CN108876872A - 一种基于断面要素的断面插值方法及装置 - Google Patents

一种基于断面要素的断面插值方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于断面要素的断面插值方法及装置，包括如下步骤：计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素；计算待插值断面的河底高程和断面高度；计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深；计算待插值断面水深对应的断面要素；输出结果。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明本发明步骤简洁，无需计算待插值断面的断面形态，即可直接算出待插值断面的断面要素，用于数值模拟计算，省略了中间步骤，大大节省了程序开发的代码量和计算机运行程序的计算量。

Description

一种基于断面要素的断面插值方法及装置
技术领域
本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种基于断面要素的断面插值方法及装置。
背景技术
测绘专业人员在对河流断面进行大断面测量时，测量间距多超过1km，间距大者甚至超过10km。但是对于数值模拟计算来说，过大的计算间距极易导致计算过程不收敛。因此数值模拟计算的断面间距多小于1km。而对应的解决方法则是进行断面插值，即通过插值算法，由上下游的断面形态插值出处于这两个断面中间位置断面的断面形态。
但是，数值模拟计算时，所需的是断面形态所对应的断面要素，如湿周、断面宽度、河底高程等，而非断面形态本身。现有技术在断面插值时，普遍采用先插值出断面形态，然后再计算对应的断面要素的方法，这无疑会给程序开发人员增加代码量，程序运行时也会无谓地消耗计算机的计算能力。
鉴于此，本发明提出一种基于断面要素的断面插值方法及装置，即在断面插值时，无需插值断面形态，直接插值断面要素，实现在插值断面上进行数值模拟计算的断面插值方法。
发明内容
为解决背景技术中断面插值的代码量和计算量庞大的问题，本发明提供了一种基于断面要素的断面插值方法，具体技术方案如下。
一种基于断面要素的断面插值方法，包括如下步骤：
步骤一：根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
步骤二：根据断面距离以及上、下游断面各水深对应的河底高程、断面高度，计算待插值断面各水深对应的的河底高程和断面高度；
步骤三，根据断面高度以及待插值断面水深，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深；
步骤四，根据断面距离，上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度，以及待插值断面水深对应的上、下游断面的断面水深，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
步骤五，输出待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
其中，
步骤一中所述的待插值断面上、下游断面的起点距和高程，为已知的实测数据；所述待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素以及河底高程、断面高度的计算，是基于在先进行的断面要素的数值计算结果；
步骤三中所述的待插值断面水深，为已知的实测数据；
步骤二和步骤四中所述断面距离，为待插值断面至上游断面的断面距离以及待插值断面至下游断面的断面距离，为已知的实测数据；
所述根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度，断面水深的计算方法，以及线性插值算法，均为现有算法。(参考文献：周雪漪.计算水力学[M].清华大学出版社,1995.)
优选地，所述断面要素选自湿周、过水面积、断面宽度和流量模数中的至少一个。
优选地，所述步骤二中，以断面距离为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面的河底高程和断面高度。
优选地，所述步骤三中，以断面高度为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深。
优选地，所述步骤四中，以断面距离为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
本发明还提供一种基于断面要素的断面插值装置，包括周边断面要素计算模块、断面高度计算模块、周边断面水深计算模块、断面要素计算模块和结果输出模块；
包括周边断面要素计算模块、断面高度计算模块、周边断面水深计算模块、断面要素计算模块和结果输出模块；
所述周边断面要素计算模块用于根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
所述断面高度计算模块用于根据断面距离以及上、下游断面各水深对应的河底高程、断面高度，计算待插值断面各水深对应的的河底高程和断面高度；
所述周边断面水深计算模块用于根据断面高度以及待插值断面水深，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深；
所述断面要素计算模块用于根据断面距离，上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度，以及待插值断面水深对应的上、下游断面的断面水深，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
所述结果输出模块用于输出待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
其中，所述待插值断面上、下游断面的起点距和高程，为已知的实测数据；所述待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素以及河底高程、断面高度的计算，是基于在先进行的断面要素的数值计算结果；
所述待插值断面水深，为已知的实测数据；
所述断面距离，为待插值断面至上游断面的断面距离以及待插值断面至下游断面的断面距离，为已知的实测数据；
所述根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素以及河底高程、断面高度的计算方法，以及线性插值算法，均为现有算法。(参考文献：周雪漪.计算水力学[M].清华大学出版社,1995.)
本发明在断面插值时，无需插值断面形态，直接插值断面要素，实现在插值断面上进行数值模拟计算的断面插值。
优选地，所述断面要素选自湿周、过水面积、断面宽度和流量模数中的至少一个。
所述断面要素选取的具体内容，根据用户需求不同而不同，例如用户需求的是待插值断面水深对应的断面宽度，则计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面宽度。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明步骤简洁，无需计算待插值断面的断面形态，即可直接算出待插值断面的断面要素，用于数值模拟计算，省略了中间步骤，大大节省了程序开发的代码量和计算机运行程序的计算量。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明待插值断面上游河道断面图；
图3为本发明待插值断面下游河道断面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1和图2，一种基于断面要素的断面插值方法及装置，实施步骤如下：
步骤1，分别计算待插值断面DMi的上游断面DMi-1各水深对应的断面要素如湿周Xi-1、过水面积Ai-1、断面宽度Bi-1、流量模数Ki-1等(表1)；和下游断面DMi+1各水深对应的断面要素如湿周Xi+1、过水面积Ai+1、断面宽度Bi+1、流量模数Ki+1等(表2)；上、下游断面高度分别10m和9.5m，河底高程分别为99.875m和74.91m，断面间隔距离为14252m。
表1上游断面DMi-1各水深对应的断面要素
高程 河宽 湿周 过水面积 动量校正系数 流量模数
100.375 54.72023 54.76713 19.83415 1 554.6768
100.875 63.42035 63.52456 49.3693 1 612.3331
101.375 69.87192 70.06262 82.96302 1 653.6584
101.875 74.22922 74.53374 118.9883 1 681.1801
102.375 78.58656 79.00487 157.1922 1 708.1564
102.875 82.94388 83.47599 197.5748 1 734.6284
103.375 85.06381 86.10263 239.588 1 749.9591
103.875 87.13808 88.69161 282.6384 1 764.9182
104.375 89.21234 91.28061 326.726 1 779.7325
104.875 90.21568 93.01379 371.7062 1 789.5717
105.375 90.30668 94.01794 416.8368 1 795.2441
105.875 90.39767 95.02209 462.0129 1 800.8964
106.375 90.48866 96.02624 507.2344 1 806.5289
106.875 90.57969 97.03039 552.5015 1 812.1417
107.375 90.67066 98.03453 597.8141 1 817.7352
107.875 90.76167 99.03868 643.1722 1 823.3096
108.375 90.85267 100.0428 688.5757 1 828.8653
108.875 90.94367 101.047 734.0249 1 834.4024
109.375 91.03466 102.0511 779.5194 1 839.9211
109.875 91.12565 103.0553 825.0594 1 845.4218
110.375 113.7647 126.391 874.2987 1 968.6586
表2下游断面DMi+1各水深对应的断面要素
高程 河宽 湿周 过水面积 动量校正系数 流量模数
75.66000366 46.5315094 46.86104584 24.30627823 1 499.6775818
76.41000366 70.36608887 70.99201202 68.38263702 1 659.4263306
76.66000366 72.65287781 73.36802673 86.54585266 1 673.9803467
77.41000366 79.51324463 80.49609375 143.3222961 1 717.0396729
77.66000366 81.8000412 82.87211609 163.7723236 1 731.0144043
78.41000366 94.00286865 95.32509613 228.5577545 1 802.5981445
78.66000366 101.9528809 103.3520584 254.0098267 1 846.4755859
79.41000366 120.8742981 122.5007248 338.1239319 1 948.6785889
79.66000366 121.2671585 122.9663849 368.4407043 1 951.0796509
80.41000366 125.7812653 127.7080002 460.3811035 1 975.3759766
80.66000366 125.9375153 128.0028076 491.865448 1 976.8759155
81.41000366 127.7848969 130.1408997 586.7596436 1 987.7246094
81.66000366 128.020752 130.4845886 618.7648315 1 989.4620972
82.41000366 152.91539 155.7221375 717.7915039 1 1113.252197
82.66000366 153.5339966 156.3907471 756.1893311 1 1116.434204
83.41000366 155.2052612 158.2247009 871.9265747 1 1125.147583
83.66000366 155.9339447 158.999939 910.876709 1 1128.816895
84.41000366 158.9056091 162.0732117 1028.718872 1 1143.319092
84.66000366 159.8340454 163.0513916 1068.715942 1 1147.910156
75.66000366 46.5315094 46.86104584 24.30627823 1 499.6775818
步骤2，以断面距离为权重(距上游断面距离为3563m)，采用线性插值算法计算待插值断面DMi的河底高程Btmi为87.39m和断面高度DMHi为9.62m。
步骤3，以断面高度为权重，通过待插值断面水深hi计算上游断面DMi-1对应的水深hi-1和下游断面DMi+1对应的水深hi+1；
步骤4，以断面距离为权重，采用线性插值算法计算带插值断面水深hi对应的断面要素如湿周Xi、过水面积Ai、断面宽度Bi、流量模数Ki等；
步骤3和步骤4的计算结果见表3。
表3插值断面DMi各水深对应的断面要素
步骤5，输出结果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于断面要素的断面插值方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
步骤二：根据断面距离以及上、下游断面各水深对应的河底高程、断面高度，计算待插值断面各水深对应的河底高程和断面高度；
步骤三，根据断面高度以及待插值断面水深，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深；
步骤四，根据断面距离，上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度，以及待插值断面水深对应的上、下游断面的断面水深，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
步骤五，输出待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
2.根据权利要求1所述的基于断面要素的断面插值方法，其特征在于：所述断面要素选自湿周、过水面积、断面宽度和流量模数中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的基于断面要素的断面插值方法，其特征在于：所述步骤二中，以断面距离为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面的河底高程和断面高度。
4.根据权利要求1或2所述的基于断面要素的断面插值方法，其特征在于：所述步骤三中，以断面高度为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深。
5.根据权利要求1或2所述的基于断面要素的断面插值方法，其特征在于：所述步骤四中，以断面距离为权重，采用线性插值算法，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
6.一种基于断面要素的断面插值装置，其特征在于：包括周边断面要素计算模块、断面高度计算模块、周边断面水深计算模块、断面要素计算模块和结果输出模块；
所述周边断面要素计算模块用于根据待插值断面上、下游断面的起点距和高程，计算待插值断面的上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
所述断面高度计算模块用于根据断面距离以及上、下游断面各水深对应的河底高程、断面高度，计算待插值断面各水深对应的的河底高程和断面高度；
所述周边断面水深计算模块用于根据断面高度以及待插值断面水深，计算待插值断面水深对应的上、下游断面水深；
所述断面要素计算模块用于根据断面距离，上、下游断面各水深对应的断面要素、河底高程和断面高度，以及待插值断面水深对应的上、下游断面的断面水深，计算待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度；
所述结果输出模块用于输出待插值断面水深对应的断面要素、河底高程和断面高度。
7.根据权利要求6所述的基于断面要素的断面插值装置，其特征在于：所述断面要素选自湿周、过水面积、断面宽度和流量模数中的至少一个。
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