CN114818228B - 基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN114818228B CN202210754548.XA CN202210754548A CN114818228B CN 114818228 B CN114818228 B CN 114818228B CN 202210754548 A CN202210754548 A CN 202210754548A CN 114818228 B CN114818228 B CN 114818228B
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Abstract

本发明涉及坡面河网汇流耦合模拟技术领域，公开了一种基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质。其中，该方法包括：获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据；对地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型；对河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型；基于地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。通过实施本发明，无需明确地表与河网之间的具体边界位置，亦无需地表的二维网格与河道一一对应，简化了拓扑结构，提高了耦合计算效率，避免因未考虑河道的相关信息而影响汇流耦合计算，提高了汇流耦合计算的准确率。

Description

基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及坡面河网汇流耦合模拟技术领域，具体涉及一种基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
现实工程中普遍存在平原区域的河网区地表坡面二维汇流和河网一维汇流的耦合计算问题，现有的耦合计算方法主要有固定节点耦合方法和非结构网格边界对应耦合方法。非结构网格边界对应方法在坡面和河道边界处设置边界，在边界处对坡面二维单元和河道一维单元进行汇流耦合，其需要划分的网格数较多，且需要河道网格节点与地表网格节点一一对应，网格拓扑关系复杂，影响了计算效率；尽管固定节点耦合方法的拓扑结构以及计算方式比较简单，但其通常仅考虑坡面二维汇流区域流向河网区域的单向交换，忽略了河道存在的漫堤情况。因此如何快速准确地实现地表坡面二维汇流和河网一维汇流的耦合成为亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法、装置、设备及存储介质，以解决地表坡面二维汇流和河网一维汇流的耦合计算效率较低以及考虑不全面而影响耦合准确率的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法，包括：获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据；对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型；对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型；基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过对地表地理数据和河网地理数据进行离散化处理，生成地表二维网格模型和河网一维线段模型，继而根据二维网格模型与一维线段模型的重合关系，确定地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合位置以及非重合位置，进而对重合位置进行汇流的耦合计算。该方法无需明确地表与河网之间的具体边界位置，亦无需地表的二维网格与河道一一对应，简化了拓扑结构，提高了耦合计算效率，同时充分考虑了河网地理数据与地表地理数据进行离散化处理，能够避免因未考虑河道的相关信息而影响汇流耦合计算，提高了汇流耦合计算的准确率。
结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算，包括：获取地表二维网格所处的第一坐标位置以及河网一维线段所处的第二坐标位置；判断所述第一坐标位置与所述第二坐标位置是否重合；当所述第一坐标位置与所述第二坐标位置重合时，计算地表与河网之间的交换水量；基于所述交换水量与二维圣维南方程计算地表汇流，并基于所述交换水量与一维圣维南方程计算河网汇流。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，对地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合位置进行交换水量的计算，同时考虑到地表向河网的交换水量以及河网向地表的交换水量。通过地表与河网之间的双向交换水量对重合位置处的河网汇流和地表汇流进行计算，由此保证了汇流耦合计算的准确率。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第二实施方式中，所述计算地表与河网之间的交换水量，包括：获取所述河网一维线段的河道水位信息以及各个所述地表二维网格的网格水位信息；判断所述河道水位信息与所述网格水位信息是否满足交换条件；当所述河道水位信息与所述网格水位信息满足所述交换条件时，采用堰流公式计算所述交换水量。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，在计算交换水量时，通过各个地表二维网格的水位信息以确定当前是否需要计算交换水量，若无需计算，则直接计算地表汇流与河网汇流即可，减少了计算步骤。当满足交换条件时，表示地表与河网之间存在水量交换，此时根据水流流向以及堰流公式计算两者之间的交换水量，以便根据交换水量确定后续的地表汇流，保证地表汇流计算的准确度。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算，还包括：当所述第一坐标位置与所述第二坐标位置不重合时，通过二维圣维南方程计算地表汇流，并通过一维圣维南方程计算河网汇流。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，在地表与河道之间不存在重合时，直接通过二维圣维南方程计算地表汇流，通过一维圣维南方程计算河网汇流即可，提高了汇流耦合的计算效率。
结合第一方面，在第一方面的第四实施方式中，所述对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型，包括：对所述地表地理数据所对应的地表区域进行网格离散化，得到多个二维网格；根据第一预设编码方式对所述多个二维网格进行编码处理，得到地表二维网格的第一编码信息；基于所述编码信息，构建与各个所述二维网格相对应的第一参数矩阵；将各个搭载所述第一参数矩阵的二维网格确定为所述地表二维网格模型。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过地表地理数据对其所处区域进行网格离散化，并对其进行编码以将各个二维网格的水力参数与二维网格进行对应，由此保证构建的地表二维网格模型能够最大程度地模拟地表数据，便于计算地表汇流。
结合第一方面第四实施方式，在第一方面的第五实施方式中，所述对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型，包括：对所述河网地理数据所对应的河道区域进行线段离散化，得到多条河道一维线段；根据所述第一预设编码方式对所述河道一维线段进行编码处理，得到所述河道一维线段的第二编码信息；基于所述第二编码信息与所述河网地理数据，确定河道相对应的河段属性信息；将搭载所述河段属性信息的河道一维线段确定为所述河网一维线段模型。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过河网地理数据对其所处河道区域进行线段离散化，并根据地表二维网格的编码方式对其进行编码，便于将河网一维线段模型与地表二维网格模型进行叠加，以确定河网与地表之间的重合位置，便于后续的水量交换计算。
结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第六实施方式中，所述方法还包括：基于所述河网地理数据对河道进行分段处理，得到多个河道子线段；根据第二预设编码方式对所述河道子线段进行编码，得到河道分段编码信息，所述河道分段编码信息包括河道的上下游关系；基于所述河道分段编码信息，构建与各个所述河道子线段相对应的第二参数矩阵；将各个搭载所述第二参数矩阵的河道子线段确定为河网计算模型。
本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过河网地理数据对河道进行分段，并对河道分段进行编码以能够确定河道上下游关系，继而将水力参数与各河道分段进行对应，由此保证构建的河网计算模型能够最大程度的模拟河网数据，便于计算河网汇流。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于结构网格的汇流耦合装置，包括：获取模块，用于获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据；第一处理模块，用于对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型；第二处理模块，用于对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型；耦合模块，用于基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或第一方面任一实施方式所述的基于结构网格的汇流耦合方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行第一方面或第一方面任一实施方式所述的基于结构网格的汇流耦合方法。
需要说明的是，本发明实施例提供的基于结构网格的汇流耦合装置、电子设备以及计算机可读存储介质的相应有益效果，请参见基于结构网格的汇流耦合方法中相应内容的描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的另一流程图；
图3是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的又一流程图；
图4是根据本发明实施例的地表二维网格与河道线段的示意图；
图5是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合装置的结构框图；
图6是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例，提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法，可用于电子设备，如电脑、平板电脑、服务器等，图1是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
S11，获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据。
目标区域为地表坡面汇流与河网汇流的待耦合区域，地表地理数据用于表征地表坡面的地理属性，河网地理数据用于表征河网的地理属性。地表地理数据以及河网地理数据可以通过设置在目前区域的地理采集设备实时获取或定时获取，地理采集设备可以将其采集到的地表地理数据以及河网地理数据传输至电子设备，电子设备则可以对该地表地理数据和河网地理数据进行存储和获取。当然，电子设备还可以通过查询地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中的数据库，从中获取到目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据。此处对地表地理数据以及河网地理数据的获取方式不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行确定。
S12，对地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型。
电子设备对其获取到的地表地理数据进行离散化处理，将坡面区域切分为规则的网格单元，并对每个网格单元对应的水文、水力等属性参数进行赋值，使得每个网格单元都有能够表示其地理特征的元素值，该搭载地理特征元素值的各个网格单元即为电子设备所构建得到的地表二维网格模型。
S13，对河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型。
电子设备对其获取到的河网地理数据进行离散化处理，将河网区域抽象为线段单元，并对每条线段单元对应的水文、水力等属性参数进行赋值，使得每条线段单元都有能够表示其地理特征的元素值，该搭载地理特征元素值的每条线段单元即为电子设备所构建得到的河网一维线段模型。
S14，基于地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。
电子设备按照同样的坐标系或同样的编码方式对地表二维网格模型中的网格单元以及线段单元进行位置标定，通过比对网格单元所处位置以及线段单元所处位置，即可确定出二维网格与一维线段之间的重合位置，由此即可确定出地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，进而根据地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系对坡面与河道的交界区进行汇流耦合，对于未交界区则可以直接计算地表汇流与河网汇流。
本实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过对地表地理数据和河网地理数据进行离散化处理，生成地表二维网格模型和河网一维线段模型，继而根据二维网格模型与一维线段模型的重合关系，确定地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合位置以及非重合位置，进而对重合位置进行汇流的耦合计算。该方法无需明确地表与河网之间的具体边界位置，亦无需地表的二维网格与河道一一对应，简化了拓扑结构，提高了耦合计算效率，同时充分考虑了河网地理数据与地表地理数据进行离散化处理，能够避免因未考虑河道的相关信息而影响汇流耦合计算，提高了汇流耦合计算的准确率。
在本实施例中提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法，可用于电子设备，如电脑、平板电脑、服务器等，图2是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
S21，获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
S22，对地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
S23，对河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
S24，基于地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。
可选地，上述步骤S24可以包括：
S241，获取地表二维网格所处的第一坐标位置以及河网一维线段所处的第二坐标位置。
电子设备通过同一坐标系对个二维网络单元的角点坐标进行确定，例如以左下角为原点（0,0），原点正右方为（1,0），原点正上方为（0, 1）依次类推，则可以确定出各个网格单元的坐标位置，即第一坐标位置。
同理，电子设备根据河网地理数据与地表地理数据之间的地理位置关系，则可以确定出一维线段与二维网格之间的相对位置，按照同一坐标系即可对一维线段中各个点所处的坐标位置，即第二坐标位置。
S242，判断第一坐标位置与第二坐标位置是否重合。
电子设备对第一坐标位置与第二坐标位置进行比较，以确定第一坐标位置与第二坐标位置是否重合。当第一坐标位置与第二坐标位置重合时，执行步骤S243，当第一坐标位置与第二坐标位置不重合时，执行步骤S245。
S243，计算地表与河网之间的交换水量。
交换水量为地表与河网之间的水流交换量，该交换水量包括地表坡面流向河道的水流量以及河道流向地表坡面的水流量。当第一坐标位置与第二坐标位置重合时，表示地表坡面与河道存在水流交换，即该二维网格是与河道交汇的边界网格，此时电子设备可以根据地表坡面的水力特性与河道的水力特性对两者之间的水流交换进行计算，即地表与河网之间的水流交换量。
具体地，上述步骤S243可以包括：
（1）获取河网一维线段的河道水位信息以及各个地表二维网格的网格水位信息。
网格水位信息二维网格单元的水位值，河道水位信息为与网格单元对应位置的河道水位值。
具体地，电子设备可以通过查询GIS中的数据库以获取河道的水文特性和地表坡面的水文特性，继而通过分析该水文特性确定出河道水位信息以及网格水位信息。
具体地，水位信息还可以由水位测量设备将其采集到水位信息传输至电子设备，电子设备则可以获取到河道水位信息以及各个地表二维网格的网格水位信息。
具体地，水位信息还可以由技术人员上传，相应地，电子设备则可以响应该上传操作，获取到技术人员上传的河道水位信息以及网格水位信息。当然还可以通过其他方式获取河道水位信息以及网格水位信息，此处不作具体限定。
（2）判断河道水位信息与网格水位信息是否满足交换条件。
交换条件为预先设定需进行交换水量计算的河道水位值与网格单元水位值。设
Figure 970867DEST_PATH_IMAGE001
为堰的高程，该值取河堤岸的高程，若河道水位信息为
Figure 497795DEST_PATH_IMAGE002
，网格水位信息为
Figure 11953DEST_PATH_IMAGE003
，若
Figure 876004DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 283851DEST_PATH_IMAGE003
均小于
Figure 184942DEST_PATH_IMAGE001
，则不计算交换水量，即交换水量
Figure 920817DEST_PATH_IMAGE004
为0。因此，电子设备在得到河道水位信息 与网格水位信息之后，需要对河道水位信息与网格水位信息的值与堰的高程进行比较，以 确定其是否满足交换条件。当水位信息满足交换条件时，执行步骤（3），否则不进行交换水 量的计算。
（3）当河道水位信息与网格水位信息满足交换条件时，采用堰流公式计算交换水量。
若
Figure 447613DEST_PATH_IMAGE001
为堰的高程，河道水位信息为
Figure 585334DEST_PATH_IMAGE002
，网格水位信息为
Figure 922905DEST_PATH_IMAGE003
，当
Figure 146076DEST_PATH_IMAGE005
且
Figure 742142DEST_PATH_IMAGE006
时，表示水流从二维网格单元流向河道线段单元，即河道与地表坡面 之间存在水流交换；当
Figure 999948DEST_PATH_IMAGE007
且
Figure 898634DEST_PATH_IMAGE008
，表示水流从河道线段单元流向二 维网格单元，即河道与地表坡面之间存在水流交换；当
Figure 744187DEST_PATH_IMAGE009
，此时可以根据二维 网格单元的水流流速方向来判定水流是流出二维网格单元还是流入二维网格单元，继而进 行交换水量的计算。
具体地，用于计算交换水量
Figure 488153DEST_PATH_IMAGE004
的堰流公式如下：
Figure 725099DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 529107DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 336657DEST_PATH_IMAGE012
分别采用下式计算：
Figure 743367DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 710186DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 560462DEST_PATH_IMAGE015
为堰上下游水位，分别取河道线段单元的水位值和二维网格单元的 水位值；
Figure 245521DEST_PATH_IMAGE015
为堰的高程，取河堤岸的高程；
Figure 862447DEST_PATH_IMAGE016
为堰的宽度，取二维网格单元格与河道线段 单元相连边的边长。
需要说明的是，
Figure 808407DEST_PATH_IMAGE015
为与河道线段单元相连二维网格单元的水位值，
Figure 485376DEST_PATH_IMAGE014
为二维网格 单元对应位置的河道单元的水位值，该水位值通过河道上下游断面水位值的插值计算得 到，对于插值计算
Figure 657731DEST_PATH_IMAGE014
的方式是本领域技术人员可以得知的，此处不作赘述。
在计算交换水量时，通过各个地表二维网格的水位信息以确定当前是否需要计算交换水量，若无需计算，则直接计算地表汇流与河网汇流即可，减少了计算步骤。当满足交换条件时，表示地表与河网之间存在水量交换，此时根据水流流向以及堰流公式计算两者之间的交换水量，以便根据交换水量确定后续的地表汇流，保证地表汇流计算的准确度。
S244，基于交换水量与二维圣维南方程计算地表汇流，并基于交换水量与一维圣维南方程计算河网汇流。
在得到交换水量之后，可以将其结合二维圣维南方程求解地表汇流值，具体计算公式如下：
Figure 422556DEST_PATH_IMAGE017
Figure 363967DEST_PATH_IMAGE018
其中，S为源项，用于表征地表汇流；
Figure 70892DEST_PATH_IMAGE019
为交换水量；
Figure 74751DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度；
Figure 502321DEST_PATH_IMAGE021
为水深；
Figure 157293DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 910486DEST_PATH_IMAGE023
分别表示
Figure 932800DEST_PATH_IMAGE024
方向和
Figure 429640DEST_PATH_IMAGE025
方向的流速；
Figure 345643DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 394371DEST_PATH_IMAGE027
代表底坡变化产生的
Figure 28615DEST_PATH_IMAGE024
方向 和
Figure 63567DEST_PATH_IMAGE025
方向的源项；
Figure 975022DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 70017DEST_PATH_IMAGE029
代表摩擦产生的
Figure 191557DEST_PATH_IMAGE024
方向和
Figure 154834DEST_PATH_IMAGE025
方向的源项；
Figure 514271DEST_PATH_IMAGE030
为降雨，
Figure 45746DEST_PATH_IMAGE031
；
Figure 998790DEST_PATH_IMAGE032
为渗透率，
Figure 641124DEST_PATH_IMAGE033
。
同时，结合交换水量与一维圣维南方程计算河网汇流，具体计算公式如下：
Figure 510860DEST_PATH_IMAGE034
Figure 213236DEST_PATH_IMAGE035
其中，
Figure 778210DEST_PATH_IMAGE036
为交换水量；Q为流量；A为过水断面的面积；x为距离；t为时间；q L 为侧向 入流的单宽流量（包括二维网格单元流入以及支流流入）；v x 为侧向入流沿水流方向的分 量，通常假设v x =0；H为节点水头；g为重力加速度；S f 为摩阻比降，其可以采用曼宁公式计算 得到。
S245，通过二维圣维南方程计算地表汇流，并通过一维圣维南方程计算河网汇流。
当第一坐标位置与第二坐标位置重合时，表示地表坡面与河道存在水流交换，即该二维网格并非与河道交汇的边界网格，此时可以直接采用二维圣维南方程计算地表汇流，具体计算公式如下：
Figure 93742DEST_PATH_IMAGE037
Figure 693350DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 301049DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度；
Figure 743532DEST_PATH_IMAGE021
为水深；
Figure 727668DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 447363DEST_PATH_IMAGE023
分别表示
Figure 101329DEST_PATH_IMAGE024
方向和
Figure 906474DEST_PATH_IMAGE025
方向的流速；
Figure 694301DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 268502DEST_PATH_IMAGE027
代表底坡变化产生的
Figure 342637DEST_PATH_IMAGE024
方向和
Figure 369499DEST_PATH_IMAGE025
方向的源项；
Figure 961018DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 999512DEST_PATH_IMAGE029
代表摩擦产生的
Figure 385494DEST_PATH_IMAGE024
方向和
Figure 165231DEST_PATH_IMAGE025
方向的源项；
Figure 153916DEST_PATH_IMAGE030
为降雨，
Figure 437129DEST_PATH_IMAGE031
；
Figure 259592DEST_PATH_IMAGE039
为渗透率，
Figure 870833DEST_PATH_IMAGE040
。
同时，通过一维圣维南方程计算河网汇流，具体计算公式如下：
Figure 804154DEST_PATH_IMAGE041
Figure 941874DEST_PATH_IMAGE042
其中，Q为流量；A为过水断面的面积；x为距离；t为时间；q L 为侧向入流的单宽流量（包括二维网格单元流入以及支流流入）；v x 为侧向入流沿水流方向的分量，通常假设v x =0；H为节点水头；g为重力加速度；S f 为摩阻比降，其可以采用曼宁公式计算得到。
本实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，对地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合位置进行交换水量的计算，同时考虑到地表向河网的交换水量以及河网向地表的交换水量。通过地表与河网之间的双向交换水量对重合位置处的河网汇流和地表汇流进行计算，由此保证了汇流耦合计算的准确率。在地表与河道之间不存在重合时，直接通过二维圣维南方程计算地表汇流，通过一维圣维南方程计算河网汇流即可，提高了汇流耦合的计算效率。
在本实施例中提供了一种基于结构网格的汇流耦合方法，可用于电子设备，如电脑、平板电脑、服务器等，图3是根据本发明实施例的基于结构网格的汇流耦合方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
S31，获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
S32，对地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型。
具体地，上述步骤S32可以包括：
S321，对地表地理数据所对应的地表区域进行网格离散化，得到多个二维网格。
地表地理数据均对应数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），该DEW可以存放在电子设备的存储空间中，也可以通过云端或网络下载得到。相应地，电子设备则可以根据地表地理数据相对应地表区域的DEM，将地表区域划分为规则的二维网格单元，并将网格单元的坐标转换为投影坐标进行填挖处理，以得到平整的多个二维网格，如图4所示的网格。
S322，根据第一预设编码方式对多个二维网格进行编码处理，得到地表二维网格的第一编码信息。
第一预设编码方式为预先设定的网格编码方式，第一编码信息用于表征网格所处位置。具体地，电子设备通过该第一预设编码方式对划分得到的多个二维网格进行编码，以通过网格的第一编码信息确定网格所处位置。以地表区域左下角为原点，采用整数对多个二维网格进行编码，即原点为第（0,0）个网格，原点正右方为第（1,0）个，原点正上方为第（0,1）个，依次类推，即可得到各个二维网络所对应的第一编码信息。
S323，基于编码信息，构建与各个二维网格相对应的第一参数矩阵。
第一参数矩阵用于表征当前地表区域所对应水文特性与水力特性等的参数矩阵，其可以通过分析地表地理数据得到当前地表区域所对应的降雨、糙率以及渗透系数等参数，并将其与各个二维网格单元相对应，得到降雨矩阵、糙率矩阵以及饱和渗透系数矩阵等参数矩阵。
S324，将搭载第一参数矩阵的二维网格确定为地表二维网格模型。
在得到第一参数矩阵以及地表二维网格之后，电子设备将第一参数矩阵搭载至地表二维网格中，即完成地表二维网格模型的构建。
S33，对河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型。
具体地，上述步骤S33可以包括：
S331，对河网地理数据所对应的河道区域进行线段离散化，得到多条河道一维线段。
电子设备通过分析河网地理数据以确定河道的地理位置点，根据各个河道所处的位置点生成多条河道一维线段。
S332，根据第一预设编码方式对河道一维线段进行编码处理，得到河道一维线段的第二编码信息。
第二编码信息用于表征线段所经过的位置。具体地，电子设备通过地表地理数据以及河网地理数据，将地表二维网格与河道一维线段进行叠加，采用二维网格单元的编码方式对各河道一维线段进行编码处理，以通过第二编码信息确定河道所途径的位置，如图4所示的线段即为河道线段。
例如，电子设备应用arcgis等地理信息工具将河道一维线段与地表二维网格叠加，采用第一预设编码方式对一维线段所经过的位置进行编码，得到河道一维线段的第二编码信息。
S333，基于第二编码信息与河网地理数据，确定河道相对应的河段属性信息。
河段属性信息用于表征河段的方位角、坡度、河长等属性信息，具体地，电子设备可以通过分析河网地理数据确定当前河道线段所对应的方位角、坡度、河长等属性信息。
S334，将搭载河段属性信息的河道一维线段确定为河网一维线段模型。
在得到河段属性信息以及河道一维线段之后，电子设备将河段属性信息搭载至河道一维线段中，即完成河网一维线段模型的构建。
由于河网一维线段模型中的一维线段是根据各个河道所处的位置点生成的，其分段长度并不规则，该河网一维线段模型仅可用于计算河道与地表坡面之间的水量交换。但是当河道与地表坡面之间不存在水量交换时，还需通过河网计算模型进行河网汇流的计算。相应地，上述步骤S33还可以包括：
S335，基于河网地理数据对河道进行分段处理，得到多个河道子线段。
电子设备对河网地理数据进行分析，从中分析出河道的汊点、形态、边界等特征属性，继而根据河道的汊点、形态、边界等特征属性对河道进行均匀分段处理，得到多个河道子线段。
S336，根据第二预设编码方式对河道子线段进行编码，得到河道分段编码信息，该河道分段编码信息包括河道的上下游关系。
第二预设编码方式为预先设定的河道分段的编码方式，以便通过河道分段编码信息定位至某一河道子线段。具体地，电子设备通过该第二预设编码方式对划分得到的多个河道子线段进行编码处理，在进行河道分段编码时需包括用于表征河道上下游关系的字段。例如，通过三元数组（X，Y，Z）表示河道分段位置以及上下游关系，其中以X和Y表示河道的坐标位置，以Z表示上下游关系。此处对河道分段的编码方式不作具体限定，只要能够表征河道位置以及上下游关系的编码方式均可。
S337，基于河道分段编码信息，构建与各个河道子线段相对应的第二参数矩阵。
第二参数矩阵用于表征当前河网区域所对应水文特性与水力特性等的参数矩阵，其可以通过分析河网地理数据得到当前河网区域所对应的降雨、糙率以及渗透系数等参数，并将其与各个河道子线段相对应，得到降雨矩阵、糙率矩阵以及饱和渗透系数矩阵等参数矩阵。
S338，将各个搭载第二参数矩阵的河道子线段确定为河网计算模型。
在得到第二参数矩阵以及河道子线段之后，电子设备将第二参数矩阵搭载至各个河道子线段中，即完成河网计算模型的构建，并将河网一维线段模型以及河网计算模型确定为河网一维线段模型。
S34，基于地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
本实施例提供的基于结构网格的汇流耦合方法，通过地表地理数据对其所处区域进行网格离散化，并对其进行编码以将各个二维网格的水力参数与二维网格进行对应，由此保证构建的地表二维网格模型能够最大程度的模拟地表数据，便于计算地表汇流。通过河网地理数据对其所处河道区域进行线段离散化，并根据地表二维网格的编码方式对其进行编码，便于将河网一维线段模型与地表二维网格模型进行叠加，以确定河网与地表之间的重合位置，便于后续的水量交换计算。通过河网地理数据对河道进行分段，并对河道分段进行编码以能够确定河道上下游关系，继而将水力参数与各河道分段进行对应，由此保证构建的河网计算模型能够最大程度的模拟河网数据，便于计算河网汇流。
在本实施例中还提供了一种基于结构网格的汇流耦合装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种基于结构网格的汇流耦合装置，如图5所示，包括：
获取模块41，用于获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
第一处理模块42，用于对地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
第二处理模块43，用于对河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
耦合模块44，用于基于地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。详细说明参见上述实施例对应的相关描述，此处不再赘述。
本实施例提供的基于结构网格的汇流耦合装置，通过对地表地理数据和河网地理数据进行离散化处理，生成地表二维网格模型和河网一维线段模型，继而根据二维网格模型与一维线段模型的重合关系，确定地表二维网格模型与河网一维线段模型的重合位置以及非重合位置，进而对重合位置进行汇流的耦合计算。该装置无需明确地表与河网之间的具体边界位置，亦无需地表的二维网格与河道一一对应，简化了拓扑结构，提高了耦合计算效率，同时充分考虑了河网地理数据与地表地理数据进行离散化处理，能够避免因未考虑河道的相关信息而影响汇流耦合计算，提高了汇流耦合计算的准确率。
本实施例中的基于结构网格的汇流耦合装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
上述各模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种电子设备，具有上述图5所示的基于结构网格的汇流耦合装置。
请参阅图6，图6是本发明可选实施例提供的一种终端的结构示意图，如图6所示，该终端可以包括：至少一个处理器501，例如CPU（Central Processing Unit，中央处理器），至少一个通信接口503，存储器504，至少一个通信总线502。其中，通信总线502用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口503可以包括显示屏（Display）、键盘（Keyboard），可选通信接口503还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器504可以是高速易挥发性随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。存储器504可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器501的存储装置。其中处理器501可以结合图5所描述的装置，存储器504中存储应用程序，且处理器501调用存储器504中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。
其中，通信总线502可以是外设部件互连标准（peripheral componentinterconnect，PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standardarchitecture，EISA）总线等。通信总线502可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器604可以包括易失性存储器（volatile memory），例如随机存取存储器（random-access memory，RAM）；存储器也可以包括非易失性存储器（non-volatilememory），例如快闪存储器（flash memory），硬盘（hard disk drive，HDD）或固态硬盘（solid-state drive，SSD）；存储器604还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器501可以是中央处理器（central processing unit，CPU），网络处理器（network processor，NP）或者CPU和NP的组合。
其中，处理器501还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（application-specific integrated circuit，ASIC），可编程逻辑器件（programmablelogic device，PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（complexprogrammable logic device，CPLD），现场可编程逻辑门阵列（field-programmable gatearray，FPGA），通用阵列逻辑（generic array logic, GAL）或其任意组合。
可选地，存储器604还用于存储程序指令。处理器501可以调用程序指令，实现如本申请图1至图3实施例中所示的基于结构网格的汇流耦合方法。
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的基于结构网格的汇流耦合方法的处理方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（FlashMemory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于结构网格的汇流耦合方法，其特征在于，包括：
获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据；
对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型；
对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型；
基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算；
其中，对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型，包括：对所述地表地理数据所对应的地表区域进行网格离散化，得到多个二维网格；根据第一预设编码方式对所述多个二维网格进行编码处理，得到地表二维网格的第一编码信息；基于所述编码信息，构建与各个所述二维网格相对应的第一参数矩阵；将各个搭载所述第一参数矩阵的二维网格确定为所述地表二维网格模型；
其中，对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型，包括：对所述河网地理数据所对应的河道区域进行线段离散化，得到多条河道一维线段；根据所述第一预设编码方式对所述河道一维线段进行编码处理，得到所述河道一维线段的第二编码信息；基于所述第二编码信息与所述河网地理数据，确定河道相对应的河段属性信息；将搭载所述河段属性信息的河道一维线段确定为所述河网一维线段模型；基于所述河网地理数据对河道进行分段处理，得到多个河道子线段；根据第二预设编码方式对所述河道子线段进行编码，得到河道分段编码信息，所述河道分段编码信息包括河道的上下游关系；基于所述河道分段编码信息，构建与各个所述河道子线段相对应的第二参数矩阵；将各个搭载所述第二参数矩阵的河道子线段确定为河网计算模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算，包括：
获取地表二维网格所处的第一坐标位置以及河网一维线段所处的第二坐标位置；
判断所述第一坐标位置与所述第二坐标位置是否重合；
当所述第一坐标位置与所述第二坐标位置重合时，计算地表与河网之间的交换水量；
基于所述交换水量与二维圣维南方程计算地表汇流，并基于所述交换水量与一维圣维南方程计算河网汇流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算地表与河网之间的交换水量，包括：
获取所述河网一维线段的河道水位信息以及各个所述地表二维网格的网格水位信息；
判断所述河道水位信息与所述网格水位信息是否满足交换条件；
当所述河道水位信息与所述网格水位信息满足所述交换条件时，采用堰流公式计算所述交换水量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算，还包括：
当所述第一坐标位置与所述第二坐标位置不重合时，通过二维圣维南方程计算地表汇流，并通过一维圣维南方程计算河网汇流。
5.一种基于结构网格的汇流耦合装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标区域中的地表地理数据以及河网地理数据；
第一处理模块，用于对所述地表地理数据进行离散化处理，得到地表二维网格模型，包括：对所述地表地理数据所对应的地表区域进行网格离散化，得到多个二维网格；根据第一预设编码方式对所述多个二维网格进行编码处理，得到地表二维网格的第一编码信息；基于所述编码信息，构建与各个所述二维网格相对应的第一参数矩阵；将各个搭载所述第一参数矩阵的二维网格确定为所述地表二维网格模型；
第二处理模块，用于对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型，对所述河网地理数据进行离散化处理，得到河网一维线段模型，包括：对所述河网地理数据所对应的河道区域进行线段离散化，得到多条河道一维线段；根据所述第一预设编码方式对所述河道一维线段进行编码处理，得到所述河道一维线段的第二编码信息；基于所述第二编码信息与所述河网地理数据，确定河道相对应的河段属性信息；将搭载所述河段属性信息的河道一维线段确定为所述河网一维线段模型；基于所述河网地理数据对河道进行分段处理，得到多个河道子线段；根据第二预设编码方式对所述河道子线段进行编码，得到河道分段编码信息，所述河道分段编码信息包括河道的上下游关系；基于所述河道分段编码信息，构建与各个所述河道子线段相对应的第二参数矩阵；将各个搭载所述第二参数矩阵的河道子线段确定为河网计算模型；
耦合模块，用于基于所述地表二维网格模型与所述河网一维线段模型的重合关系，对地表汇流与河网汇流进行耦合计算。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-4任一项的所述的基于结构网格的汇流耦合方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-4任一项所述的基于结构网格的汇流耦合方法。
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