CN111681316B - 一种高精度河道地形插值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度河道地形插值方法，1，对被测量河道横断面类型进行分类，确定被测量河道纵向控制线个数；2，以被测量河道卫星影像作为底图把河道横断面控制线叠加上去，绘制河道纵向控制线；3，依据河道横断面高程数据插值出河道横断面线与纵向控制线的交点处的高程值，把纵向控制线插值成三维曲线；4，把河道横断面控制线转换为三维线，与插值好的三维纵向控制线一起生成三维地形模型的基础数据，采用Delauany方法进行三角网格剖分插值区域、并采用二维线性插值的方法确定三角网格顶点高程，进而生成所述三维地形模型。本发明充分挖掘了河道横断面信息的价值，提高了插值精度。

Description

一种高精度河道地形插值方法
技术领域
本发明涉及水利工程规划设计中应用的河流水动力模型，尤其是涉及一种高精度河道地形插值方法。
背景技术
随着数字模拟技术的发展，河流水动力模型在水利工程规划设计中的应用越来越广泛。在建立水动力模型时首先要对搜集来的资料进行概化处理，得到适合河流水动力模型计算的地形数据。河道地形测量的典型成果为河道横断面和若干条纵向控制线，若采用河道一维水动力模型进行河道水力要素的推求，可以直接输入河道横断面和中心控制线的原始测量成果。但是，如果要用二维水动力模型进行水力要素推求，则需要把测量成果插值成平面上均匀分布的高程点。目前，地形插值的方法很多，如《非连续河道地形插值方法的比选》(华祖林等，水利水电科技[J]，2016年，Vol.36 NO.3)一文中提到了三角网格法、反距离权重法和克里金法等三种方法，该文中对三种方法的插值结果进行了定性分析，得出克里金法具有较好的精度。著名的商业水动力计算软件如MIKE系列、SMS系列及HEC-RAS等软件均内置了地形插值方法。上述河道地形插值方法均是直接利用高程散点进行插值，由于直接利用高程散点进行插值，因此当仅有河道横断面数据时，插值效果无法达到精度要求，无法结合影像把关键信息融入到插值过程。
发明内容
本发明目的在于提供一种高精度河道地形插值方法，实现利用河道横断面数据并结合目前普遍容易获得的卫星遥感影像，解决在二维水动力计算中需要把河道横断面数据转为三维地形模型的问题。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述高精度河道地形插值方法，包括下述步骤：
步骤1，首先对被测量河道的横断面类型进行分类，据此确定所述被测量河道的纵向控制线个数；
步骤2，以被测量河道的卫星影像作为底图，把该河道横断面控制线叠加上去，并绘制步骤1所确定的河道纵向控制线；在绘制河道纵向控制线时，要依据影像资料准确分析纵向控制线的位置；由于实际被测量河道断面变化较大，所以纵向控制线通常为曲线；
步骤3，在确定好纵向控制线后，依据河道横断面高程数据，插值出河道横断面线与纵向控制线的交点处的高程值，进而把纵向控制线插值成三维曲线；
步骤4，依据被测量河道横断面高程数据，把所述河道横断面控制线转换为三维线，与插值好的三维纵向控制线一起生成三维地形模型的基础数据，最后采用Delauany方法进行三角网格剖分插值区域、并采用二维线性插值的方法确定所述三角网格顶点高程，进而生成所述三维地形模型；
步骤5，利用河道横断面控制线剖分生成好的三维地形模型，得到新的河道横断面数据，分别计算新的河道横断面数据不同高程处的河道宽度以及其湿周和水力半径，与原始河道横断面数据的宽度、湿周、水力半径对比，若误差不满足精度要求，则增加纵向控制线个数，重复2~5步，直到满足精度要求为止。
步骤2中，所述被测量河道的纵向控制线提取时，所使用的影响资料由卫星遥感获取、航拍或无人机航拍获取。
步骤3中，所述把纵向控制线插值成三维曲线所使用的方法为线性插值法、样条曲线插值法或反权距离插值法。
步骤1中，被测量河道的横断面类型分为U型横断面、V型横断面、梯形横断面和复式横断面。
对于所述V型断面，至少选取河道开口线和河底中心线三条作为所述的纵向控制线。
对于所述梯形断面，至少选取河道开口线和河底线四条作为所述的纵向控制线。
对于所述U型断面和复式断面，根据具体情况至少选取六条以上作为所述的纵向控制线。
本发明优点在于实现把河道横断面高程信息转化成河道关键纵向控制线上的高程信息，如弯曲的河底线、滩地外缘线和河道开口线等，大大提高了河道弯道处和横断面变化处的插值效果。与传统插值方法相比，本方法在没有河道实测带状地形图的情况下，利用河道横断面高程信息与卫星影像结合，充分挖掘了河道横断面信息的价值，提高了插值精度。同时，节省了为获得河道实测带状地形图而需要付出的人力、物力和实地测量时间。
附图说明
图1是实施例被测量河道的四条横断面控制线和一条河道中心线示意图。
图2是实施例被测量河道横断面控制线叠加在卫星影像底图上的示意图。
图3是实施例生成的被测量河道的三维地形模型示意图（七条纵向控制线）。
图4是实施例选择三条纵向控制线生成的被测量河道的三维地形模型示意图。
图5是实施例以现有的直接利用高程散点进行插值出的被测量河道的三维地形模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明所述高精度河道地形插值方法，包括下述步骤：
步骤1，首先对被测量河道的横断面类型进行分类，据此确定所述被测量河道的纵向控制线个数；
如图1所示，是本实施例被测量河道已有测量的四条横断面控制线和一条河道中心线；由于被测量河道的横断面类型是复式断面，因此选择七条纵向控制线，分别为：河道中心线、两条河底线、两条主河槽开口线、两条河道开口线。
步骤2，以被测量河道的卫星影像作为底图，把该河道横断面控制线叠加上去，并绘制步骤1所确定的七条河道纵向控制线，如图2所示。
在绘制河道纵向控制线时，要依据影像资料准确分析纵向控制线的位置；由于实际河道断面变化较大，所以七条纵向控制线为曲线。
步骤3，在确定好七条纵向控制线后，依据河道的四条横断面高程数据，采用线性插值法，插值出四条河道横断面线与七条纵向控制线的交点处的高程值，进而把七条纵向控制线插值成三维曲线。
步骤4，依据被测量河道四条横断面高程数据，把四条河道横断面控制线转换为三维线，与插值好的三维纵向控制线一起生成三维地形模型的基础数据，最后采用Delauany方法进行三角网格剖分插值区域、并采用二维线性插值的方法确定三角网格顶点高程，进而生成三维地形模型，如图3所示。
步骤5，利用河道横断面控制线剖分生成好的三维地形模型，得到新的河道横断面数据，分别计算新的河道横断面数据不同高程处的河道宽度以及其湿周和水力半径，与原始河道横断面数据的宽度、湿周、水力半径对比，若误差不满足设定的精度要求，则增加纵向控制线个数，重复2~5步，直到满足精度要求为止。
图4是本实施例的被测量河道采用三条纵向控制线插值出的三维地形模型，可以看出，其精度低于如图3所示的七条纵向控制线插值出的三维地形模型。
图5是以现有的直接利用高程散点进行插值出的三维地形模型，其精度远远低于本发明方法插值出的三维地形模型。

Claims (3)

1.一种高精度河道地形插值方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，首先对被测量河道的横断面类型进行分类，据此确定所述被测量河道的纵向控制线个数；所述被测量河道的横断面类型分为U型横断面、V型横断面、梯形横断面和复式横断面：对于所述V型断面，至少选取河道开口线和河底中心线三条作为所述的纵向控制线；对于所述梯形断面，至少选取河道开口线和河底线四条作为所述的纵向控制线；对于所述U型断面和复式断面，根据具体情况至少选取六条作为所述的纵向控制线；
步骤2，以被测量河道的卫星影像作为底图，把该河道横断面控制线叠加上去，并绘制步骤1所确定的河道纵向控制线；在绘制河道纵向控制线时，要依据影像资料准确分析纵向控制线的位置；
步骤3，在确定好纵向控制线后，依据河道横断面高程数据，插值出河道横断面线与纵向控制线的交点处的高程值，进而把纵向控制线插值成三维曲线；
步骤4，依据被测量河道横断面高程数据，把所述河道横断面控制线转换为三维线，与插值好的三维纵向控制线一起生成三维地形模型的基础数据，最后采用Delauany方法进行三角网格剖分插值区域、并采用二维线性插值的方法确定所述三角网格顶点高程，进而生成所述三维地形模型；
步骤5，利用河道横断面控制线剖分生成好的三维地形模型，得到新的河道横断面数据，分别计算新的河道横断面数据不同高程处的河道宽度以及其湿周和水力半径，与原始河道横断面数据的宽度、湿周、水力半径对比，若误差不满足精度要求，则增加纵向控制线个数，重复2~5步，直到满足精度要求为止。
2.根据权利要求1所述的一种高精度河道地形插值方法，其特征在于：步骤2中，所述被测量河道的纵向控制线提取时，所使用的影响资料由卫星遥感获取、航拍或无人机航拍获取。
3.根据权利要求1所述的一种高精度河道地形插值方法，其特征在于：步骤3中，所述把纵向控制线插值成三维曲线所使用的方法为线性插值法、样条曲线插值法或反权距离插值法。
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