CN103256914A - 一种基于dem计算淤地坝淹没面积的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字高程模型DEM计算淤地坝淹没面积的方法，包括：获取淤地坝库区的DEM数据；对库区DEM进行三角化；测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。本发明提供的方法计算速度与计算精度明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息测量技术领域，具体地说，涉及一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的方法及系统。
背景技术
洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。随着现代经济的高速发展和水利工程的增加，洪水灾害对人类的危害仍在加重。因此，快速、准确、科学地模拟、预测洪水淹没范围，对防洪减灾具有重要意义。特别是对于一些重点防洪城市和行蓄洪区，如果能够预先获知洪水的淹没范围和水深的分布情况，对于预先转移受灾区的生命财产，减少损失具有非常重要的价值，而且对于洪水造成的灾害损失进行评估也是非常有用的。
近几年来，将GIS技术与遥感（RS，Remote Sensing）技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影像数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。以数字高程模型DEM和RS影像为基础，运用GIS的空间分析功能，研究试验区洪水河流域的洪水淹没情况。
一般在计算淹没面积的时候在等高线上选择几条，量出面积，然后绘制坝高与面积的关系曲线，在给定一个高程时，在曲线图上该高程处反查出面积，由于度量的误差、绘制曲线的误差与反查的误差，误差累计就很大，另外一点在地形图上进行量算面积也费时费力。
可见，在现有的方法中进行淤地坝设计时计算淹没面积不够准确同时也比较费时费力。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供一种基于DEM淤地坝淹没面积的计算方法，可使得计算速度与计算精度明显提高。
本发明提供一种基于DEM淤地坝淹没面积的计算方法，包括：
获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
对DEM进行三角化，测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；
在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；
搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
本发明还提供一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的系统，包括：
DEM数据获取单元，用于获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
DEM处理单元，用于对DEM进行三角化，测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；
搜索单元，在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；
边界处理单元，用于搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
计算单元，用于分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
综上所述，本发明提供的基于数字高程模型DEM计算淤地坝淹没面积的方法，通过淹没高度自动在DEM上将DEM网格进行三角化，并搜索淹没区域的边界，再分别计算所述若干三角形及边界上多边形面积累积得到所需淹没面积，与原来的采用的计算淹没面积的方法相比，本发明提供的方法计算速度与计算精度明显提高。
附图说明
图1为本发明提供的计算淤地坝淹没面积的方法流程图；
图2为本发明实施方案中提供的DEM绘制成网格示意图；
图3为本发明实施例中对DEM进行三角化的过程示意图；
图4为本发明实施例中提供的淤地坝及其坝轴线示意图；
图5为本发明提供的DEM网格图中基准线示意图；
图6为本发明实施例中淹没平面搜索线与三角形的切割关系示意图；
图7为本发明提供的计算淤地坝淹没面积的系统架构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，如淹没面积的计算较为繁琐、累积误差大，本发明提供一种基于数字高程模型DEM计算淤地坝淹没面积的方法，可通过淹没高度自动在数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）上分析淹没面积，与原来的方法使得计算速度与计算精度都提高。
本发明提供的一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的方法，如图1所示，该方法包括：
S01，获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
S02，对DEM进行三角化，测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；
S03，在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到网格区域中的若干三角形；
S04，搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
S05，分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
步骤S01中，所述数字高程模型DEM是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，DEM是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。
DEM记录的是地形的高低起伏程度，是一个二维矩阵进行记录。加载以后，在计算机中记录如下表1所示。
表1DEM高程片段
步骤S02中，所述对DEM进行三角化，具体包括：
a)根据相应高程确定的DEM绘制得到相应的网格图；
在DEM上按照网格来记录地形情况的。如图2所示，每一个格子都有一个高程。一般记录的时候有原点坐标，网格大小与每个格子的高程。现认为每个高程是网格中心点的高程。b)基于各网格中心点重新划分网格，得到网格大小不变新的网格图；
c)连接每一个正方形新网格的一个对角线，将每个正方形划分成两个三角形。
图3为本发明实施例中对DEM进行三角化的过程示意图。对DEM进行三角化的过程中，将原点向上与向右移动1/2个格子，刚好原来的中心点在网格的交点上，具体地，参照图3，从坐标系XOY的O点移动到坐标系X’O’Y’的O’点；OX与OX’之间的距离是1/2个DEM网格宽。OY与O’Y’的距离是1/2个DEM网格宽。重新划分网格，网格大小不变，新网格的四个定点都在原来网格的中点。让后连接每一个正方形网格的一个对角线，就把每个正方形划分成两个三角形。由于空间中的三个点组成一个平面，所以每一个三角形都是空间中的一个面上的三角形。
其中若干三角形的面积为所述新网格面积的1/2。
图4为本发明实施例中提供的淤地坝及其坝轴线示意图；图5为本发明提供的DEM网格图中基准线示意图。
参照图4及图5，所述基准线为淤地坝的坝轴线。
确定坝轴线具体如下：
坝轴线是由水平面上选定的两个点确定的，例如，以图5中的点M（x1,y1），N（x2，y2）确定，一般是在野外勘察的时候用GPS采集，或在地形图或DEM中量算得到。由用户输入确定。如图5所示,M与N中间的部分高程比输入的淹没高程低，两边的高程比输入的淹没高程高。
具体测算时，从M点开始搜索。
当所述淹没平面搜索线与每个三角形形成切割关系，记录每个切割的形状并计算面积，三角形直接计算面积，多边形分解成至少两个三角形以计算其面积。
步骤S04中，以M点为起点，搜索淹没面积的边界，直到与坝周线的形成闭合多边形为止。
图6为本发明实施例中淹没平面搜索线与三角形的切割关系示意图。如图6所示，淹没平面搜索线与每个三角形有一下几种情况：
第一、没有切割；
第二、切割成三角形（BEF）；
第三、切割成四边形（BCHG）。
记录每个切割的形状并计算面积。
在具体实施例的步骤S05中，计算淤地坝淹没面积如下：
通过计算切割成三角行的有K个加和面积为Si；
切割成四边行的个数有L个加和面积为：Sii；
包含在里面完整的三角形个数有J个面积为：Siii；
得到整个淹没面积为：S=Si+Sii+Siii
图7为本发明提供的计算淤地坝淹没面积的系统架构示意图。参照图7，本发明提供的一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的系统700，包括：
DEM数据获取单元71，用于获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
DEM处理单元72，用于测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程，基于该高程对DEM进行三角化；
搜索单元73，在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；
边界处理单元74，用于搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
计算单元75，用于分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
综上所述，本发明提供的基于数字高程模型DEM计算淤地坝淹没面积的方法，将DEM网格进行三角化后通过淹没高度自动在DEM上搜索淹没区域的边界，再分别计算所述若干三角形及边界上多边形面积累积得到所需淹没面积，与原来的采用的计算淹没面积的方法相比，本发明提供的方法计算速度与计算精度明显提高。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的方法，其特征在于，包括：
获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
对DEM进行三角化；
测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；
在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；
搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述基于该高程对DEM进行三角化，包括：
根据所述高程确定的DEM绘制得到相应的网格图；
基于各网格中心点重新划分网格，得到网格大小不变新的网格图；
连接每一个正方形新网格的一个对角线，将每个正方形划分成两个三角形。
3.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，
所述基准线为所述淤地坝的坝轴线。
4.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，
当所述淹没平面搜索线与每个三角形形成切割关系，记录每个切割的形状并计算面积，三角形直接计算面积，多边形分解成至少两个三角形以计算其面积。
5.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，
所述若干三角形的面积为所述新网格面积的1/2。
6.一种基于DEM计算淤地坝淹没面积的系统，其特征在于，包括：
DEM数据获取单元，用于获取淤地坝库区的数字高程模型DEM数据；
DEM处理单元，用于对DEM进行三角化，测算淹没高度及其与DEM上相对应的高程；
搜索单元，在所述库区的DEM上确定基准线，沿该基准线按照预定方向搜索淹没高程的点，得到若干三角形；
边界处理单元，用于搜索淹没区域的边界，直到与坝周线形成闭合多边形为止；
计算单元，用于分别计算所述若干三角形及所述多边形的面积，将所计算得到的面积相加即得到所述淤地坝淹没面积。
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