[发明专利]利用河道实测水位进行洪水二、三维动态展示的方法

权利要求书

1.一种利用河道实测水位进行洪水二、三维动态展示的方法，其特征在于：通过地理信息平台ArcGis所提供的数据处理工具，按照下述步骤进行：

步骤1、监测断面布置：

所述监测断面布置原则为：布置的水位监测断面包括在河道纵坡、水位突变的位置布置监测断面，以使其他位置水位内插精度更高，各所述监测断面同一时刻水位结果只能有一个值；同时，为进行实时洪水动态展示，采用监测设备自动采集河道断面水位数据；

步骤2、河道DEM生产：

通过采用专业测量设备或根据河道断面内插两种方式生产河道DEM，范围大于河道最大的水面宽；其中采用河道断面内插生产DEM的方法为：

步骤2.1、以河道中心线和各河道断面上的控制点为基础，通过几何计算得到各河道断面上所述控制点的平面坐标，结合其高程坐标，使其成为包含X、Y、Z坐标信息的高程散点数据；

步骤2.2、以EXCEL格式将所述高程散点数据导入所述ArcGis中，生成包含X、Y、Z坐标信息的矢量点要素；

步骤2.3、采用所述ArcGis中的“自然领域法”工具，以所述矢量点要素为基础，使用自然邻域法内插方式将高程散点数据生产成DEM栅格面；

步骤3、网格面要素制作：

在所述ArcGis中通过采用空间数据处理流程，基于步骤2所述的河道DEM，制作网格矢量面要素；

实现基于河道DEM制作网格矢量面要素的空间数据处理方法为：

步骤3.1、河道地形Tin生产：采用所述ArcGis中的“栅格转Tin”工具，以所述河道DEM为基础，按一定精度将河道DEM栅格转为Tin格式；

步骤3.2、网格矢量面要素生产：采用所述ArcGis中的“TIN三角形”工具，将河道地形Tin转换成三角形的网格矢量面要素；

步骤4、网格地形插值：

在所述ArcGis中，采用ArcGis中的“插值Shape”工具，以步骤2生产的河道DEM为基础，对步骤3制作的所述网格矢量面要素进行插值，使网格矢量面要素具有高程属性；

步骤5、各时刻网格水深插值：

基于各时刻各所述监测断面实测水位，对网格水位进行插值，进而通过水位减地形高程得到水深；

实现对各时刻网格水深进行插值的方法为：

步骤5.1、根据洪水动态展示流畅度需要，按一定时间步长提取各时刻下所有河道所述监测断面的水位数据；

步骤5.2、采用同步骤2~步骤4的方法，通过空间数据处理方法，内插各时刻下网格矢量面要素的水位属性值，使各网格矢量面要素进一步具有该时刻下的水位属性，并根据时刻顺序单独保存为一系列shp图层，即一个时刻保存一个shp图层；

所述内插各时刻下网格矢量面要素的水位属性值的空间数据处理方法为：

步骤5.2.1、绘制河道中心线和水位监测断面线：在所述ArcGis中绘制河道中心线和各水位监测断面线，所述水位监测断面线垂直于河道中心线，左、右侧范围同河道DEM在该监测断面处的宽度范围；

步骤5.2.2、构造断面点要素：在各所述水位监测断面线上，通过所述ArcGis编辑工具中的“构造点”工具，以≦步骤3制作的网格矢量面要素最大宽度的间距，均匀内插构造一系列点矢量要素；

步骤5.2.3、水位属性赋值：将各所述监测断面上的监测水位赋值给该监测断面上构造的所述矢量点要素；

步骤5.2.4、水位DEM生产：采用所述ArcGis中的“自然领域法”工具，以上述矢量点要素和其水位属性为基础，使用自然邻域法内插方式将包含水位属性的矢量点要素生产成高程为水位的DEM栅格面；

步骤5.2.5、网格水位属性插值：采用所述ArcGis中的“插值Shape”工具，基于上述水位DEM栅格面，对步骤3制作的网格矢量面要素进行插值，使网格矢量面要素具有水位属性；

步骤5.3、针对各时刻所述shp图层，均采取水位属性减地形高程属性，得到水深属性；

步骤5.4、删除水深属性值为负的网格矢量面要素；

步骤6、时态数据制作：

在所述ArcGis中，通过空间数据处理流程将各时刻包含水深信息的网格shp图层合并成一个包含时态数据的结果shp图层，并添加对应的时间字段属性；

实现制作时态数据的空间数据处理方法为：

步骤6.1、添加时间属性字段：采用所述ArcGis中的“添加字段”工具，在步骤6制作的各时刻结果shp图层里，添加与该时刻对应的时间字段属性；

步骤6.2、要素和图层合并：采用所述ArcGis中的“追加”工具，按时间从前到后的顺序，对添加完时间字段属性的各时刻结果shp图层进行合并，使之最终成为一个整体的结果shp文件；

步骤6.3、设置为时态数据：在所述整体的结果shp文件图层属性里启用时间，使之成为时态数据，并设置时间字段、时间步长间隔参数；

步骤7、洪水动态展示：

在所述ArcGis中通过对最终的所述结果shp图层进行设置，实现洪水的二、三维动态展示，方法为：在图层属性符号系统里，对水深属性值不同的所述网格矢量面要素设置不同的颜色和透明度，实现分色渲染，并叠加到矢量地形图、航拍影像图和DEM上后，通过在ArcGis桌面端按一定帧率播放该时态数据，实现洪水在桌面端的高逼真二、三维动态展示；

其中在ArcGis桌面端的二维产品ArcMap中直接实现二维动态展示；而在ArcGis桌面端的三维产品ArcScene 中，由于结果shp图层里的网格矢量面要素还有水位属性，将其设置为Z值后，即可实现三维动态展示；同时，不管是二维还是三维维动态展示，均可发布成Gis服务，成为相关水利信息化系统后台服务的一部分，实现在Web端的高逼真洪水二三维动态展示。