[发明专利]一种面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法

说明书

本发明提供了一种面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法，用以解决现有技术中河网数据模型自适应差、检索局限性大的问题。所述面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法，以结点表示区域，以带箭头的边表示区域间的上下游汇流关系，以图表示区域间的汇流关系，解析标准河网数据，导入图数据库，利用图数据库来存储汇流结构。本发明的河网数据表达方法自适应强，能够更真实地反映自然界中的河网拓扑结构，具有更强的动态可扩展性，并且能够适应快速检索需求，便于快速汇流演算，更好地描述河网的水文拓扑结构以及各区域间的上下游汇流关系，为水文模拟中的任务划分和河网间汇流关系的计算提供了更好的基础。

技术领域

本发明属于水资源保护技术领域，具体涉及一种面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法。

背景技术

随着人口的不断扩张，水资源不管是在工农业生产中，还是在日常用水中都变得越来越重要。要对水资源进行充分的利用和保护，首先需要对水资源有充分的了解。现有技术中，一般通过水文模拟来建立水资源数据库，在数据库中存储河网的子流域信息、水文模型、模型参数，并通过河网编码等技术来预测或跟踪水资源的变化。河网编码是对汇流过程的再现和数据存储，而河网数据结构则是并行任务划分过程中的重要依据，将各模拟区域分配到各计算单元上，以区域为单元，形成河网拓扑结构，计算汇流关系。

目前，已有的河网编码方式有两种，第一种是二叉树河网编码方法，第二种是多树河网编码方法(Multi-tree Code Method，MCM)。

其中，二叉树河网编码将河网视为二叉树结构，仅考虑两河交汇。该方法将树的根节点看作流域的出口，树的每个结点用一个二元组表示(L，V)：其中L指结点在树中的深度(即距离流域出口的拓扑距离)，V是同一层从左往右的编号(从0开始)。这样，如果结点是(L,V),那么其上游结点是其中表示向下取整；其下游结点分别为(L,2V)与(L,2V+1)。二叉树河网编码方式虽然能够反映流域水系之间的拓扑关系，但是随着V的值随L呈指数增长会由此导致大量空缺节点的无用编码，进而使得整个系统的性能急速下降。

而多树河网编码方法(Multi-tree Code Method，MCM)使用三元组(L,V,Z)表示结点：L表示所在树的层数；V为该结点所在层对各结点从0开始依次从左往右进行标号的编号；Z表示当前结点的父结点的V值。一个结点可以用L和V唯一标识。若已知结点(L₀,V₀,Z₀)，则其下游的结点的L和V的值为(L₀-1,Z₀,_)。该表示方式在检索查询方面有很大的局限性，大大降低了水文模拟中汇流演算的性能。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法，用于描述水文模拟中的河网拓扑结构以及各区域(如子流域)间的上下游汇流关系，以解决现有技术中河网数据模型自适应差、检索局限性大的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种面向大规模并行且适合河网多级嵌套的河网数据表达方法，所述河网数据表达方法包括：

以结点表示区域，以带箭头的边表示区域间的上下游汇流关系，以图表示区域间的汇流关系，解析标准河网数据，导入图数据库，利用图数据库来存储汇流结构。

上述方案中，解析标准河网数据，导入图数据库，包括如下步骤：

步骤S1，划分河段对应的区域，对于每一个河段所在区域，在数据库中创建一个结点，并存储结点属性；

步骤S2，对任意一个结点X，遍历所有结点，建立结点X的汇流关系。

步骤S3，将表示汇流关系的边，和这条边所涉及到的结点及其相关属性，存入图数据库中。

上述方案中，所述结点属性包括：流域地理信息，水域信息，土壤信息。