[发明专利]无汊河道数字地形生成方法

摘要

本发明属于河流数值模拟技术领域，提供了一种无汊河道数字地形生成方法，包括(1)获取基础数据，(2)目标河段网格剖分，(3)横断面概化和(4)生成数字地形这四个步骤。该方法基于特征纵向控制线与较少实测横断面地形数据即可实现无汊河道数字地形生成，可解决现有技术为了保证网格化插值结果真实合理，需要提供覆盖模拟区域且分布均匀的大量地形数据而造成构建河网模型成本高、周期长和难度大的问题，有效降低了河道数字地形的生成难度与河网模型的构建成本。

主权项

1.一种无汊河道数字地形生成方法，其特征在于步骤如下：(1)获取基础数据选定需要进行数字地形生成的无汊目标河段，获取目标河段的包括河道边界线在内的特征纵向控制线上若干控制点的平面坐标数据，将位于最左侧与最右侧特征纵向控制线之间的纵向控制线记作中间特征纵向控制线；通过现场勘测获取目标河段的若干横断面的地形数据，横断面的地形数据包括横断面左、右端点，以及左、右端点之间的各测点的平面坐标数据和高程数据；将位于目标河段两端的横断面记作初始横断面和终止横断面；(2)目标河段网格剖分①计算初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点的平面坐标，将初始横断面、终止横断面与最左侧、最右侧特征纵向控制线的交点分别记作初始交点和终止交点，将初始交点、终止交点以及介于初始交点与终止交点之间的部分称为有效部分，提取最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点坐标，将位于最左侧、最右侧特征纵向控制线的有效部分的控制点记作有效控制点，假设最左侧与最右侧特征纵向控制线的有效控制点个数分别为N左+1、N右+1，将最左侧、最右侧纵向控制线的各有效控制点的坐标分别记作(x左(i),y左(i)),i＝1,2,3,…,N左+1，(x右(i),y右(i)),i＝1,2,3,…,N右+1，i＝1代表初始交点，计算最左侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最左侧初始交点的沿线累加距离L左(i)i＝1,2,3,…,N左+1，以及最右侧特征纵向控制线的各有效控制点相对于最右侧初始交点的沿线累加距离L右(i)i＝1,2,3,…,N右+1；②采用定数等分法或定距等分法对最左侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，具体如下：定数等分法：剖分份数取n左，则沿线剖分步长s左＝L左(N左+1)/n左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最左侧特征纵向控制线的有效部分分为N左个累加距离区间[L左(1),L左(2)]，[L左(2),L左(3)]，…，[L左(N左),L左(N左+1)]，然后以最左侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最左侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s左,j依次取1,2,…n左‑1，根据j·s左的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L左(k)≤j·s左≤L左(k+1)时，则沿线步进距离j·s左的终点落于累加距离区间[L左(k),L左(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N左，由式(Ⅰ)～(Ⅱ)计算出最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x左,节(j+1),y左,节(j+1))，并记最左侧初始交点与最左侧终止交点的平面坐标分别为(x左,初始交点,y左,初始交点)＝(x左,节(1),y左,节(1))，(x左,终止交点,y左,终止交点)＝(x左,节(n左+1),y左,节(n左+1))；定距等分法：定距等分距离取L0,左，则沿线剖分步长s左＝L0,左，剖分后生成的剖分节点个数与定距等分距离取值有关，当L左(N左+1)/L0,左的余数等于0时，相当于采用定数等分法进行剖分，剖分份数n左＝L左(N左+1)/L0,左，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法同定数等分法；当L左(N左+1)/L0,左的余数不等于0时，剖分份数n左＝[L左(N左+1)/L0,左]+1，[L左(N左+1)/L0,左]表示取L左(N左+1)/L0,左的整数部分，剖分后将生成n左+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法同定数等分法；③采用定数等分法或定距等分法对最右侧特征纵向控制线的有效部分进行沿线剖分生成剖分节点，由于是基于四边形网格对目标河段进行剖分，所以最右侧与最左侧特征纵向控制线的有效部分的剖分份数应相等，即n右＝n左，具体如下：定数等分法：剖分份数为n右，则沿线剖分步长s右＝L右(N右+1)/n右，剖分后将生成n右+1个剖分节点，剖分过程如下：依据沿线累加距离将最右侧特征纵向控制线的有效部分分为N右个累加距离区间[L右(1),L右(2)]，[L右(2),L右(3)]，…，[L右(N右),L右(N右+1)]，然后以最右侧特征纵向控制线的初始交点为起点，沿着最右侧特征纵向控制线的有效部分取沿线步进距离j·s右,j依次取1,2,…n右‑1，根据j·s右的值判断各沿线步进距离的终点落于哪一个累加距离区间中，当L右(k)≤j·s右≤L右(k+1)时，则沿线步进距离j·s右的终点落于累加距离区间[L右(k),L右(k+1)]中，k＝1,2,3,…,N右，由式(Ⅲ)～(Ⅳ)计算出最右侧特征纵向控制线的有效部分的剖分节点坐标(x右,节(j+1),y右,节(j+1))，并记最右侧初始交点与最右侧终止交点的平面坐标分别为(x右,初始交点,y右,初始交点)＝(x右,节(1),y右,节(1))，(x右,终止交点,y右,终止交点)＝(x右,节(n右+1),y右,节(n右+1))；定距等分法：为保证n右＝n左，最右侧特征纵向控制线的定距等分距离L0,右应在区间[L右(N右+1)/n右，L右(N右+1)/(n右‑1))内取值，沿线剖分步长s右＝L0,右，剖分后将生成n右+1个剖分节点，剖分过程及剖分节点坐标的计算方法与步骤③中的定数等分法相同；④依次连接最左侧与最右侧特征纵向控制线上对应的剖分节点，计算所连线段与各中间特征纵向控制线的交点的平面坐标，以实现对各中间特征纵向控制线的剖分，至此即完成对目标河段的四边形网格初步剖分；⑤对各纵向网格线之间的横向线段进行剖分以减小各纵向网格线之间的横向间距，具体方法是参照步骤②和③中的定数等分法对各纵向网格线之间的横向线段进行剖分，计算剖分后的节点坐标，然后纵向依次连接该步骤剖分生成的对应的剖分节点，即完成对目标河段四边形网格初步剖分结果的横向加密；(3)横断面概化计算各横断面与各纵网格线的交点的平面坐标，然后基于横断面上各测点的平面坐标数据和高程数据，采用距离加权法对各横断面与各纵向网格线的交点进行高程插值，实现横断面的地形概化；(4)生成数字地形利用步骤(2)完成网格剖分后得到的网格节点的平面坐标与步骤(3)完成横断面地形概化的横断面地形数据，采用距离加权法沿纵向网格线对网格节点进行高程插值，得到所有网格节点的高程数据，即完成无汊河道数字地形的生成。