CN109960838B - 一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，属于水利工程领域，该方法由河道实测断面数据结合高分辨率遥感影像或已有河道矢量数据，提取反映河流基本特征的左、右岸(堤)线和河道深泓线，通过加密河道的左、右岸(堤)线和深泓线之间的中间线，并与河道实测断面线相交，形成河道定向插值线段，进一步定向插值生成反映河流三线基本特征的河道高程点，从而实现河道地形自动生成。该方法可以极大减少河道地形人工测量的人力、物力、财力的投入，同时生成的河道地形亦能充分体现河流的三线基本特征，保证了生成河道地形的科学性和准确性，从而提高水利工程应用中的设计、计算和分析的准确性，提高了行业应用的效率和效益。

Description

一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法。

背景技术

河道地形特别是河道水下地形在一般的测绘数据中都不提供，而河道地形数据往往是进行洪水、泥沙运移动、污染物扩散等水利分析计算的基础。为了获取较好的河道水下地形数据，常规的方法是进行尽可能多的河道断面测量，或直接密布测量点，使测量点均匀分布河道，再进行常规插值计算得到河道地形，但这种方法往往要耗费较多的人力和财力。

近年来国内外也有相关公司和单位开展了河道地形的研究开发工作，较典型的是河海大学(CN104537717A)、泰瑞数创科技(北京)有限公司(CN103425856A)以及美国陆军工程师兵团在HecRAS洪水分析软件中采用的直接断面插值方法等。河海大学在CN104537717A专利公开的技术中仅仅涉及河道地形专题地图的制作方法，河道水下地形的高程点和等高线数据是通过实测获取，没有涉及河道水下地形的自动生成技术，需要耗费大量的人力财力去开展河道水下地形的测量。泰瑞数创科技(北京)有限公司在CN103425856A专利公开的技术中，采用了河道的矢量边界线作为河道地形生成的边界范围，沿河道方向生成插值网格，再用克里金插值算法将每两个固定断面中的格网点插值出高度值，最后将所有被赋上高度值的格网数据后生成通用的河道地形数据文件，这种方法保证了生成的河道地形按河道走势分布，但不能保证河道地形的准确性，特别没有考虑河道水下地形中存在深泓的主要特征。美国陆军工程师兵团在HecRAS洪水分析软件中采用的直接断面插值方法仅仅采用两个实测断面直线相连进行插值，这种方法可以一定程度上反映河道的深泓特征，但不能与真实河道弯曲地形的形态相匹配。

由此可见，上述现有的河道地形生成方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何创设一种能够较科学、真实反映河道地形的自动生成方法，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能体现河流三线基本特征的河道地形自动生成方法，以便较科学、真实反映河道水下地形。

为解决上上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，包括如下步骤：

S1:提取河道实测断面数据的左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点，并将左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点分别连成河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线；

S2：在河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线之间加密沿河道弯曲地形的中间线，确定河道定向插值线；

S3：由河道定向插值线与河道实测断面相交，生成河道定向插值线段，并得到定向插值线段两端点的高程；

S4：由河道定向插值线段及两端点的高程，生成河道插值线段上插值点的高程，形成河道定向插值线段高程点；

S5：由河道定向插值线段高程点和实测断面数据点一起形成能反映河道基本特征和弯曲走势的河道地形高程点，进而生成河道地形数字高程模型或河道地形等值线。

进一步地，所述S1中，在将左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点分别连成河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线时，以高分辨率的遥感影像作参考背景进行连线。

进一步地，所述S1中，在将左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点分别连成河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线时，结合已有河道矢量数据进行连线。

进一步地，所述S2、S3中的河道定向插值线包括加密中间线、左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线。

进一步地，所述S3中，插值线段两端点的高程通过实测断面数据线性插值计算得到。

进一步地，所述S4中，由河道定向插值线段及两端点的高程，通过线段距离的线性插值，生成河道插值线段上插值点的高程。

进一步地，所述线段距离为1m或5m等，即每隔1m或5m等进行线性插值。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明的河道地形生成方法充分利用了河道实测断面数据的准确性和河道具有左、右岸(堤)线和深泓线的特点，通过生成与河流特征线相一致的插值线进行河道地形高程的定向插值，实现河道地形的准确自动生成。

2、本发明在提取左、右岸(堤)线和深泓线的时候，利用高分辨率遥感影像或已有河道矢量数据，使河道特征线提取更为精准，为后续中间线的加密提供了有效的参考。

3、本发明中的高程点采用线性插值方法确定，计算简单方便，在提高计算效率的同时也保证了计算结果的准确性。

4、本发明方法克服了以往一些河道地形生成方法中不能真实准确反映河流岸(堤)线、深泓线以及河道弯曲走势等方面的缺点，生成的河道地形更为科学和准确，有利于提高水利工程应用中的设计、计算和分析的准确性，同时可以极大减少河道水下地形测量的人力、物力和财力的投入，具有极大的经济和社会效益。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例中河道地形自动生成流程图；

图2为本发明实施例中的河道地形高程定向插值方法原理图；

图3为已有实测断面数据的我国东北的某一河段示意图；

图4为依据遥感影像连接图3所示河道断面数据的河道左、右岸(堤)点及深泓点形成河道左右岸(堤)线及深泓线示意图；

图5为由图4中河道左右岸(堤)线及深泓线通过两次中间线生成的插值线示意图；

图6是由图5中插值线定向插值(5m)生成的高程点以及断面实测高程点示意图；

图7是由图6得到的河道高程点生成的河道地形(DEM)。

具体实施方式

本发明河道地形自动生成方法，其构思原理是：利用河流一般具有堤岸和深泓的特点，将河流关键部位少数断面的实测断面点的河流左岸(堤)点、右岸(堤)点、和河道深泓点连线，形成刻画河道主要地形特征沿河道纵向分布的三条特征线。在河道三特征线基础上，通过绘制中间线，不断加密三特征线之间的中间线，并与河道实测断面相交，形成河道定向插值线段，进一步定向插值生成反映河流三线基本特征的河道高程点，从而实现河道地形自动生成。

具体如图1所示，河道地形自动生成方法包括如下步骤:

S1:提取河道实测断面数据的左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点，并将左岸(堤)点、右岸(堤)点和深泓点分别连成河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线；

S2：在河道左岸(堤)线、右岸(堤)线和深泓线之间分别加密沿河道弯曲地形的中间线，确定河道定向插值线；

S3：由河道定向插值线与河道实测断面相交，生成河道定向插值线段，并得到定向插值线段两端点的高程；

S4：由河道定向插值线段及两端点的高程，生成河道插值线段上插值点的高程，形成河道定向插值线段高程点；

S5：由河道定向插值线段高程点和实测断面数据点(有实测高程)一起形成能反映河道基本特征和弯曲走势的河道地形高程点，进而生成河道地形数字高程模型或河道地形等值线。

上述S1中，将河道实测断面点数据连成断面线，并提取河道实测断面数据的左岸(堤)点、右岸(堤)点和河道深泓点；沿河道堤防走势将实测断面数据的左岸(堤)点、右岸(堤)点连成河道左岸(堤)线、河道右岸(堤)线，沿河道水体走势，将实测断面数据的河道深泓点连成河道深泓线，连线时为准确反映河道自然弯曲特点，采用具有高精度坐标高分辨的遥感影像作背景或直接采用有实测河道岸(堤)线和河道深泓线位置的数据(已有河道矢量数据)。

上述S2中，在河道三特征线基础上，通过绘制中间线，不断加密三特征线之间的中间线(加密多少条中间线，由具体要求精度确定)，三特征线与中间线一起组成整个河道地形定向插值计算的插值线骨架。

上述S3中，相交于两河道断面之间的每条插值线段的起点和终点高程由实测河道断面数据实测点高程的线性插值得到；

上述S4中，沿每条插值线段每隔一定距离(如1m、5m等，距离多大，由具体要求精度确定)进行河道地形高程点插值，插值点的高程由插值线段起点和终点高程线性插值得到，插值计算原理如图2所示。

所有插值线段插值计算完后即可得到能反映河岸(堤)、河道深泓、河道弯曲走向均匀分布的高程点，由该高程点数据即可生成能准确反映河道地形的河道地形数字高程模型(DEM)或河道地形等值线等。

下面结合实例对本发明进一步说明：

如图3为我国东北的某一河段，已测几个河道实测断面点数据，要生成体现该河段三线基本特征的河道地形，步骤如下：

(1)首先结合遥感图像连接每个断面的左岸(堤)点、右岸(堤)点、深泓点等，得到该河段的左岸(堤)线、右岸(堤)线、深泓线，如图4。

(2)生成右岸(堤)线与深泓线、左岸(堤)线与深泓线之间的中间插值线，中间插值线越多越好，如图5。

(3)中间插值线与断面生成交点，按线性插值，求得交点处的断面高程值，每一条中间线在两个断面之间的两个交点沿中间插值线按一定距离(这里取5m)进行距离线性插值每个点的高程。得到沿插值线均匀分布的插值高程点，如图6。

(4)利用该插值高程点结合已有断面点即可生成完全体现河道左、右岸(堤)及河道深弘，并包括了河道水下地形的河道地形数据(DEM)，如图7。

本发明的河道地形自动生成方法，结合河道断面实测数据、河道地形的自然弯曲走势，采用定向插值方法，实现河道地形的自动生成，完全体现河流的三线特征(左、右岸(堤)线、深泓线)，提高河道地形生成的科学性和准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:提取河道实测断面数据的左岸点、右岸点和深泓点，并将左岸点、右岸点和深泓点分别连成河道左岸线、右岸线和深泓线；

在将左岸点、右岸点和深泓点分别连成河道左岸线、右岸线和深泓线时，以高分辨率的遥感影像作参考背景进行连线或结合已有河道矢量数据进行连线；

S2：在河道左岸线、右岸线和深泓线之间加密沿河道弯曲地形的中间线，确定河道定向插值线；

S3：由河道定向插值线与河道实测断面相交，生成河道定向插值线段，并得到定向插值线段两端点的高程；

S4：由河道定向插值线段及两端点的高程，通过线段距离的线性插值，生成河道插值线段上插值点的高程，形成河道定向插值线段高程点；

S5：由河道定向插值线段高程点和实测断面数据点一起形成能反映河道基本特征和弯曲走势的河道地形高程点，进而生成河道地形数字高程模型或河道地形等值线。

2.根据权利要求1所述的体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，其特征在于，所述S2、S3中的河道定向插值线包括加密中间线、左岸线、右岸线和深泓线。

3.根据权利要求1所述的体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，其特征在于，所述S3中，插值线段两端点的高程通过实测断面数据线性插值计算得到。

4.根据权利要求1所述的体现河流基本特征的河道地形自动生成方法，其特征在于，所述线段距离为1m或5m，即每隔1m或5m进行线性插值。

Images