CN105303612A - 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法 - Google Patents

一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105303612A
CN105303612A CN201410721851.5A CN201410721851A CN105303612A CN 105303612 A CN105303612 A CN 105303612A CN 201410721851 A CN201410721851 A CN 201410721851A CN 105303612 A CN105303612 A CN 105303612A
Authority
CN
China
Prior art keywords
summit
elevation
value
current
priority queues
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410721851.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105303612B (zh
Inventor
刘永和
李艳利
胡永红
王燕平
李艳粉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University of Technology
Original Assignee
Henan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Technology filed Critical Henan University of Technology
Priority to CN201410721851.5A priority Critical patent/CN105303612B/zh
Publication of CN105303612A publication Critical patent/CN105303612A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105303612B publication Critical patent/CN105303612B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法,涉及地理信息系统以及分布式水文模型中基于不规则三角网的数字河网提取方法,尤其是能够应用于大河流域的数字河网提取。先在高程样本基础上构建三角网模型。对三角网进行修正,按照三角网顶点的高程值升序排列方式建立优先队列,逐个取出高程最小的顶点,将该顶点的高程值作为当前水位。借助于顶点与三角形的拓扑关系,获取当前顶点的邻接顶点,若找到的邻接顶点高程小于当前水位,其高程更改为当前水位值。将当前邻接顶点加入优先队列。当优先队列中的点全部处理完后,再逐个遍历所有顶点,每遍历到一个顶点就搜索当前顶点的下游所有顶点,统计出下游顶点的个数并赋值给当前顶点的下游累计值。得到的所有顶点的下游累计值隐含了最终获得的河网信息。

Description

一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法
技术领域
本发明涉及地理信息系统以及分布式水文模型中基于不规则三角网的数字河网提取方法,尤其是能够应用于大河流域的数字河网提取方法。
背景技术
不规则三角网(TIN)是GIS领域中一种重要的数字高程模型,由于它不受分辨率的限制,数据冗余度低,在地形可视化、水文模拟模型领域具有广泛的应用前景。TIN是介于栅格和矢量之间的模型、兼具二者的优点,基于TIN单元划分方式的分布式水文模型能以相对较小的计算量实现对大尺度流域的水文模拟,并且,可以自动提取与流域水文特征有关的各种地形地貌特征变量,如坡度、水流方向、河网密度等,也能获取流域的河网结构、流域形状等。但是,TIN与栅格DEM一样,在提取流域河网信息之前,都需要把DEM中存在的很多小洼地完成填充预处理,以便疏通DEM中的水流方向,使其能够汇入主要河网,并且TIN数据结构比栅格DEM复杂得多,使它在提取数字河网模型时存在困难。目前尚没有完善的方法能够完成该任务,尤其难以完成针对大河流域的填洼预处理、河道划分和河流分级。该技术可用于GIS及水文模拟软件的设计开发中。
发明内容
为了正确高效地执行三角网中洼地区域的填充和河道提取步骤,以及提高不规则三角网基础上流域水系信息提取的精度,本发明提供一种基于不规则三角网DEM的数字河网模型构建方法。该方法能够正确地完成TIN中洼地填充以及河道提取步骤,并能适用于大河流域。
本发明的技术方案包括以下步骤:
1.在高程样本点集基础上构建Delaunay三角网模型;
2.修正三角网,以确保高程最低的点对尽可能被连成三角形边;
3.初始化一个按照高程升序排序、用于存放顶点的优先队列,将边界上所有顶点按照高程加入优先队列;
4.如果优先队列不空,执行5步,否则进入第6步开始划分河道级别;
5.从优先队列取出高程最小的顶点,将该顶点的高程作为当前水位;获取该顶点的所有未标记的邻接顶点,对每个找到的邻接顶点,如果其高程小于当前水位,其高程更改为当前水位值;将当前邻接顶点按照当前高程值加入优先队列;接着继续按同样的方法处理优先队列中的其它顶点;
6.为每个顶点定义一个下游累计值,用以记录当前顶点出流的水所能流经的下游顶点总数,该值初始时设为0;
7.逐个遍历所有顶点,每遍历到一个顶点V,就从该顶点V开始搜索属于该顶点下游的所有顶点,直至搜索至边界顶点为止,统计下游顶点个数赋值给顶点V的下游累计值;
8.输出所有顶点的下游累计值,这些值隐含了最终获得的河网信息。
本发明的有益效果是:
1.构建了基于不规则三角网数字高程模型的河网提取方法,能够正确获得由三角形边表达的河道网络拓扑关系。
2.由三角网模型提取的河网具有分辨率可变的优势,可以准确表达复杂地形且不受分辨率的限制,而对地形平坦区域可以降低分辨率,从而可减少数据量。
3.采用三角网的修正方法,虽然坏了Delaunay三角网的规则,但却能更好的体现河谷特征线。
4.借助基于优先队列的洼地填充步骤,使该方法能够适应在大河流域的河网提取。
5.借助优先队列按高程的排序功能,位于优先队列最前部的顶点即为高程最小的顶点,这保证洼地填充过程具有较高的执行效率。
附图说明
图1、修正三角网示例,当c和d的高程之和小于a和b的高程之和时交换对角边;
图2、基于不规则三角网模型的数字河网提取方法实施流程图;
图3、按起始点序号存放边信息的二维动态数组容器;
图4、单流向示例图;
图5、多流向示例图。
具体实施方式
1.构建Delaunay三角网模型,可以采用任何一种快速Delaunay三角网方法来实施;构建好的三角网要求用点数组、三角形表和有向边表的三表结构来表示。其中有向边的结构定义则包含始点和终点、左侧邻接三角形,这些信息全部采用在数组中的下标表示。
2.本发明方法实施的主要流程参见图2;修正三角网时采用递归方法,对任意两个相邻的三角形构成的凸角四边形区域,如果这两个三角形共享的两端点的高程之和大于另外两个不相连端点的高程之和,则交换对角线。如图1,如果cd两顶点的高程之和小于ab两顶点的高程之和,则删除原有边ab,连接cd两顶点,生成相应的两个新三角形。从任意一个三角形开始处理起,该递归过程会扩散至整个三角网,直到所有的顶点连线都符合条件为止。需要说明的是,对于同一组点集,最终获得的三角网可能不唯一。
3.本发明方法的步骤(3)至步骤(5)的目的是使用基于优先队列的淹没方法来填充三角网中的洼地区域。建立优先队列时,需要将它设定为按照顶点的高程值从小到大升序排列方式,高程低的顶点应优先排在队列的前面。
4.为了标识所有顶点是否被处理过,需建立一个与顶点数长度相同的数组A,存放所有顶点的处理标记;设定标记值全部为0。凡是被从优先队列中取出后且在A中标记不为1的顶点,其在A中的标记都要更新为1。凡是由邻域顶点通过三角形边的关联而被搜索到,且其高程值被更新为当前海平面水位值的顶点,其在A中的标记值应更新为2。这种标记为2的顶点需要被加入到优先队列中,等待后续的处理。
5.本发明第(5)中获取每个顶点的邻接顶点时,需要借助于顶点与三角形边的拓扑关系,即可以直接获取到起点为当前顶点的所有边,而这些边的终点即为当前顶点的邻接顶点。顶点对三角形边的这种拓扑关系的建立是在执行洼地填充之前预先遍历有向边表中的所有边,把这些边按照其起始顶点存放在一个专门的二维动态数组容器。该容器是一种存储桶结构,参见图3,定义为一个与顶点个数等长的静态数组,数组中的每个元素包含一个表示顶点序号的整数和一个存放边的动态数组。
6.本发明方法的步骤(6)至步骤(8)用于完成下游累计值的统计。搜索每个当前顶点的下游顶点时,可以分单流向法和多流向法两种,参见图4和图5。多流向法是指所有比当前顶点高程低的邻域顶点都作为下游顶点。单流向法是指从所有比当前顶点高程低的邻域顶点中选择高程最低的像元作为下游顶点。
7.本发明步骤(8)得到的下游累计值隐含了作为河道的三角形边之间的水流拓扑关系,即水的流向是从累计值高的三角形向累计值低的三角形流动。可以将三角形各边按照该边起点的下游累计值绘制出来,用以查看本方法实施后的效果是否正确。

Claims (6)

1.一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在高程样本点集基础上构建Delaunay三角网模型;
(2)修正三角网,以确保高程最低的点对尽可能被连成三角形边;
(3)初始化一个按照高程升序排序、用于存放顶点的优先队列,将边界上所有顶点按照高程加入优先队列;
(4)如果优先队列不空,执行5步,否则进入第6步开始划分河道级别;
(5)从优先队列取出高程最小的顶点,将该顶点的高程作为当前水位;获取该顶点的所有未标记的邻接顶点,对每个找到的邻接顶点,如果其高程小于当前水位,其高程更改为当前水位值;将当前邻接顶点按照当前高程值加入优先队列;接着继续按同样的方法处理优先队列中的其它顶点;
(6)为每个顶点定义一个下游累计值,用以记录当前顶点出流的水所能流经的下游顶点总数,该值初始时设为0;
(7)逐个遍历所有顶点,每遍历到一个顶点V,就从该顶点V开始搜索属于该顶点下游的所有顶点,直至搜索至边界顶点为止,统计下游顶点个数赋值给顶点V的下游累计值;
(8)输出所有顶点的下游累计值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:构建好的Delaunay三角网用点数组、三角形表和有向边表的三表结构表示,其中有向边的信息采用在数组中的下标表示。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:从任意一个三角形开始,对其和与之相邻的三角形构成的凸角四边形区域,如果这两个三角形共享的两端点的高程之和大于另外两个不相连端点的高程之和,则交换对角线,生成相应的两个新三角形;采用递归方法,逐步扩散至整个三角网,直到所有的顶点连线都符合条件为止。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:建立优先队列时,按照顶点的高程值从小到大升序排列方式建立优先队列,高程低的顶点应优先排在队列的前面。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:借助于顶点与三角形边的拓扑关系来获取每个顶点的邻接顶点;顶点对三角形边的这种拓扑关系的建立是在执行洼地填充之前预先遍历有向边表中的所有边,把这些边按照其起始顶点存放在一个专门的二维动态数组容器;该容器是一种存储桶结构,定义为一个与顶点个数等长的静态数组,数组中的每个元素包含一个表示顶点序号的整数和一个存放边的动态数组。
6.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于:建立一个与顶点数长度相同的数组A,存放所有顶点的处理标记,设定标记值全部为0;所有被从优先队列中取出后且在A中标记不为1的顶点,其在A中的标记都要更新为1;凡是由邻域顶点通过三角形边的关联而被搜索到,且其高程值被更新为当前海平面水位值的顶点,其在A中的标记值应更新为2;这种标记为2的顶点需要被加入到优先队列中,等待后续的处理。
CN201410721851.5A 2014-12-03 2014-12-03 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法 Expired - Fee Related CN105303612B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410721851.5A CN105303612B (zh) 2014-12-03 2014-12-03 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410721851.5A CN105303612B (zh) 2014-12-03 2014-12-03 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105303612A true CN105303612A (zh) 2016-02-03
CN105303612B CN105303612B (zh) 2017-12-15

Family

ID=55200829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410721851.5A Expired - Fee Related CN105303612B (zh) 2014-12-03 2014-12-03 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105303612B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107677239A (zh) * 2017-10-12 2018-02-09 中煤航测遥感集团有限公司 静止水域处理方法及装置
CN109325084A (zh) * 2018-08-06 2019-02-12 青海中水数易信息科技有限责任公司 一种基于gis的河网图生成方法
CN110132260A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 南京大学 一种面向复杂地表空间的行人步行导航路径规划方法
CN110457771A (zh) * 2019-07-19 2019-11-15 河海大学 一种基于高程偏差传递的dem水流方向计算方法
WO2020232979A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 南京天辰礼达电子科技有限公司 一种三角网外边界的快速抽取方法
CN113360594A (zh) * 2021-07-05 2021-09-07 中煤航测遥感集团有限公司 基于数字高程模型的汇水区提取方法、装置、设备及介质
CN113688755A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 中国矿业大学(北京) 基于六边形格网的多流向流域特征提取方法
WO2023040057A1 (zh) * 2021-09-14 2023-03-23 威讯柏睿数据科技(北京)有限公司 一种获取指定顶点拓扑序列的方法和设备
CN115859855A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 河海大学 基于静水平衡原理的河网汇水域提取方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6694264B2 (en) * 2001-12-19 2004-02-17 Earth Science Associates, Inc. Method and system for creating irregular three-dimensional polygonal volume models in a three-dimensional geographic information system
CN102034002A (zh) * 2010-12-16 2011-04-27 南京大学 一种高分辨率的全分布式水文模型topx的设计方法
CN102682479A (zh) * 2012-04-13 2012-09-19 国家基础地理信息中心 一种在不规则三角网上进行三维地形特征点生成的方法
CN103677826A (zh) * 2013-12-09 2014-03-26 河海大学 基于IDL和Mapinfo的子流域划分与信息提取方法
CN103810489A (zh) * 2013-12-23 2014-05-21 西安电子科技大学 基于不规则三角网的LiDAR点云数据水上桥梁提取方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6694264B2 (en) * 2001-12-19 2004-02-17 Earth Science Associates, Inc. Method and system for creating irregular three-dimensional polygonal volume models in a three-dimensional geographic information system
CN102034002A (zh) * 2010-12-16 2011-04-27 南京大学 一种高分辨率的全分布式水文模型topx的设计方法
CN102682479A (zh) * 2012-04-13 2012-09-19 国家基础地理信息中心 一种在不规则三角网上进行三维地形特征点生成的方法
CN103677826A (zh) * 2013-12-09 2014-03-26 河海大学 基于IDL和Mapinfo的子流域划分与信息提取方法
CN103810489A (zh) * 2013-12-23 2014-05-21 西安电子科技大学 基于不规则三角网的LiDAR点云数据水上桥梁提取方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘永和等: "一种快速生成平面Delaunay三角网的横向扩张法", 《地球信息科学》 *
刘永和等: "一种简单快速的Delaunay三角网逐块生成算法", 《测绘科学》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107677239A (zh) * 2017-10-12 2018-02-09 中煤航测遥感集团有限公司 静止水域处理方法及装置
CN109325084A (zh) * 2018-08-06 2019-02-12 青海中水数易信息科技有限责任公司 一种基于gis的河网图生成方法
WO2020232979A1 (zh) * 2019-05-20 2020-11-26 南京天辰礼达电子科技有限公司 一种三角网外边界的快速抽取方法
CN110132260A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 南京大学 一种面向复杂地表空间的行人步行导航路径规划方法
CN110457771A (zh) * 2019-07-19 2019-11-15 河海大学 一种基于高程偏差传递的dem水流方向计算方法
CN110457771B (zh) * 2019-07-19 2022-09-23 河海大学 一种基于高程偏差传递的dem水流方向计算方法
CN113360594B (zh) * 2021-07-05 2023-09-26 中煤航测遥感集团有限公司 基于数字高程模型的汇水区提取方法、装置、设备及介质
CN113360594A (zh) * 2021-07-05 2021-09-07 中煤航测遥感集团有限公司 基于数字高程模型的汇水区提取方法、装置、设备及介质
CN113688755A (zh) * 2021-08-30 2021-11-23 中国矿业大学(北京) 基于六边形格网的多流向流域特征提取方法
CN113688755B (zh) * 2021-08-30 2023-08-08 中国矿业大学(北京) 基于六边形格网的多流向流域特征提取方法
WO2023040057A1 (zh) * 2021-09-14 2023-03-23 威讯柏睿数据科技(北京)有限公司 一种获取指定顶点拓扑序列的方法和设备
CN115859855A (zh) * 2022-12-02 2023-03-28 河海大学 基于静水平衡原理的河网汇水域提取方法
CN115859855B (zh) * 2022-12-02 2024-05-14 河海大学 基于静水平衡原理的河网汇水域提取方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105303612B (zh) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105303612A (zh) 一种基于不规则三角网模型的数字河网提取方法
US10147057B2 (en) Systems and methods for flood zone modeling
CN102902844A (zh) 基于大数据量dem数据的子流域划分方法
CN106981092B (zh) 基于Priority-Flood的内流流域提取方法
CN108959598B (zh) 基于gis的cad数据导入到swmm的方法
CN111858810B (zh) 一种面向道路dem构建的建模高程点筛选方法
CN108614915B (zh) 基于情景驱动的水文模型自由组建策略方法
CN109815611B (zh) 一种基于数字流域的流域边界生成方法
Rosim et al. TerraHidro: a distributed hydrology modelling system with high quality drainage extraction
CN103425801A (zh) 一种面向数字地球的数据融合方法和装置
Arge et al. I/O-efficient computation of water flow across a terrain
Wang et al. An integrated method for calculating DEM-based RUSLE LS
CN102136151B (zh) 一种光栅图像的矢量化方法
Mayorga et al. Estimating cell-to-cell land surface drainage paths from digital channel networks, with an application to the Amazon basin
CN112116709B (zh) 一种提高地形表达精度的地形特征线处理方法
CN104821015A (zh) 实物表面样点α-shape曲面拓扑重建方法
Niculiță A classification schema for structural landforms of the Moldavian platform (Romania)
CN115964855B (zh) 一种基于水工程及水文站的子流域划分方法
CN114648617A (zh) 一种基于数字高程模型dem的水系提取方法
CN113128009B (zh) 一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法
CN115841071A (zh) 基于水循环动态知识图谱的数字孪生流域场景建模方法
CN115131526A (zh) 一种自动化综合制图方法及系统
CN103458032A (zh) 一种空间数据访问规律动态统计及信息压缩的方法及系统
CN113379828A (zh) 一种融合地表形态特征的坡长提取方法
CN109102558B (zh) 一种基于非结构三角网的水流流线快速生成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171215

Termination date: 20201203