM数据和洪水水位waterLevel数据，然后按照时空特性组织成为水文时间序列数据集（包括测站、时间、水位（流量）或降雨量等数据元素）；DEM数据为IMG格式图像；S2、对步骤S1采集的不同分辨率DEM数据(1km*1km、90m*90m或30m*30m)，分别进行原始IMG图像拼接、边界适配和裁剪操作后，形成TIFF格式或ASCII格式的DEM数据并转储在服务端；同时记录DEM数据的像元分辨率cellsize；S3、根据步骤S2获取到的DEM数据并结合河道特点，提取该流域的所有河道栅格数据，将河道进行矢量化后表示成为河道折线，然后根据河道汇流关系将河道折线划分为m条河段；对任意河段；顺序标记河段上所有折点、
…
，并提取
折点经度信息和纬度信息及存储；其中，1≤i≤m，w是第i条河段的折点数量，河段起点标记为；S4对任意河段，从该河段起点开始，依次取出两个顺序折点和，判断折点和折点间的位置关系并计算两个折点间的距离；并以cellsize将折点和形成的河段进行等长分割为n条子河段；其中1≤j≤w；S5、计算河段折点和间各定长分割点的坐标，在各定长分割点点处作与河段相垂直方向上的探测线，沿水流方向在河道左右两侧分别进行探测，每次步长为cellsize，依次计算探测点坐标；S6、根据每个探测点的坐标获取该探测点所在网格单元的高程，并计算网格单元水深；若网格单元的水深值大于0，则将探测点对应的网格单元设定为淹没区域并将水深值赋值给该网格单元，否则将该网格单元设定为非淹没区域；S7、重复步骤S4直至所有河段已全部完成探测；具体方法为)通过判断所有河段是否已被计算完毕，若还未计算完毕，则重复步骤S4至步骤S6继续对剩余河段操作，求出剩余河段的淹没情况，直至所有河段计算完毕;S8、将垂直河道探测结果（也就是淹没区状态及水深结果）写入对应的ASCII文件，采用可视化方法完成河道淹没动态结果输出。在本专利技术中，所述探测结果包括两部分：探测点所在流域的淹没状态（是否被淹没）及淹没水深结果（如果被淹没，计算淹没水深）。
[0007]进一步地，所述步骤S2的详细过程为：S2.1、将获取的原始IMG格式图像按照空间位置关系拼接成为完整的DEM数据图像；S2.2、按照研究区域的地形地貌、行政区划、流域特性等应用需求对拼接完成的DEM数据图像进行边界裁剪，得到研究流域DEM数据；S2.3、将步骤S2.2处理好的DEM数据以TIFF格式或ASCII格式转储到服务端。
[0008]进一步地，所述步骤S3的详细过程为：S3.1、根据步骤S2中获取研究流域TIFF格式或ASCII格式的DEM数据，结合研究区域地形地貌和河道特点，提取研究流域的河道栅格数据并进行矢量化，为处理方便忽略河道宽度，最终将河道矢量化表示成为河道折线；S3.2、根据河道折线的交点将河道划分为若干条河段；对任意河段，1≤i≤m，通过ArcMap要素折点转点操作提取该河段上所有折点、
…
的经纬度坐标信息，按照河流方向自上至下顺次进行编号并存储折点信息。
[0009]进一步地，所述步骤S4的详细过程为：S4.1、对任意河段，从河段起点开始，依次取出顺序两个折点和
，并读取其对应的经纬度信息和；S4.2、计算折点和折点形成的河段间的河道距离，距离公式为：
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(1)其中，是指河段中按顺序两个折点和间的河段部分；S4.3、计算折点和的经度差differLng和纬度差differLat，其计算公式为：
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(2)
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(3)根据折点和折点间的经度差differLng和纬度差differLat计算折点和折点的位置关系，所得位置关系具体包括以下九种情况：第一种情况：differLng>0且differLat>0，折点在折点东北方向；第二种情况：differLng<0且differLat<0，折点在折点西南方向；第三种情况：differLng>0且differLat<0，折点在折点东南方向；第四种情况：differLng<0且differLat>0，折点在折点西北方向；第五种情况：differLng>0且differLat=0，折点在折点正东方向；第六种情况：differLng<0且differLat=0，折点在折点正西方向；第七种情况：differLng=0且differLat>0，折点在折点正北方向；第八种情况：differLng=0且differLat<0，折点在折点正南方向；第九种情况：differLng=0且differLat=0，折点和折点重合；S4.3、计算折点和折点形成的河段与纬度线之间的夹角α：若折点在折点正东或正西方向，河本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、采集研究流域对应DEM数据和洪水水位waterLevel数据，然后按照时空特性组织成为水文时间序列数据集；DEM数据为IMG格式图像；S2、对步骤S1采集的不同分辨率DEM数据，分别进行原始IMG图像拼接、边界适配和裁剪操作后，形成TIFF格式或ASCII格式的DEM数据并转储在服务端；同时记录DEM数据的像元分辨率cellsize；S3、根据步骤S2获取到的DEM数据并结合河道特点，提取该流域的所有河道栅格数据，将河道进行矢量化后表示成为河道折线，然后根据河道汇流关系将河道折线划分为m条河段；对任意河段；顺序标记河段上所有折点、
…
，并提取折点经度信息和纬度信息及存储；其中，1≤i≤m，w是第i条河段的折点数量，河段起点标记为；S4、对任意河段，从该河段起点开始，依次取出两个顺序折点和，判断折点和折点间的位置关系并计算两个折点间的距离；并以cellsize将折点和形成的河段进行等长分割为n条子河段；其中1≤j≤w；S5、计算河段折点和间各定长分割点的坐标，在各定长分割点点处作与河段相垂直方向上的探测线，沿水流方向在河道左右两侧分别进行探测，每次步长为cellsize，依次计算探测点坐标；S6、根据每个探测点的坐标获取该探测点所在网格单元的高程，并计算网格单元水深；若网格单元的水深值大于0，则将探测点对应的网格单元设定为淹没区域并将水深值赋值给该网格单元，否则将该网格单元设定为非淹没区域；S7、重复步骤S4直至所有河段已全部完成探测；S8、根据垂直河道探测结果，采用可视化方法完成河道淹没动态结果输出。2.根据权利要求1所述的基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，其特征在于：所述步骤S2的详细过程为：S2.1、将获取的原始IMG格式图像按照空间位置关系拼接成为完整的DEM数据图像；S2.2、按照研究区域的地形地貌、行政区划、流域特性对拼接完成的DEM数据图像进行边界裁剪，得到研究流域DEM数据；S2.3、将处理好的DEM数据以TIFF格式或ASCII格式转储到服务端。3.根据权利要求1所述的基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，其特征在于：所述步骤S3的详细过程为：S3.1、根据步骤S2中获取研究流域TIFF格式或ASCII格式的DEM数据，结合研究区域地形地貌和河道特点，提取研究流域的河道栅格数据并进行矢量化，为处理方便忽略河道宽度，最终将河道矢量化表示成为河道折线；
S3.2、根据河道折线的交点将河道划分为若干条河段；对任意河段，1≤i≤m，通过ArcMap要素折点转点操作提取该河段上所有折点、
…
的经纬度坐标信息，按照河流方向自上至下顺次进行编号并存储折点信息。4.根据权利要求1所述的基于DEM的中小流域垂直河道淹没探测方法，其特征在于：所述步骤S4的详细过程为：S4.1、对任意河段，从河段起点开始，依次取出顺序两个折点和，并读取其对应的经纬度信息和；S4.2、计算折点和折点形成的河段间的河道距离，距离公式为：
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(1)其中，是指河段中按顺序两个折点和间的河段部分；S4.3、计算折点和的经度差differLng和纬度差differLat，其计算公式为：(2)
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(3)根据折点和折点间的经度差differLng和纬度差differLat计算折点和折点的位置关系，所得位置关系具体包括以下九种情况：第一种情况：differLng>0且differLat>0，折点在折点东北方向；第二种情况：differLng<0且differLat<0，折点在折点西南方向；第三种情况：differLng>0且differLat<0，折点在折点东南方向；第四种情况：differLng<0且differLat>0，折点在折点西北方向；第五种情况：differLng>0且differLat=0，折点在折点正东方向；第六种情况：diffe...

【专利技术属性】
技术研发人员：余宇峰，万定生，朱跃龙，朱青松，魏睿，贺新固，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：