[发明专利]一种基于倾斜摄影的城区河道洪水三维淹没分析方法

说明书

本发明公开了一种基于倾斜摄影的城区河道洪水三维淹没分析方法，包括倾斜摄影航飞、地面像控点测量、水文资料和人文经济资料收集和处理、倾斜三维模型和高精度DSM数据生成、三维淹没水面计算生成、多源数据集成和三维淹没效果展示、淹没受灾情况的定量分析等步骤。使用本发明，能够大大提高城区河道洪水淹没的模拟精度，方便决策者快速精准的制定出抗洪救灾策略，提高抗洪救灾的效率，节约时间，减少进一步的损失。

技术领域

本发明属于水文专业洪水淹没分析领域，特别是利用测绘专业的倾斜摄影的新技术来进行城区河道洪水精确三维淹没分析的方法。

背景技术

河道洪水是指江河之中水位迅速上涨及水量流速急速增加的现象，他是自然灾害的一种，其发生次数较为频繁，危害结果较为严重。我国幅员辽阔，国土面积约四分之三以上的地区都遭受着不同程度和类型的洪涝灾害。我国每年需要组织大量的人力、物力进行救灾，其中耗费的财力、精力不计其数。随着社会经济的持续发展和进步，为了减少洪灾带给人民的生命财产损失，需要充分研究模拟洪水淹没规律，再现其运动过程，需要有关机构对洪水灾害的发生时间、波及范围、危害强度等重要信息提供直观有力的管理措施，这已经成为了防洪抗灾中必不可少的手段。

传统的洪水淹没分析往往都是以DEM为地形数据进行洪水淹没分析。如长江水利委员会长江科学院申请的发明专利CN102842104A公开了一种面向海量DEM数据的高精度河道洪水淹没区生成方法，其针对海量DEM数据进行条带划分，并将条带中栅格行上连续多个淹没单元进行游程压缩存储，以降低数据量，最后采用压缩单元边界追踪方法提取淹没范围，从而实现了复杂地形条件下的淹没区生成。该方案将传统淹没源种子点填充方法改为栅格压缩存储和栅格边界追踪计算，使得较小的内存配置处理了较大的栅格数据量，同时避免了种子点填充法中的大量递归判断，提升了计算速度。该方案充分运用了数字地形分析和数据压缩存储技术，避免了种子填充法进行海量DEM数据淹没分析产生的问题，较好的解决了河湖复杂地形环境下的连通域分析，实现大范围、高精度河湖洪水淹没区的生成。又如CN104460343A公开了一种基于水位监测数据的河道洪水淹没模拟方法。该方法基于沿河道采集的离散水位监测数据，首先对河道中心线进行分段线性插值，得到沿河道中心线的每一处水位值；然后，在河道DEM上，按照最近邻插值计算每个DEM网格的洪水水位；最后，从河道中按照种子区域生长法计算河道洪水实际淹没范围和淹没水深分布。该方案充分考虑了河道蜿蜒起伏的自然形态变化，将水位监测站点之间的河道水位值按照距离参数进行内插，可以有效避免插值水位失真的问题。同时，该方案可以有效解决由于布设于河道的洪水水位监测站点过于稀少，水位监测数据样本点不足导致常规的基于全局区域的洪水水位空间插值方法难以适用的问题。

以上现有技术对洪水淹没分析方法都提出了很好的解决方案，但该类洪水淹没分析往往使用的是大尺度的DEM，分辨率往往大于5米，虽然能够对大区域的河流河段进行大致的洪水淹没分析，但缩小到局部领域，分析精度误差较大。同时对于现代社会，防洪抗灾的重点区域为往往为人口密集城市区域，而DEM是数字地形模型，无法表达城市中的各种各样的建筑物，但对于城市河道洪水精确淹没分析来说，建筑物信息也至关重要。测绘专业的倾斜摄影的技术刚好可以提供我们理想中的高精度DSM数据。相对于正射影像，倾斜摄影技术带来的倾斜三维模型具有精细化、可量测、真实感、高精度、对象化等特点，倾斜摄影技术通过多角度的航摄城市，能够对城市的建筑物进行高逼真还原，分辨率可达1公分。通过倾斜摄影技术可以得到高精度的城区DSM，是进行高精度洪水三维淹没分析的很好的地形数据。

另外，传统的洪水淹没分析往往分为有源淹没和无源淹没，其中有源淹没要更切合真实情况。但传统的有源洪水淹没往往基于DEM数据，假设一个特定位置的洪水高度，通过种子蔓延算法和八连通的方式进行。这种方式在进行城区洪水淹没分析时，未考虑城区建筑物(如围墙)等挡水情况，同时只设定一个洪水高度，往往与河道洪水来临时候沿着河流流向各个河段的洪水水位不一致的实际情况不吻合。