[发明专利]一种基于高程偏差传递的DEM水流方向计算方法

权利要求书

1.一种基于高程偏差传递的DEM水流方向计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：加载DEM数据，DEM为二维数组格式，构建3个与DEM数据尺寸相同的数组A、B、C，数组A用于保存最低相邻单元方向、数组B用于保存第二可能流动方向、数组C用于保存最终确定的流向，并且3个数组中所有位置的初始值都设为0，再构建一个能保存栅格单元三维坐标信息，并根据栅格高程从低到高依次排列的优先队列Q，以及另一个从高到低排列栅格单元三维坐标信息的优先队列T，两个优先队列中同一高程的不同单元按插入先后顺序先后排列，新插入的单元排在同一高程单元的最后；

步骤S2：扫描DEM，将DEM中的有效地形单元加入优先队列T排序，同时将位于有效地形边缘的单元加入优先队列Q进行排序，并同时在数组A、B、C中赋予相同的流向，该流向指向DEM有效地形外侧；

步骤S3：不断取出优先队列Q头部的单元，检索该头部单元的8个相邻单元中的未在数组A中赋予流向的有效单元，为其在数组A中赋予指向此头部单元的方向并加入队列Q，若未赋流向值的单元高程值不高于P，还需为其在数组B与C中赋予指向此头部单元的方向；如果该单元在数组B中对应方向值为初始值0，则比较该单元邻近其最低相邻单元的另外两个相邻单元的高程，将其中较低者所在方向作为第二可能流向并存入数组B，重复此步骤至队列Q为空队列；

步骤S4：读取优先队列T的头部单元K，若单元K在数组C中对应的流向为初始值0，则从单元K开始在最低下坡单元和第二可能方向间使用传递的高程偏差判断从K开始到某个已经具有最终流向的单元的流动路径上各单元的水流方向，然后将K从队列T中移除，重新读取队列T的头部单元以重复此步骤，直至队列T为空队列。

2.根据权利要求1所述的基于高程偏差传递的DEM水流方向计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，从单元K开始在最低下坡单元方向和第二可能方向间使用传递的高程偏差判断从K开始到某个已经具有最终流向的单元的流动路径上各单元的水流方向，其具体包括如下步骤：

步骤S4-1：初始化高程偏差传递的参数，以单元K为当前计算单元，以K的高程为h₀，初始高程偏差d为0，K的最低下坡单元方向和第二可能方向指向的两个单元相邻，二者一个在K的正方向，一个在K的斜方向，设其中正方向单元高程为h₁，斜方向单元高程为h₂；

步骤S4-2：构建h₀、h₁、h₂这3个点组成的三角形平面，确定如果水流从点h₀出发到达平面底部边界时目标点的高度h₃；如果三角形平面的坡度方向超出三角面边缘，水流沿与坡度方向最邻近的三角面边缘方向，否则就沿着坡度方向直线移动，移动线路跟h₁、h₂连接线的交点所在高程即为h₃，具体计算方程如下：

步骤S4-3：由于单流向方法是从上游单元中心指向下游单元中心，上游单元水流到达下游单元时到达点的高度并不一定是下游单元中心点的高程值该单元对应的DEM栅格值，水流从自上游到达本单元时的真实高度出发，下降高度与自本单元中心流至下游单元时下降高度h₃相同，如此到达的高度作为最终下降高度，比较最低相邻单元与第二可能流动方向对应的单元高程，选取其中高程与最终下降高度最接近的单元作为下游单元，由于在地形走向发生旋转时的水流方向过于复杂，只在上下游单元的最低相邻单元方向和第二可能流动方向都相同时，如果不同则认为水流到达单元为最低相邻单元，到达高程为最低相邻单元的中心点高程；

步骤S4-4：若步骤S4-3中确定的最终流向指向的单元L在数组C中对应的流向不是初始值0，则步骤结束，否则以该被指向的单元L为当前计算单元，以L在数组A、B中对应方向指向的两个单元中，位于正向的单元高程作为新的h₁值，斜向的单元高程作为新的h₂值，以d^*的值作为d的值，返回步骤S4-2重新进行。