河口航道地形演变可视化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了河口航道地形演变可视化方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过采集端采集水流量数据与地貌数据，采集端基于无线信号将水流量数据与地貌数据发送至服务器端；服务器端接收水流量数据与地貌数据，基于水流量数据与地貌数据对河口航道进行三维可视化建模；结合水流量数据与地貌数据在模型上演变分析河口航道地形。本发明专利技术通过采集影响河口航道地形变化因素的数据，对河口航道进行三维可视化建模，并在建模后，根据影响因素设置预警阈值，当采集端采集数值超过预警阈值时，可及时向航船发出预警提示，不仅对河口航道地形的演变具有一定的推算作用，而且还能实时判断河口航道的通行状况，保证航船的安全通行。保证航船的安全通行。保证航船的安全通行。

【技术实现步骤摘要】
河口航道地形演变可视化方法及系统


[0001]本专利技术涉及河口地形演变
，具体涉及河口航道地形演变可视化方法及系统。

技术介绍

[0002]河口航道地形变化分析在航道养护、航道整治、航道疏浚等工程领域具有重要作用，跟踪河口航道地形的变化规律，是航道养护、航标配布的基础手段，深入分析多年来河口航道地形的演变趋势，是评价航道整治工程效果的重要依据。
[0003]传统的河口航道地形变化分析一般由专业的科研或设计单位开展实施，需要专业的数据处理软件和专业人员，传统河口航道地形变化分析方法首先需要收集用于分析的原始河口航道地形以及河口航道水深资料，对原始数据进行手动预处理，包括格式转换、坐标转换及有效水深点信息提取等；其次，在离散水深点基础上，手动构建统一规格的河口航道地形表达模型用于后续对比，采用的软件包括AutoCAD，Surfer或ArcMap等；基于统一的地形表达模型，手动处理计算得到冲淤分析图等专题产品；最后加入专题图要素，进行专题图整饰输出。
[0004]现有技术存在以下不足：现有河口航道地形演变主要是有科研人员现场采集河流信息和地貌信息，采集周期长，且数据的采集存在一定误差，且科研人员仅是通过采集数据对河口航道地形建模，以展示当前河口航道地形信息，但是在航船通行过程中，不能有效基于河口航道地形变化状况对航船做出预警，不能有效保障航船的安全通行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供河口航道地形演变可视化方法及系统，以解决
技术介绍
中不足。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：河口航道地形演变可视化方法，所述方法包括以下步骤：S1：通过采集端采集水流量数据与地貌数据，采集端基于无线信号将水流量数据与地貌数据发送至服务器端；S2：服务器端接收水流量数据与地貌数据，基于水流量数据与地貌数据对河口航道进行三维可视化建模；S2.1：结合水流量数据与地貌数据在模型上演变分析河口航道地形，设置水流量预警阈值与地貌预警阈值；S2.2：采集端采集的水流量数值超过水流量预警阈值或地貌数值超过地貌预警阈值时，服务器端向航船发出预警提示。
[0007]优选的，步骤S2中，基于地貌对河流设置一个预警值M，预警值M用于预警河流水流量，当河流水流量数值超过预警值M时，预警河流对河床产生影响，服务器端向航船发出一个通行存在不稳定因素信号。
[0008]优选的，步骤S2中，基于河流对地貌设置一个预警值N，预警值N用于预警地貌塌陷，当地貌塌陷数值超过预警值N时，河流灌入塌陷空洞中宽度减小，且河道未塌陷区域水位下降，服务器端向航船发出一个通行存在不稳定因素信号。
[0009]优选的，获取当前河口航道水流量数值与带有空洞地貌中空洞的承载阈值，并分别将水流量数值与空洞承载阈值分别标定为和，并进行归一化分析，河床承载系数计算公式为：式中，和分别为河口航道水流量数值和空洞承载阈值的误差因子系数，且。
[0010]优选的，所述服务器端对河口航道基于细节增量模型的渐进式表达方法建模，通过渐进式化简原始复杂地形网格获取增量信息，并在进行可视化表达时，借助增量信息重新构建需求比例尺地形模型，计算公式为：（1）式中的表示分辨率尺度在级的地形模型，表示介于尺度级和级间的增量信息，也就是两个尺度间发生变化的三角形信息，表示的是初始概略模型。
[0011]优选的，所述服务器端对模型网格边折叠化简包括以下步骤：设与V1相连的所有三角形都属于平面集合Planes(V1)，那么顶点的二次误差可以由下式求得：（3）式中，，为三角形的平面系数，其中，且，由下式表示：（4）设，当V1和V2被折叠至时，可以由下式计算得到：（5）通过将式（5）和式（3）结合，二次误差可以由下式进行表示：（6）式中的Q1和Q2分别为顶点V1和顶点V2的初始矩阵。
[0012]优选的，所述服务器端中，通过选择相邻尺度的SVO阈值实现连续动态渐进式地形模型表达，由于相邻SVO阈值对应的网格尺度差异非常小，因此这种动态的渐进式可以被视作是一种近似无尺度的表达，SVO阈值可以由最小二次误差开方得到，计算公式如下：式中，为某一尺度下所有点数据的最小二次误差，d表示SVO阈值，其中SVO阈值越大，模型越简略。
[0013]优选的，所述服务器端中，当河口航道地形模型建立后，需要基于模型输入影响因素进行地形演变；河床塌陷对床面高程的变化为：其中，i为河床塌陷的时刻，为河床塌陷深度。
[0014]本专利技术还提供一种河口航道地形演变可视化系统，所述系统用于实现所述的河口航道地形演变可视化方法，包括采集模块、通信模块以及处理模块，采集模块采集河流水流量数据以及河床地貌数据，通过通信模块将数据发送至处理模块，处理模块基于水流量数据与地貌数据对河口航道进行三维可视化河床建模，并结合水流量数据与地貌数据在模型上演变分析河口航道地形，设置水流量预警阈值与地河床貌预警阈值，当采集端采集的水流量数值超过水流量预警阈值或地貌数值超过地貌预警阈值时，服务器端向航船发出预警提示。
[0015]优选的，所述处理模块包括信号收发单元、计算单元以及预警单元；信号收发单元用于接收水流量数据与地貌数据以及向航船发出预警信号；计算单元用于基于水流量数据与地貌数据对河口航道进行三维可视化河床建模，并结合水流量数据与地貌数据在模型上演变分析河口航道地形；预警单元内部设置水流量预警阈值与地河床貌预警阈值，当采集端采集的水流量数值超过水流量预警阈值或地貌数值超过地貌预警阈值时，发出预警信号。
[0016]在上述技术方案中，本专利技术提供的技术效果和优点：1、本专利技术通过采集影响河口航道地形变化因素的数据，对河口航道进行三维可视化建模，并在建模后，根据影响因素设置预警阈值，当采集端采集数值超过预警阈值时，可及时向航船发出预警提示，不仅对河口航道地形的演变具有一定的推算作用，而且还能实时判断河口航道的通行状况，保证航船的安全通行。
[0017]2、本专利技术通过基于地貌可以对河流设置一个预警值M，预警值M用于预警河流水流量，当河流水流量数值超过预警值M时，预警河流可能会对河床产生影响，但是不会对地形造成影响，此时服务器端向航船发出一个通行存在不稳定因素，航船基于该不稳定因素自主判断能否通行，同理地貌也会对河流产生影响，基于河流对地貌设置一个预警值N，预警值N用于预警地貌塌陷，当地貌塌陷数值超过预警值N时，河流灌入塌陷空洞中，河道宽度会减小，且河道未塌陷区域水位会下降，但是不会对地形造成影响，此时服务器端向航船发出一个通行存在不稳定因素，航船基于该不稳定因素自主判断能否通行，通过对河口航道影
响因素的提前预警，使航船船长根据不稳定因素结合航船的排水量自主判断是否通行，可进一步保障航船的安全性。
[0018]3、本专利技术通过细节增量模型算法，可以实现连续的动态多分辨率地形模型表达，而将其应用于河口航道地形建模，可以大幅提升河口航道地形的显示效果以及效率，并且能够保证数据的低冗余。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例或现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.河口航道地形演变可视化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1：通过采集端采集水流量数据与地貌数据，采集端基于无线信号将水流量数据与地貌数据发送至服务器端；S2：服务器端接收水流量数据与地貌数据，基于水流量数据与地貌数据对河口航道进行三维可视化建模；S2.1：结合水流量数据与地貌数据在模型上演变分析河口航道地形，设置水流量预警阈值与地貌预警阈值；S2.2：采集端采集的水流量数值超过水流量预警阈值或地貌数值超过地貌预警阈值时，服务器端向航船发出预警提示；所述服务器端对河口航道基于细节增量模型的渐进式表达方法建模，通过渐进式化简原始复杂地形网格获取增量信息，并在进行可视化表达时，借助增量信息重新构建需求比例尺地形模型，计算公式为：（1）式中的表示分辨率尺度在级的地形模型，表示介于尺度级和级间的增量信息，也就是两个尺度间发生变化的三角形信息，表示的是初始概略模型；所述服务器端对模型网格边折叠化简包括以下步骤：设与V1相连的所有三角形都属于平面集合Planes(V1)，那么顶点的二次误差可以由下式求得：（3）式中，，为三角形的平面系数，其中，且，由下式表示：（4）设，当V1和V2被折叠至时，可以由下式计算得到：（5）通过将式（5）和式（3）结合，二次误差可以由下式进行表示：（6）式中的Q1和Q2分别为顶点V1和顶点V2的初始矩阵；所述服务器端中，通过选择相邻尺度的SVO阈值实现连续动态渐进式地形模型表达，由于相邻SVO阈值对应的网格尺度差异非常小，因此这种动态的渐进式可以被视作是一种近似无尺度的表达，SVO阈值可以由最小二次误差开方得到，计算公式如下：
式中，为某一尺度下所有点数据的最小二次误差，d表示SVO阈值，其中SVO阈值越大，模型越简略；所述服务器端中，当河口航道地形模型建立后，需要基于模型输入影响因素进行地形演变；河床塌陷对床面高程的变化为：其中，i为河床塌陷的时刻，为河床塌陷深度。2.根据权利要求1所述的河口航道地形演变可视化方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟，薛扬，吴丽华，史誉州，朱亮，房世龙，张家瑞，沈毓婷，王天宇，姚佳敏，龚于翔，彭文君，朱信宇，夏涵斌，
申请(专利权)人：江苏航运职业技术学院，
类型：发明
国别省市：