一种平原水网区河道数据及其DEM修正的方法技术

本发明专利技术公开了一种平原水网区河道矢量数据及所在DEM栅格数据修正的方法，不局限于水文技术领域，同样适用于气象灾害(如暴雨洪涝)风险评估、水文水位预报等方面。本发明专利技术基于开源高精度DEM数据，对照是否具备河道矢量数据两种情形，依据研究区的汇流规律，结合应用ArcGIS软件、FA水动力模型等实现水系的数字化、缓冲区分析、矢量转栅格及与河道深度栅格数据与原始DEM数据的镶嵌分析，构造出水系连通、真实连续的河道矢量数据，以及适宜分析研究区气象水文条件的水系DEM数据。其中采用的河道矢量数据选取方法能够在满足不同尺度区域研究目标前提下，获取局地微尺度特征，河道DEM数据修正采用河道等级与流量(属性特征)相结合的分级方法实现，整个流程操作便捷，可以实现批量重复处理，且应用效果显著。且应用效果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种平原水网区河道数据及其DEM修正的方法


[0001]本专利技术涉及气象水文
，具体为一种平原水网区河道矢量数据及其精细化DEM修正的方法，包括河道矢量数据选取、河道矢量数据编辑、河道DEM数据提取及修正，提供一种效果好、易实现的GIS结合水动力模型模拟分析筛选DEM数据的方法，可以用于暴雨洪涝灾害风险预警技术如水位模拟、流量模拟、河流泛洪分析等。

技术介绍

[0002]数字高程模型，简称DEM。河道的矢量数据及其DEM是水动力模型模拟的重要基础，也是驱动水体运动的关键数据。目前河道矢量数据获取来源主要有三个：一是网络开源数据，二是将高精度土地利用数据中水体数据转化获取，三是DEM数据提取生成。三种方法获取的数据各有优缺点，网络开源数据内容比较丰富，属性相对完整，包含河道名称、长度等信息，缺点是比例尺较低，难以表达河道在局地微尺度上的变化特征；高精度土地利用数据转化结果精细化程度较高，尤其是等级较高的河道，缺点是难以表达分布密集的低等级河道信息；DEM数据驱动生成河道的方法适用于高程变化较快的地方，局地微尺度特征表达效果好，但适用区域较少。针对高程变化小且缓慢的平原水网区，可以采用两种或三种来源结合处理的办法，获取满足研究区域目标的河道矢量数据。
[0003]DEM常作为重要的水文动力研究的基础数据，但是由于网络开源的平原水网区DEM数据精度不能完整表达河床地形，难以准确提取河道信息，所以无法直接应用于水位模拟、流量模拟、河流泛洪分析等研究工作。直接提取高精度DEM，获得的河道断面数据在准确性上仍有欠缺，采用断面构造法修正后的河道断面数据模拟出的洪水水位可以与观测水位十分接近，尤其在缺少河道断面资料的地区能够在一定程度上替代实测断面，其修正的做法为本专利提供了一种思路。此外，DEM数据分辨率对公式法中的流域地形参数取值存在重要影响，甚至可能造成设计洪峰流量的计算误差。专利公布号CN 110334384A公开了一种基于数字高程模型构建河道数据的方法，但实施例中仅针对地形起伏较大、高程变化较快的区域，且分析数据是DEM，并未在平原水网区展开测试，也未提出如何获取平原水网区河道矢量数据、如何基于不同等级河道矢量数据构建DEM的方法，而东部沿海广袤的平原水网区恰恰亟需一种河道DEM数据构建的方法。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是水动力模型应用在平原水网区，其最重要的输入条件——DEM数据如何确定，而影响DEM数据的最重要因素是河道及河道DEM数据如何确定。为了快速获取直接用于平原水网区水动力模型的数据基础，在此基础上获取较为准确的模拟水位/深，本专利技术提供了一种针对不同等级河道数据及其DEM的快速修正方法，以解决目前平原水网区DEM数据无法表达河道深度、宽度、比降等属性信息从而影响水动力模型模拟水位、流量等结果的问题。以太湖流域内的武澄锡虞区为例，依据是否具有河道矢量数据，本专利技术采用以下两种技术方案，其中DEM使用2010年30m分辨率的
SRTM数据：
[0005]A.在研究区域具备河道矢量数据前提下：
[0006]1)初步检查河道矢量数据连通性和属性信息完备程度；
[0007]2)获取网络公开(开源)的30m分辨率土地利用数据，并通过应用ArcGIS软件中地理坐标定义、投影转换等功能实现其与SRTM数据坐标、投影与处理范围的一致性；
[0008]3)使用2)中土地利用数据提取河道信息，经栅格转矢量操作后获得一份河道矢量数据，对比1)中河道位置进一步编辑完善河道宽度、深度等属性信息，增强河道数据完整性；
[0009]4)综合文献、网页等资源进一步确定河道名称、河道等级及河道间的连通关系；
[0010]5)假设目标是模拟获得30m分辨率暴雨洪涝淹没结果，依据河道等级划分标准，自高至低依次选取研究区内各等级的河道，选取武澄锡虞区中一、二、三等三个等级的河道；
[0011]6)目标获得30m分辨率下暴雨洪涝风险，分别设置一、二、三等级河道宽度分别为120m、60m和30m；
[0012]7)应用ArcGIS软件在5)中设定的一级河道矢量线两侧建立两个等级缓冲区，在5)中设定的二级河道一侧建立两级缓冲区，并设定不同等级缓冲区的河道深度；
[0013]8)应用ArcGIS软件矢量转栅格功能，完成河道缓冲区深度的矢量转栅格处理；
[0014]9)应用ArcGIS软件栅格数据镶嵌功能，完成河道DEM数据的修正。
[0015]B.在不具备河道矢量数据，但能够获取研究区河道(水系)图片情形下：
[0016]1)一是应用ArcGIS软件数字化图片，处理形成具有与DEM数据坐标和投影信息一致的河道矢量数据，通常采用这种方法形成的河道矢量数据内容较为完整，但局地存在位置偏差；
[0017]2)采用A中2)与3)步骤形成另一份河道矢量数据，通常这份河道矢量数据仅能表达高等级及较高等级河道信息，优点在于位置较为准确；
[0018]3)综合1)中数据完整性和2)中数据位置准确性，应用ArcGIS软件编辑器拼接形成研究区内完整性较高位置准确的河道矢量数据；
[0019]4)继续启动ArcGIS软件编辑器功能，完善研究区内的河道及其属性信息，综合文献、网络中有关河道等信息确定研究区域内河道名称、河道等级及河道间的连通关系；
[0020]5)确定河道的宽度、深度等属性信息后，依据研究区域大小及研究目标，针对性地自高等级向低等级选择一、二、三等三个等级的河道；
[0021]6)目标获得30m分辨率下暴雨洪涝风险，分别设置一、二、三等级河道宽度分别为120m、60m和30m；
[0022]7)应用ArcGIS软件在5)中设定的一级河道矢量线两侧建立两个等级缓冲区，在5)中设定的二级河道一侧建立两级缓冲区，并设定不同等级缓冲区的河道深度；
[0023]8)应用ArcGIS软件矢量转栅格功能，完成河道缓冲区深度的矢量转栅格处理；
[0024]9)应用ArcGIS软件栅格数据镶嵌功能，完成河道DEM数据的修正。
[0025]在确定所有数据坐标及投影系统一致、及水动力模型适用于武澄锡虞区的参数组合情形下，验证河道数据空间位置准确性的方法有两个：一是两种来源数据在ArcGIS软件中叠加显示后对比分析，二是与现有的DEM数据或临河建筑空间分布等数据叠加分析，确定其空间位置的准确性，修正效果可采用水动力模型模拟的水位与观测水位逐时对比验证，
并依据对比的结果做各等级河道缓冲区宽度及修正深度的调整。
[0026]本专利技术原理：以客观定量表达研究区汇水规律和汇水量为目标，利用GIS软件的缓冲区分析、矢量转栅格、栅格数据镶嵌等功能，实现平原水网区河道DEM数据的修正，为水动力模型模拟水位、流量等要素提供更为合理的基础数据。
[0027]有益效果：
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点在于能够适用于平原水网区，并且操作相对简单、具备较高的可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平原水网区河道矢量数据及其DEM修正的方法，其特征在于采用以下两种技术方案，其中DEM使用30m分辨率的SRTM数据：A.在研究区域具备河道矢量数据前提下：1)初步检查河道矢量数据连通性和属性信息完备程度；2)获取网络公开(开源)的30m分辨率土地利用数据，并通过应用ArcGIS软件中地理坐标定义、投影转换等功能实现其与SRTM数据坐标、投影与处理范围的一致性；3)使用2)中土地利用数据提取河道信息，经栅格转矢量操作后获得一份河道矢量数据，对比1)中河道位置进一步编辑完善河道宽度、深度等属性信息，增强河道数据完整性；4)综合文献、网页等资源进一步确定河道名称、河道等级及河道间的连通关系；5)假设目标是模拟获得30m分辨率暴雨洪涝淹没结果，依据河道等级划分标准，自高至低依次选取研究区内各等级的河道，选取武澄锡虞区中一、二、三等三个等级的河道；6)目标获得30m分辨率下暴雨洪涝风险，分别设置一、二、三等级河道宽度分别为120m、60m和30m；7)应用ArcGIS软件在5)中设定的一级河道矢量线两侧建立两个等级缓冲区，在5)中设定的二级河道一侧建立两级缓冲区，并设定不同等级缓冲区的河道深度；8)应用ArcGIS软件矢量转栅格功能，完成河道缓冲区深度的矢量转栅格处理；9)应用ArcGIS软件栅格数据镶嵌功能，完成河道DEM数据的修正。B.在不具备河道矢量数据，但能够获取研究区河道(水系)图片情形下：1)一是应用ArcGIS软件数字化图片，处理形成具有与DEM数据坐标和投影信息一致的河道矢量数据，通常采用这种方法形成的河道矢量数...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗茜，谢志清，徐萌，张灵玲，汪宁，任义方，张佩，杨杰，孙佳丽，谢小萍，徐家平，王珂清，
申请(专利权)人：江苏省气候中心，
类型：发明
国别省市：