[发明专利]一种针对高原地区U型河谷水下未知地形精确模拟方法

说明书

本发明公开了一种针对高原地区U型河谷水下未知地形精确模拟方法，包括如下步骤：S1：根据光学遥感，对河道中心线进行定位；S2：通过空天地遥感信息技术手段，进行局部河道比较系数拟合和河流中心点高程估算；S3：以所述河道中心线为基准，等间隔采样河道两侧水上边坡的高程信息；S4：根据所述河道两侧水上边坡的高程信息和河流中心点高程，进行基于边坡拟合的分段水下地形自适应模拟。本发明采用横向边坡高程采样和纵向中心河道比降估算，通过分型约束和高斯边坡拟合的方法，精确模拟出高原“U”型河道被堰塞段的水下未知地形，实现了基于完全遥感技术手段对区域水下地形的快速监测与精准模拟。

技术领域

本发明涉及地理空间信息技术领域和数字图像处理技术领域，尤其涉及一种针对高原地区U型河谷水下未知地形精确模拟方法。

背景技术

在无资料和缺资料区高原和高山峡谷地区，一旦地面交通和通讯阻断，唯一可行数据获取途径就是天空地一体化的摄影测量与遥感技术。水下精确地形数据是遥感湖泊水量库容定量反演估算的基础。然而现实中大多数湖泊都没有实测的湖盆地形数据，尤其是地处偏远的高原、高山地区，给水量遥感直接估算带来了巨大的挑战。目前，利用摄影测量遥感技术可以获取到高精度的水上地形数据，例如，立体测图、三线阵等；而在水下地形数据获取方面，基本上还是依靠外业测量。即利用GPS定位与水深测量，如：RTK、水下声呐、激光测深等等。由于水下地形测量涉及到水上定位和水下量测，人工作业难度和工作强度比陆上地形测量大，测量费用通常较高，时效性不强且受外业测量环境的限制较多。

考虑到时间的紧迫性、任务的时效性、方案的可行性，在洪水灾害应急抢险和风险预测评估中，通过模型数据模拟的方法是最便捷和行之有效的手段。比较常见的地形建模模拟方法有：最近邻点插值法、双线性插值、二次样条插值、三次卷积函数、反距离加权插值法、克里金插值法、最小曲率法、移动平均法和局部多项式法等等，其中以反距离加权插值法和克里金插值法应用最广范。此外为了进一步提高模拟精度，有些学者提出了地形分型策略，引进了光滑性约束条件，对空间位置区域插值填补。在局部区域，一定的尺度下，通过稀疏分布采样点可以得到较高的几何精度。但是，对于高原地区河道水下未知地形，具有很强的区域性和针对性特点，且数据缺失面积过大，完全通过空间插值的方法基本行不通；若想通过遥感手段获取的水上地形数据和少量的测量辅助数据，构建可视化效果好、模拟精度高的水下地形表面，必须要找到一种合理的拟合算法和科学的边界约束条件。

发明内容

发明目的：针对高原地区河道水下未知地形具有很强的区域性和针对性特点，且数据空缺面积过大，无法对区域水下地形进行快速监测与精准模拟的问题，本发明提出一种针对高原地区U型河谷水下未知地形精确模拟方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种针对高原地区U型河谷水下未知地形精确模拟方法，所述水下未知地形精确模拟方法包括如下步骤：

S1：根据光学遥感，对河道中心线进行定位；

S2：通过空天地遥感信息技术手段，进行局部河道比较系数拟合和河流中心点高程估算；

S3：以所述河道中心线为基准，等间隔采样河道两侧水上边坡的高程信息；

S4：根据所述河道两侧水上边坡的高程信息和河流中心点高程，进行基于边坡拟合的分段水下地形自适应模拟。

进一步地讲，在所述步骤S1中，对所述河道中心线进行定位，具体如下：

S1.1：根据水体指数全局局部迭代阈值分割，提取河流淹没水域的边界；

S1.2：根据所述河流淹没水域的边界，确定河道的多边形形状；

S1.3：将所述河道的多边形形状作为泰森多边形算法的输入，通过Delaunay准则计算到河岸两边的离散点距离相等的点集，所述点集组成的线段即为河道的中心线。