[发明专利]一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及地理信息系统以及分布式水文模型中基于不规则三角网的数字河网提取方法，尤其是能够应用于大河流域的数字河网提取方法。

背景技术

不规则三角网（TIN）是GIS领域中一种重要的数字高程模型，由于它不受分辨率的限制，数据冗余度低，在地形可视化、水文模拟模型领域具有广泛的应用前景。TIN是介于栅格和矢量之间的模型、兼具二者的优点，基于TIN单元划分方式的分布式水文模型能以相对较小的计算量实现对大尺度流域的水文模拟，并且，可以自动提取与流域水文特征有关的各种地形地貌特征变量，如坡度、水流方向、河网密度等，也能获取流域的河网结构、流域形状等。但是，TIN与栅格DEM一样，在提取流域河网信息之前，都需要把DEM中存在的很多小洼地完成填充预处理，以便疏通DEM中的水流方向，使其能够汇入主要河网，并且TIN数据结构比栅格DEM复杂得多，使它在提取数字河网模型时存在困难。目前尚没有完善的方法能够完成该任务，尤其难以完成针对大河流域的填洼预处理、河道划分和河流分级。该技术可用于GIS及水文模拟软件的设计开发中。

发明内容

为了正确高效地执行三角网中洼地区域的填充和河道提取步骤，以及提高不规则三角网基础上流域水系信息提取的精度，本发明提供一种基于不规则三角网DEM的数字河网模型构建方法。该方法能够正确地完成TIN中洼地填充以及河道提取步骤，并能适用于大河流域。

本发明的技术方案包括以下步骤：

1.在高程样本点集基础上构建Delaunay三角网模型；

2.修正三角网，以确保高程最低的点对尽可能被连成三角形边；

3.初始化一个按照高程升序排序、用于存放顶点的优先队列，将边界上所有顶点按照高程加入优先队列；

4.如果优先队列不空，执行5步，否则进入第6步开始划分河道级别；

5.从优先队列取出高程最小的顶点，将该顶点的高程作为当前水位；获取该顶点的所有未标记的邻接顶点，对每个找到的邻接顶点，如果其高程小于当前水位，其高程更改为当前水位值；将当前邻接顶点按照当前高程值加入优先队列；接着继续按同样的方法处理优先队列中的其它顶点；

6.为每个顶点定义一个下游累计值，用以记录当前顶点出流的水所能流经的下游顶点总数，该值初始时设为0；

7.逐个遍历所有顶点，每遍历到一个顶点V，就从该顶点V开始搜索属于该顶点下游的所有顶点，直至搜索至边界顶点为止，统计下游顶点个数赋值给顶点V的下游累计值；

8.输出所有顶点的下游累计值，这些值隐含了最终获得的河网信息。

本发明的有益效果是：

1.构建了基于不规则三角网数字高程模型的河网提取方法，能够正确获得由三角形边表达的河道网络拓扑关系。

2.由三角网模型提取的河网具有分辨率可变的优势，可以准确表达复杂地形且不受分辨率的限制，而对地形平坦区域可以降低分辨率，从而可减少数据量。

3.采用三角网的修正方法，虽然坏了Delaunay三角网的规则，但却能更好的体现河谷特征线。

4.借助基于优先队列的洼地填充步骤，使该方法能够适应在大河流域的河网提取。

5.借助优先队列按高程的排序功能，位于优先队列最前部的顶点即为高程最小的顶点，这保证洼地填充过程具有较高的执行效率。

附图说明

图1、修正三角网示例，当c和d的高程之和小于a和b的高程之和时交换对角边；

图2、基于不规则三角网模型的数字河网提取方法实施流程图；

图3、按起始点序号存放边信息的二维动态数组容器；

图4、单流向示例图；

图5、多流向示例图。

具体实施方式

1.构建Delaunay三角网模型，可以采用任何一种快速Delaunay三角网方法来实施；构建好的三角网要求用点数组、三角形表和有向边表的三表结构来表示。其中有向边的结构定义则包含始点和终点、左侧邻接三角形，这些信息全部采用在数组中的下标表示。