[发明专利]复杂河道地形快速精细生成方法

摘要

本发明公开了一种河道地形快速精细生成方法。通过对复杂地形边界点的空间关系进行统一分块、归类、编号，将零散边界点拟合天然河道走向并生成新河道边界，解决河道大量边界点无序问题；通过有限河道监测断面地形，基于权重插值方法，实现河道地形快速生成；通过河道插值生成地形，利用待增补断面与河道已知采样高程断面的距离和比降变化，实现河道断面的精确增补。本发明根据河道零散边界点和地形高程采样数据无法满足河道水动力计算精度要求的特点，采用了拟合河道边界、河道地形插值和河道采样高程断面增补的方式，充分考虑到了天然河道走势和地势变化特点，有效减少了地形插值误差。

主权项

1.一种复杂地形快速精细生成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n第一步，河道边界趋势拟合：根据河道边界散点分布，按照走向趋势变化进行分块编码；对分块编码散点，进行趋势拟合，拟合河道边界的整体走向；整体走向判定无误，则执行第二步；若判定边界走向有误，则继续执行第一步；/n第二步，对区域高程采样点进行加密：首先，根据已知监测断面高程采样点及河道边界要素，采用权重法，计算出加密点的空间位置信息；其次，依据地势变化，对加密点高程进行插值计算；最后，依据空间加密点的密集程度要求，进行进一步细化或粗化；/n第三步，采样高程点断面增补：当已知监测断面不足时，易造成河道弯道处插值地形失真；读取弯道处待增补断面地形点的空间位置，根据待增补断面与河道上游已知监测断面的距离以及比降变化，得到待增补断面上插值点的高程，完成采样高程点断面增补，再按照第二步，完成整个河道插值地形加密处理；/n所述的第一步包括以下步骤：/n步骤1，流域水系结构和边界的识别：将河道CAD图层导入GIS中，将线转换成线图层，或者基于高分辨率遥感影像数据，识别水系结构层中的流域边界范围层，导入GIS中转化为线图层；/n步骤2，对线图层进行处理，包括河流边界的处理及坐标系转化：首先，对河流边界线图层进行编辑，对于少数复杂小枝杈存在的地方，可进行边界线平滑化处理，便于后续插值；其次，在GIS中，完成WGS 1984坐标系到WGS 1984 UTM Zone 49N坐标系的坐标转化；最后，将处理后的线图层在GIS中进行线转点，分成河道左岸与右岸依次处理；/n步骤3，河道边界散点的分块编码：按照河道散点坐标X和Y分布的走向，将其分为四种类型，即：X从小到大且Y从小到大，Y从小到大且X从大到小，X从大到小且Y从大到小，Y从大到小且X从小到大，四种情况分别赋予其属性值ND为①、②、③、④；通过勾画矩形框，将散点进行分块，河道分块后，要读取每块上面的最小的X1，Y1和最大的X2，Y2，即每个矩形块的左下角点和右上角点的两个点；按照从河道上游往下游依次分块，编号，构建河道边界散点关系表，该表中包含块的编号，块的范围，块的方向，块所属的左右岸边界线，以及左右岸边界线的分块块数；/n步骤4，通过边界散点数据，判断边界散点所属的分块：基于每块的分块范围，搜索全局散点，判断边界散点的所属分块；基于每块内的散点坐标，以及块的方向属性，利用多项式曲线拟合，在误差最小情况下，拟合出当前分块的边界点趋势，依次类推，拟合出左右岸各分块的边界点趋势；/n步骤5，分块的边界趋势拟合结束后，需将全部拟合河道边界点导入EXCEL中，按照拟合趋势连线，若无交叉或断线情况，则拟合无误，反之，需校核分块的拟合方向，重新进行拟合；/n所述的第二步包括以下步骤：/n步骤1，以采样高程点为初始高程断面，基于生成河道拟合边界数据，通过权重插值方法生成加密点平面位置(X,Y)；/n步骤2，加密点高程插值计算：基于初始高程点断面及加密高程点平面位置，按照对应比例进行计算，计算包括：①以初始高程断面上采样点的起点距，计算每个采样点在整个断面上的相对位置比例；②通过上下游两个断面上采样点位置的权重和高程，按照X方向和Y方向设定的插值距离，将上下游两个断面重新插值，并获取高程；③在上下游两个断面之间，按照X和Y方向设定的插值距离，进行河段上空间插值，获取每点的插值坐标(X,Y)；④根据插值坐标，计算每个插值断面上各插值点在断面上的相对位置比例；⑤搜索初始上下游高程断面采样点与插值断面插值点的权重相等的两点，根据两点间的距离以及河道的坡度变化大小，计算插值点位置的高程；/n步骤3，完成细化或粗化计算：调整X和Y方向的插值距离，重复步骤1和步骤2，直到达到精确反应河道地形为止；/n所述的第三步包括以下步骤：/n步骤1，河道区域弯道处采样高程断面的增补，根据弯道宽度在弯道横断面上选取两点，该两点所在断面即为待增补断面，读取待增补断面上插值点的空间位置，并运用GIS计算插值点的坐标；/n步骤2，根据待增补断面的坐标，找到在已知插值完成断面中的权重位置，确定该权重处插值的原始河道地形断面上各插值点的起点距，从而得到待增补断面上各点的起点距；/n步骤3，以待增补断面与上游已知采样高程断面的相对距离和比降变化，得到待增补断面上点的高程，其可通过下式求取：/nH