一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法，通过定数等分、勾股定律构建待插补断面全部散点，计算各插补断面与实测断面的距离并取出相邻断面，然后基于勾股定律将实测断面中各高程散点赋值予相邻断面，采用距离加权法对其余未赋值断面中的散点进行高程插值，求取断面散点累距及断面间左中右岸距离，实现任何河道地形断面的快速插值。本发明专利技术根据河道零散边界和有限的地形高程断面数据无法满足数学建模进度要求的特点，采用了定数等分、勾股定律、距离加权等方法，充分考虑到了天然河道的弯曲形态和地形变化特点，实现了河道地形断面的快速插值，从而为河流数值模拟研究以及水利科学提供有效技术支持。究以及水利科学提供有效技术支持。究以及水利科学提供有效技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法


[0001]本专利技术属于河流数值模拟
，具体涉及一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法。

技术介绍

[0002]河流数值模拟已成为水利行业工作研究中的核心手段之一，需依靠地形、网格、边界等完成建模并计算出结果。然而，河道地形的断面疏密和精细程度是决定能否实现河流数值模拟建模的核心要素。现有关于河道地形的测量通过先进仪器和遥感手段等方式取得了深入的进展，然而，即使是测量技术有了巨大进步的今天，对河道水下地形进行大范围、高精度的野外测量仍有较大难度，往往仅在少数典型断面开展测量，数据结果在空间上存在稀疏性和不连续性。若需依靠有限的实测地形数据构建数值模拟模型，特别是构建大弯曲河道的数值模拟模型，可能使得模型的地形精细化插值无法实现，最终导致模型构建失败。因此，利用有限的实测断面地形数据快速插值出精细化河道地形数据，解决无法沿大弯曲河道插值、插值断面无法垂直于流向、地形误差大、生成速度慢等问题，是河流数值模拟的技术关键。
[0003]近些年，国内外公开了一些关于天然河道的地形高程数据点加密差值的方法。公开号为CN108010103B的专利公布了一种复杂河道地形快速精细生成方法，通过对复杂地形边界点的空间关系进行统一分块、归类、编号，将零散边界点拟合天然河道走向并生成新河道边界，基于权重插值方法，再通过河道插值生成地形，利用待增补断面与河道已知采样高程断面的距离和比降的变化实现增补。公开号CN113656852A的专利公布了一种精细化河道地形快速生成方法，通过设置横向断面间距及纵向断面数，按从上游至下游、左岸至右岸的顺序插值增补断面；按相同的顺序，插值计算相邻实测断面间交叉节点河底高程，对节点坐标与河底高程进行编码匹配，实现河道地形精细化内插计算。公开号CN108986222A的专利公布了一种无汊河道数字地形生成方法，该方法基于选定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，通过定数等分、定距等分等方法构建平面网格，计算各横断面与各纵网格线的交点的平面坐标，然后基于横断面上各测点的平面坐标数据和高程数据，采用距离加权法对各横断面与各纵向网格线的交点进行高程插值，实现横断面的地形概化。公开号CN109960838A的专利公布了一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，该方法由河道实测断面数据结合高分辨率遥感影像或已有河道矢量数据，提取反映河流基本特征的左、右岸(堤)线和河道深泓线，通过加密河道的左、右岸(堤)线和深泓线之间的中间线，并与河道实测断面线相交，形成河道定向插值线段，进一步定向插值生成反映河流三线基本特征的河道高程点，从而实现河道地形自动生成。
[0004]现有的河道地形插值方法，还有较大的完善空间，这些方法普遍存在着数据要求严格、获取难度大、步骤较为繁琐、插值速度慢甚至是无法实现、无法进行外插等方法缺陷。个别方法仅对简单的平顺河道有效，对于复杂的大弯曲河道的地形插值则无法使用，这是
由于大多方法未考虑插值断面应尽可能垂直于河道流向的需求；此外，以往方法的结果仅适用于立体坐标系(XYZ)的建模，无法应用于累距高程的建模，因此有必要研发一种适用于任意弯曲河道且同时满足XYZ、累距高程建模需求的地形断面插值方法。
[0005]解决利用有限河道断面地形实测数据构建精细化河道地形过程中无法沿河道走向插值、误差大、计算量大、生成速度慢的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法,
[0007]本专利技术采用下述的技术方案：
[0008]一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：收集河道上下游实测断面、左右岸边界数据文件，并沿河道将左右岸的水陆边界数字化，将数字化后的左右岸边界数据生成距离均匀的散点。
[0010]步骤2：河道插值断面的左右岸边界散点取点及补点：根据需要的插补断面结果数量，将左岸散点中确定出的所有待插补断面的左岸端点逐一与右岸边界散点求取直线距离，选取对应直线距离最短的右岸边界散点为插补断面的右岸端点，逐一完成所有右岸端点的取点，最后完成从左岸至右岸的补点并对插补断面进行编号。
[0011]步骤3：开展插补断面的地形高程赋值及插值：查找出与上下游实测断面相邻的插补断面，将上下游实测的高程散点赋值予插补断面，断面内未被赋值散点的高程以断面内已赋值散点的高程进行线性插值，确定出相邻插补断面中全部散点的地形高程，最终完成其他未被赋值的插补断面地形高程，得到适合于XYZ格式建模的河道数值化地形。
[0012]步骤4：基于插补出的河道地形断面，逐一对各插补断面中散点至左岸的累距，以及各插补断面之间的左、中、右岸距离，得到适合于累距高程格式建模的河道数值化地形。
[0013]进一步的，所述步骤1包括以下步骤：
[0014]S11收集河道上下游实测断面数据，包括上游及下游2条实测断面地形，断面数据包括数字化的横坐标X、纵坐标Y和高程Z；获得左右岸边界的均匀散点坐标文件；
[0015]S12收集河道左右岸边界文件，在数字化地图中分别勾勒出所需要插补的河道左右岸边界，边界范围不受到实测断面范围限制，左右岸边界需保持相近长度，并导出矢量化左右岸边界文件；
[0016]S13转换边界文件坐标系，将矢量化的左右岸边界文件导入地理信息系统软件，通过软件转换成可被识别格式文件，并利用软件的坐标转换功能，将左右岸边界文件的坐标系转换为与实测断面一致的坐标系；
[0017]S14河道左右岸边界生成距离均匀的散点，利用定数等分法，通过软件将左右岸文件拆分为均匀的散点。
[0018]进一步的，所述步骤2包括以下步骤：
[0019]S21在上述的左岸散点文件中取出左岸端点，并将左岸散点的横纵坐标对应赋值到左岸端点；
[0020]S22逐一计算出每个左岸端点距离最近的右岸边界散点，并将右岸边界散点的横纵坐标赋值为右岸端点；
[0021]S23对待插补断面中的内插散点数横纵坐标进行补点。
[0022]进一步的，所述步骤3包括以下步骤：
[0023]S31基于双端点与实测断面端点的直线距离之和查找出与上游实测断面相邻的待插补断面，确定相邻待插补断面序号记作a
上
和a
下
；
[0024]S32计算得到距离插补断面左岸端点最近的上游实测断面散点，并将该散点的地形高程赋值予断面序号为a
上
的左岸端点；序号为a
下
的左岸端点同理；
[0025]S33计算得到距离插补断面右岸端点最近的上游实测断面散点，并将所述散点的地形高程赋值予断面序号为a上的右岸端点；序号为a下的右岸端点同理；
[0026]S34上游实测断面高程最低点为p，计算出该散点与序号为a
上
的待插补断面的直线距离，并将高程赋值予距离最短的散点，序号为a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集河道上下游实测断面、左右岸边界数据文件，并沿河道将左右岸的水陆边界数字化，将数字化后的左右岸边界数据生成距离均匀的散点；步骤2：河道插值断面的左右岸边界散点取点及补点：根据需要的插补断面结果数量，将左岸散点中确定出的所有待插补断面的左岸端点逐一与右岸边界散点求取直线距离，选取对应直线距离最短的右岸边界散点为插补断面的右岸端点，逐一完成所有右岸端点的取点，最后完成从左岸至右岸的补点并对插补断面进行编号；步骤3：开展插补断面的地形高程赋值及插值：查找出与上下游实测断面相邻的插补断面，将上下游实测的高程散点赋值予插补断面，断面内未被赋值散点的高程以断面内已赋值散点的高程进行线性插值，确定出相邻插补断面中全部散点的地形高程，最终完成其他未被赋值的插补断面地形高程，得到适合于XYZ格式建模的河道数值化地形；步骤4：基于插补出的河道地形断面，逐一对各插补断面中散点至左岸的累距，以及各插补断面之间的左、中、右岸距离，得到适合于累距高程格式建模的河道数值化地形。2.根据权利要求1所述一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：S11收集河道上下游实测断面数据，包括上游及下游2条实测断面地形，断面数据包括数字化的横坐标X、纵坐标Y和高程Z；获得左右岸边界的均匀散点坐标文件；S12收集河道左右岸边界文件，在数字化地图中分别勾勒出所需要插补的河道左右岸边界，边界范围不受到实测断面范围限制，左右岸边界需保持相近长度，并导出矢量化左右岸边界文件；S13转换边界文件坐标系，将矢量化的左右岸边界文件导入地理信息系统软件，通过软件转换成可被识别格式文件，并利用软件的坐标转换功能，将左右岸边界文件的坐标系转换为与实测断面一致的坐标系；S14河道左右岸边界生成距离均匀的散点，利用定数等分法，通过软件将左右岸文件拆分为均匀的散点。3.根据权利要求1所述一种适用于任意弯曲河道的地形断面插值方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：S21在上述的左岸散点文件中取出左岸端点，并将左岸散点的横纵坐标对应赋值到左岸端点；S22逐一计算出每个左...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖宁，张陵蕾，陈旻，李嘉，邓云，安瑞冬，脱友才，卢晶莹，卢永澳，何文艳，贾云霄，马翔，
申请(专利权)人：中国三峡建工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：