河道大断面数据提取方法、系统、电子设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开一种河道大断面数据提取方法、系统、电子设备及存储介质，涉及洪水演进数值模拟技术领域，所述方法包括：获取目标区域的多种原始地形数据，并基于原始地形数据生成栅格河网数字高程模型；基于原始地形数据和栅格河网数字高程模型确定河道中心线，并利用曲率半径法将河道中心线划分为多个顺直微弯段分中心线和多个强弯段分中心线；基于所有顺直微弯段分中心线和所有强弯段分中心线，确定河道大断面分布矢量图；利用堆栈剖面工具，基于河道大断面分布矢量图和栅格河网数字高程模型批量提取目标区域的河道大断面数据。本发明专利技术提高了河道大断面数据提取的速度和准确度。高了河道大断面数据提取的速度和准确度。高了河道大断面数据提取的速度和准确度。

【技术实现步骤摘要】
河道大断面数据提取方法、系统、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及洪水演进数值模拟
，特别是涉及一种河道大断面数据提取方法、系统、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]洪水演进数值模拟是通过建立数学模型，利用计算机模拟洪水演进过程，以预测洪水灾害的发生和演化趋势。其主要目的是为了提高防洪能力，减轻洪灾损失。
[0003]在洪水演进数值模拟过程中，需要收集洪水演进所需的数据，如地形、地貌、降雨等信息。其中，地形数据是重要的基础，这要求对研究区域内的物理河道相关要素进行数字化映射，构建数字底板，收集河道的河道大断面信息。河道大断面数据是水文水动力模型中关键的输入数据之一，对模拟结果的准确性和可靠性有着至关重要的影响，因此，提取准确可靠的河道大断面数据，是精准构建水文水动力模型的关键环节，模拟结果的评估与分析将为防洪工作提供科学依据，在洪水预警、应急响应等方面发挥着重要的作用。
[0004]在当前的水文模拟及预报领域，常用的水文水动力模型主要有河道水力分析模型(Hydrologic Engineering Center
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RiverAnalysis System，HEC
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RAS)、一维水动力模型(MIKE 11)和暴雨洪水管理模型(Storm WaterManagementModel，SWMM)等模型，这些模型具有精度较高、适应性强、更加逼真等特点，并且已经在众多水文水力领域的应用得到了验证。河道大断面数据可以直接输入到上述水文水动力模型中，模拟不同水文条件下的径流流量、水位、流速等参数，不仅可以帮助预测未来河流的水文水动力变化趋势和洪水风险，还有助于评估水资源利用方案和水利工程建设的效果，以及为生态保护和污染控制等提供决策支持。
[0005]通过数据的输入以及调整参数、优化模型等手段，可以模拟出不同场景下的河道水力学响应和水文变化趋势。例如，在预测洪水的情况下，可以通过输入不同的降雨数据、气温、流量等不同的气象水文条件，来估计河道在不同的情况下的潜在洪水风险和可能的影响范围。还可以通过模型的结果来评估不同的治理方案或者水利工程的建设方案，选择对流域和河流影响最小的最优方案。
[0006]总之，河道大断面数据在水文水动力模型中不仅可以用来建立水位流量关系曲线和模拟水位、流速分布等水力学参数，还可以作为模型输入数据，帮助预测未来河流的水文水动力变化趋势和洪水风险，为水资源管理和水利工程建设提供决策支持。
[0007]河道大断面数据提取方法通常有人工提取法、CAD多段线提取法和河道中心线法。其中，人工提取法操作繁琐、工作量大、主观误差大，数据只能一条一条提取，提取数据的效率低；CAD多段线提取法基于实测固定断面资料，采用了半自动方法，提高了工作效率，但其精准度还比较低，不能精确地识别出每一条断面线，且易受其他线段的影响，导致提取出的断面线被打断，需要人工目视矫正手动修复，而且数据来源单一，在缺少固定断面资料的河道无法获取断面数据，造成河道大断面之间的采样间距过大，会影响模型的可靠性和适用性，导致模拟结果出现偏差；河道中心线法实现了河道大断面的自动化布设，在顺直河段取
得较好的效果，但在河道弯曲程度较大的河段，使用此方法所布设的断面线常出现断面线相交现象，导致提取的断面数据不完整或不准确，连续性被破坏，无法代表河道的真实形态特征，且相交点之后的数据会被重复计算，从而降低水动力模型的精度，对模拟结果的准确性产生较大的不利影响。
[0008]除上述方法外，还有学者提出了许多自动化方法对河道大断面数据进行提取，但无一不对原始数据要求极高。自动化方法往往在已有实测断面数据、河道大断面线数据、河面数据、测深数据等前提下实现的，条件极为苛刻，适用性不强。实际条件下往往只有航天卫星遥测的DEM数据以及实测的水下地形点集数据，在此数据条件下，自动化方法缺少判断依据，在河道大断面自动布设与数据提取过程中无法对复杂河段进行处理，难以获得准确的河道大断面数据。
[0009]因此，亟需提出一种适用性强的河道大断面数据快速布设与河道大断面数据批量提取方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种河道大断面数据提取方法、系统、电子设备及存储介质，提高了河道大断面数据提取的速度和准确度。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0012]一种河道大断面数据提取方法，包括：
[0013]获取目标区域的多种原始地形数据，并基于所述原始地形数据生成栅格河网数字高程模型；
[0014]基于所述原始地形数据和所述栅格河网数字高程模型确定河道中心线，并利用曲率半径法将所述河道中心线划分为多个顺直微弯段分中心线和多个强弯段分中心线；
[0015]基于所有所述顺直微弯段分中心线和所有所述强弯段分中心线，确定河道大断面分布矢量图；
[0016]利用堆栈剖面工具，基于所述河道大断面分布矢量图和所述栅格河网数字高程模型批量提取所述目标区域的河道大断面数据。
[0017]可选地，基于所述原始地形数据生成栅格河网数字高程模型，包括：
[0018]采用多源数据融合技术，将各所述原始地形数据进行转换，统一成相同的数据格式并集成至地理信息系统中，得到集成数据；
[0019]对所述集成数据进行去除重复数据和异常数据处理，得到准确地形数据；
[0020]将所述准确地形数据作为不规则三角网模型的输入要素，构建不规则三角网，并将所述不规则三角网转换为栅格形式的数字高程模型，得到所述栅格河网数字高程模型。
[0021]可选地，利用曲率半径法将所述河道中心线划分为多个顺直微弯段分中心线和多个强弯段分中心线，包括：
[0022]从所述河道中心线的上游开始到下游结束，在所述河道中心线上确定n个分段点；n≥3；
[0023]将第i个分段点和第i+1个分段点之间的河道中心线确定为第i条分段中心线，从而将所述河道中心线划分为n
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1条分段中心线；
[0024]确定各分段中心线的长度；
[0025]计算各分段中心线的曲率半径，并基于所有分段中心线的曲率半径计算曲率半径均值；其中，对于第i条分段中心线1≤i≤n：
[0026]将第i个分段点处的斜率确定为第i条分段中心线的斜率；
[0027]基于第i条分段中心线的斜率和第i+1条分段中心线的斜率计算第i条分段中心线的转折角；
[0028]根据第i条分段中心线的长度和转折角计算第i条分段中心线的曲率；
[0029]根据第i条分段中心线的斜率计算第i条分段中心线的曲率半径；
[0030]分别根据各分段中心线的曲率半径和所述曲率半径均值，将对应的分段中心线确定为顺直微弯段分中心线或强弯段分中心线。
[0031]可选地，基于所有所述顺直微弯段分中心线和所有所述强弯段分中心线，确定河道大断面分布矢量图，包括：
[0032]从上游至下游遍历各分段中心线；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道大断面数据提取方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标区域的多种原始地形数据，并基于所述原始地形数据生成栅格河网数字高程模型；基于所述原始地形数据和所述栅格河网数字高程模型确定河道中心线，并利用曲率半径法将所述河道中心线划分为多个顺直微弯段分中心线和多个强弯段分中心线；基于所有所述顺直微弯段分中心线和所有所述强弯段分中心线，确定河道大断面分布矢量图；利用堆栈剖面工具，基于所述河道大断面分布矢量图和所述栅格河网数字高程模型批量提取所述目标区域的河道大断面数据。2.根据权利要求1所述的河道大断面数据提取方法，其特征在于，基于所述原始地形数据生成栅格河网数字高程模型，包括：采用多源数据融合技术，将各所述原始地形数据进行转换，统一成相同的数据格式并集成至地理信息系统中，得到集成数据；对所述集成数据进行去除重复数据和异常数据处理，得到准确地形数据；将所述准确地形数据作为不规则三角网模型的输入要素，构建不规则三角网，并将所述不规则三角网转换为栅格形式的数字高程模型，得到所述栅格河网数字高程模型。3.根据权利要求1所述的河道大断面数据提取方法，其特征在于，利用曲率半径法将所述河道中心线划分为多个顺直微弯段分中心线和多个强弯段分中心线，包括：从所述河道中心线的上游开始到下游结束，在所述河道中心线上确定n个分段点；n≥3；将第i个分段点和第i+1个分段点之间的河道中心线确定为第i条分段中心线，从而将所述河道中心线划分为n
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1条分段中心线；确定各分段中心线的长度；计算各分段中心线的曲率半径，并基于所有分段中心线的曲率半径计算曲率半径均值；其中，对于第i条分段中心线1≤i≤n：将第i个分段点处的斜率确定为第i条分段中心线的斜率；基于第i条分段中心线的斜率和第i+1条分段中心线的斜率计算第i条分段中心线的转折角；根据第i条分段中心线的长度和转折角计算第i条分段中心线的曲率；根据第i条分段中心线的斜率计算第i条分段中心线的曲率半径；分别根据各分段中心线的曲率半径和所述曲率半径均值，将对应的分段中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌文，余亦凡，陈瑜彬，彭辉，蒙昌洪，黄艳，钱竹胜，许洋，王绍旭，张潇，邹玉婷，冯宝飞，伍岳，许银山，毕祯珊，张永锋，聂远雄，梁俊群，赫梦迪，熊猛，蔡艺茂，李洁，田逸飞，冯婉婷，戴龙腾，颜鹏辉，周鹏宇，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局重庆市水利局桂林市水利电力勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：