[发明专利]复杂河道地形快速精细生成方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于地理信息系统空间技术领域，涉及河道地形的拟合，特别涉及一种复杂河道地形快速精细生成方法。

背景技术

数字高程模型(DEM)是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，是由地表规则网格点高程值构成的矩阵，形成栅格结构数据集。在水动力及水环境数值模拟中，计算网格上地形值能否反映真实地形非常重要，会直接影响计算精度。DEM是实际地形表面的再现，其对地形表达的可信程度，很大程度上取决于高程采样点的分布与密度。然而，高程采样点无法对地表面所有点进行观测，只能获取一定数量的高程采样断面数据，这些采样断面反映了地形的局部或者部分特征。尤其是对河道来讲，在许多实际情况下没有整个河道的连续地形数据，只有一定间距下的断面地形数据，数值模拟计算时需要通过插值方法由断面数据得到网格地形值，尤其河道转弯或河流交汇等起伏变化很大处的地形。如何快速生成河道地形，并满足高精度和高效率的计算需求，是当前环境管理与模拟分析所面临的重要问题，也是地形插值精度所面临的重要技术问题。

现有关于空间地形高程采样点加密的插值方法，主要集中在空间内插方法。空间内插是根据分布在内插点周围的样本点求出其值。现有内插方法包括最近邻法、反距离加权法、多项式法等，计算相对简单，但其忽略了样本点间存在的空间联系，插值结果往往受样本点的影响较大。克里金插值法以空间自相关为基础，利用原始样本点数据和半方差函数的结构性，对区域化变量的待内插点进行无偏最优估值。这类插值方法插值精度相关较高，但计算步骤较为繁琐，计算速度较慢。

空间内插方法给地形插值提供了一定的参考基础，高程内插应用上其通常考虑高程数值插值精度，忽略了插值河道边界以及监测断面不足的影响。目前，缺少一种在复杂河道快速精细的地形生成方法，尤其是在加密过程中，在确保高程数值精度和计算效率的情况下，如何依照河道走势和地势变化是获取高精度的插值地形的关键。本发明即针对该问题，实现了复杂河道地形的精细快速生成，能满足数值模拟计算精度和效率需求。

发明内容

本发明针对上述问题，面向地形高程采样点数据，设计了一种复杂地形快速精细生成方法。该方法涵盖了河道边界生成、区域高程采样点加密以及增补监测断面三大关键技术环节，能够有效解决高精度地形建模中高程采样点不足而导致地形表达失真的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种复杂地形快速精细生成方法，包括如下步骤：

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；

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；

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。

上述第一步包括以下步骤：