CN114997085B - 一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位‑水面宽插值表、水位‑过流断面面积插值表、水位‑水力半径插值表和过流断面面积‑水位插值表；基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。上述方案提供的方法，通过基于水动力插值表构建一维水动力模型，使该一维水动力模型可以采用查表插值的方式确定断面水力要素与水位之间的对应关系，提高了一维水动力模型的计算效率。

Description

一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及水动力学分析技术领域，尤其涉及一种一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

天然河道断面地形数据通常为沿断面方向散点的起点距和高程。在一维水动力模型中，需要根据这些断面散点的几何信息，来确定某一水位所对应的水面宽、过流断面面积及水力半径等水力要素，或通过过流断面面积反求水位。

在现有技术中，通常利用水位确定的水面线与断面地形散点连线所形成的封闭几何图形，即过流断面，按照分段累加的方式，计算其对应的水面宽、过流断面面积及水力半径。根据过流断面面积确定水位时，由于过流断面面积无法直接转换成过流断面的几何图形，进而无法直接确定水位，一维水动力模型通常采用试算法，反复尝试不同的水位对应的过流断面面积，直到精度满足要求。

上述方法在断面散点数较多时，将产生大量分段累加过程，试算成本相应增加，且一维水动力模型需要在多个河道断面中反复调用水力要素之间的转化计算过程，从而导致模型计算效率偏低。

发明内容

本申请提供一种一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术降低了一维水动力模型的计算效率等缺陷。

本申请第一个方面提供一种一维水动力模型构建方法，包括：

获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；

基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。

可选的，所述根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表，包括：

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表；

对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表。

可选的，所述根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表，包括：

根据所述地形数据表征的断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，以得到所述河道断面对应的切片数据；

针对所述水动力插值参数表征的任一水位，根据所述切片数据表征的各所述切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各所述切片对应的几何信息；

根据各所述切片对应的几何信息，确定各所述切片对应的水力要素信息；

整合所有所述切片对应的水力要素信息，确定该水位对应的水力要素插值；

根据所述水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，构建所述河道断面的基础水动力插值表。

可选的，所述根据所述切片数据表征的各所述切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各所述切片对应的几何信息，包括：

针对任一所述切片，若该切片的两端点高程均小于或等于该水位，则确定该切片的过流区为梯形或矩形；

若该水位介于两端点高程之间，则确定该切片的过流区为三角形；

若该切片的两端点高程均大于或等于该水位，则确定该切片的过流区为空。

可选的，所述对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表，包括：

对所述基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

根据各所述插值点的顺序编号，选定编号范围；

基于所述编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

当任一所述基础水动力插值表片段包含所述待剔除插值点时，对所述待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

整合当前所有基础水动力插值表片段，得到所述水动力插值表。

可选的，所述根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点，包括：

根据所述基础水动力插值表片段的两个端点，构建该基础水动力插值表片段的线性方程；

检测所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差；

当所有所述插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值时，确定所述基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并将所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为所述待剔除插值点。

可选的，还包括：

当任一所述插值点与该线性方程之间的偏差不小于预设阈值时；

检测所述插值点与该线性方程之间的最大偏差；

将所述最大偏差对应的插值点，确定为目标插值点；

根据所述目标插值点对应的顺序编号，选定新的编号范围，以重新构造基础水动力插值表片段。

本申请第二个方面提供一种一维水动力模型构建装置，包括：

获取模块，用于获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；

插值表构建模块，用于根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；

模型构建模块，用于基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。

可选的，所述插值表构建模块，具体用于：

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表；

对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表。

可选的，所述插值表构建模块，具体用于：

根据所述地形数据表征的断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，以得到所述河道断面对应的切片数据；

针对所述水动力插值参数表征的任一水位，根据所述切片数据表征的各所述切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各所述切片对应的几何信息；

根据各所述切片对应的几何信息，确定各所述切片对应的水力要素信息；

整合所有所述切片对应的水力要素信息，确定该水位对应的水力要素插值；

根据所述水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，构建所述河道断面的基础水动力插值表。

可选的，所述插值表构建模块，具体用于：

针对任一所述切片，若该切片的两端点高程均小于或等于该水位，则确定该切片的过流区为梯形或矩形；

若该水位介于两端点高程之间，则确定该切片的过流区为三角形；

若该切片的两端点高程均大于或等于该水位，则确定该切片的过流区为空。

可选的，所述插值表构建模块，具体用于：

对所述基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

根据各所述插值点的顺序编号，选定编号范围；

基于所述编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

当任一所述基础水动力插值表片段包含所述待剔除插值点时，对所述待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

整合当前所有基础水动力插值表片段，得到所述水动力插值表。

可选的，所述插值表构建模块，具体用于：

根据所述基础水动力插值表片段的两个端点，构建该基础水动力插值表片段的线性方程；

检测所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差；

当所有所述插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值时，确定所述基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并将所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为所述待剔除插值点。

可选的，所述插值表构建模块，还用于：

当任一所述插值点与该线性方程之间的偏差不小于预设阈值时；

检测所述插值点与该线性方程之间的最大偏差；

将所述最大偏差对应的插值点，确定为目标插值点；

根据所述目标插值点对应的顺序编号，选定新的编号范围，以重新构造基础水动力插值表片段。

本申请第三个方面提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一个方面以及第一个方面各种可能的设计所述的方法。

本申请第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一个方面以及第一个方面各种可能的设计所述的方法。

本申请技术方案，具有如下优点：

本申请提供的一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。上述方案提供的方法，通过基于水动力插值表构建一维水动力模型，使该一维水动力模型可以采用查表插值的方式确定不同水力要素与水位之间的对应关系，提高了一维水动力模型的计算效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例基于的一维水动力模型构建系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一维水动力模型构建方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的示例性的河道断面的断面散点分布图；

图4为本申请实施例提供的示例性的切片结构示意图；

图5为本申请实施例提供的基础水动力插值表片段的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的基础水动力插值表和水动力插值表的对比图；

图7为本申请实施例提供的一维水动力模型构建装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在以下各实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在现有技术中，通常利用水位确定的水面线与断面地形散点连线所形成的封闭几何图形，即过流断面，按照分段累加的方式，计算其对应的水面宽、过流断面面积及水力半径。根据过流断面面积确定水位时，由于过流断面面积无法直接转换成过流断面的几何图形，进而无法直接确定水位，一维水动力模型通常采用试算法，反复尝试不同的水位对应的过流断面面积，直到精度满足要求。上述方法在断面散点数较多时，将产生大量分段累加过程，试算成本相应增加，且一维水动力模型需要在多个河道断面中反复调用水力要素之间的转化计算过程，从而导致模型计算效率偏低。

针对上述问题，本申请实施例提供的一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的水动力插值表；其中，水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；基于河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。上述方案提供的方法，通过基于水动力插值表构建一维水动力模型，使该一维水动力模型可以采用查表插值的方式确定不同水力要素与水位之间的对应关系，提高了一维水动力模型的计算效率。

下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明实施例进行描述。

首先，对本申请所基于的一维水动力模型构建系统的结构进行说明：

本申请实施例提供的一维水动力模型构建方法、装置、电子设备及存储介质，适用于构建天然河道的一维水动力模型。如图1所示，为本申请实施例基于的一维水动力模型构建系统的结构示意图，主要包括数据采集装置及一维水动力模型构建装置。具体地，可以利用数据采集装置采集河道断面的地形数据和水动力插值参数，并将采集到的这些数据发送到一维水动力模型构建装置，该装置根据得到的数据构建一维水动力模型。

本申请实施例提供了一种一维水动力模型构建方法，用于构建天然河道的一维水动力模型。本申请实施例的执行主体为电子设备，比如服务器、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑及其他可用于对河道断面相关数据进行数据处理的电子设备。

如图2所示，为本申请实施例提供的一维水动力模型构建方法的流程示意图，该方法包括：

步骤201，获取河道断面的地形数据和水动力插值参数。

需要说明的是，河道断面的地形数据包括一系列断面散点坐标（起点距Yi，高程Zi），这一系列断面散点坐标按起点距从小到大排列。水动力插值参数包括水位信息和精度信息，具体包括最低水位Zmin（默认为断面散点坐标中的最小高程），最高水位Zmax（默认为断面散点坐标中的最大高程），最小插值间距dZ（默认为0.01m），以及相对插值精度prec（默认为1×10⁻⁵）。

步骤202，根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的水动力插值表。

其中，水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表。

具体地，可以根据得到的地形数据和水动力插值参数，确定不同水位与水面宽、过流断面面积和水力半径之间的对应关系，进而按照该对应关系，构建水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表和水位-水力半径插值表。进一步地，由于过流断面面积与水位之间呈单调递增关系，因此可通过对水位-过流断面面积插值表进行转换，得到过流断面面积-水位插值表。

步骤203，基于河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。

具体地，可以通过对所有河道断面的水动力插值表进行耦合，采用常规算法构建该河道的一维水动力模型。得到的河道的一维水动力模型可以采用查表插值的方式，确定某水位对应的水面宽、过流断面面积和水力半径，还可以确定某过流断面面积对应的水位。其中，具体如何通过耦合所有河道断面的水动力插值表，构建河道的一维水动力模型，可以参考现有技术，本申请实施例不做限定。

在上述实施例的基础上，由于上述实施例提供的方法主要是预先建立不同层级的水位与其他水力要素之间的关系表，再在模型计算过程中，以查表插值的方式进行水力要素之间的相互转化，从而提高整体计算速度。但是，这类插值法依赖于插值表，插值表质量的好坏决定了模型在内存开销、插值速度及插值精度上的平衡表现。

目前插值表的构建过程较为简单，根据经验取一个固定的水位间隔进行构建。这种方法在应对天然河道复杂地形所造成的水力要素之间的非线性函数关系时，缺乏必要的灵活性，较小的水位间隔可以提高插值精度，但内存开销较大，插值速度相应降低，较大的水位间隔又会造成插值精度下降，对水位间隔的选取存在较强的主观经验性，所以常常会导致函数曲线在平缓变化区的插值点数过多，在剧烈变化区的插值点数过少。

为了解决上述技术问题，作为一种可实施的方式，在上述实施例的基础上，在一实施例中，根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的水动力插值表，包括：

步骤2021，根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的基础水动力插值表；

步骤2022，对基础水动力插值表进行稀疏处理，得到水动力插值表。

具体地，可以按照预设的插值精度，根据不同水位与水面宽、过流断面面积和水力半径之间的对应关系，构建河道断面的基础水动力插值表，即基础水动力插值表是插值点均匀密度的插值表。

需要说明的是，通常最小插值间距dZ值足够小（如0.01m），目前已得的4张基础水动力插值表可以认为是断面水力要素之间非线性函数关系的较好表征。实际应用中可直接使用这4张基础水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型，即目前使用较为普遍的均匀密度插值表，其优点是构建过程简单，缺点是当dZ过小时会造成插值表体积膨胀，内存开销增大，计算效率降低，增大dZ又会造成插值精度降低，尤其是在非线性变化明显区段。即直接使用均匀密度插值表的方法难以做到内存开销、计算效率和插值精度之间的平衡，且对最小插值间距dZ的选取具有不确定性。因此应当对较高密度的基础水动力插值表进行稀疏处理，同时保证一定的插值精度。

具体地，可以通过检测基础水动力插值表平缓变化区，并适当地剔除平缓变化区的插值点，以实现对基础水动力插值表的稀疏处理，得到经过稀疏处理的水动力插值表，最终得到的水动力插值表非均匀密度。

具体地，在一实施例中，可以根据地形数据表征的断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，以得到河道断面对应的切片数据；针对水动力插值参数表征的任一水位，根据切片数据表征的各切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各切片对应的几何信息；根据各切片对应的几何信息，确定各切片对应的水力要素信息；整合所有切片对应的水力要素信息，确定该水位对应的水力要素插值；根据水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，构建河道断面的基础水动力插值表。

示例性的，如图3所示，为本申请实施例提供的示例性的河道断面的断面散点分布图，横坐标表示起点距，纵坐标为高程，图3中的分布曲线由高精度的断面散点组成，高程范围为[52.09,177.38]m。

具体地，可以按照根据断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，即整个河道断面的N个散点将形成N-1个切片。在指定水动力插值参数表征的某个水位后，根据切片数据表征的各切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，判断该水位与各切片的相对位置关系，进而确定各切片对应的几何信息，该几何信息也可以表征切片与河水之间的几何关系，然后根据该几何信息确定各切片对应的水力要素信息，最后采用累加法整合所有切片对应的水力要素信息，得到该水位对应的水力要素插值，以此类推，通过确定水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，得到河道断面的基础水动力插值表。

具体地，在一实施例中，针对任一切片，若该切片的两端点高程均小于或等于该水位，则确定该切片的过流区为梯形或矩形；若该水位介于两端点高程之间，则确定该切片的过流区为三角形；若该切片的两端点高程均大于或等于该水位，则确定该切片的过流区为空。

示例性的，如图4所示，为本申请实施例提供的示例性的切片结构示意图，散点1和2组成的切片1即为两端点高程均大于水位Z的切片，其对应的过流区为空；散点2和3组成的切片2即为水位Z介于两端点高程之间的切片，其对应的过流区近似三角形，如图中三角形abc，散点3和4组成的切片3即为两端点高程均小于水位Z的切片，其对应的过流区近似梯形，如梯形bcde。

进一步地，针对上述切片1，可记湿周、水面宽和过流面积均为0；针对上述切片2，可以将ab边长确定为该切片2的湿周，将ac边长确定为该切片2的水面宽，将三角形abc的面积确定为该切片2的过流面积；针对上述切片3，可以将be边长确定为该切片3的湿周，将cd边长确定为该切片3的水面宽，将梯形bcde的面积确定为该切片3的面积。以此类推，确定各个切片对应的湿周、水面宽和过流面积，将所有切片的湿周总和确定为该河道断面的湿周，将所有切片的水面宽总和确定为该河道断面的水面宽，将所有切片的过流面积总和确定为该河道断面的过流面积。进一步地，可以根据该河道断面的过流面积和湿周之间的比值，确定该河道断面的水力半径。

在上述实施例的基础上，作为一种可实施的方式，在一实施例中，对基础水动力插值表进行稀疏处理，得到水动力插值表，包括：

步骤20221，对基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

步骤20222，根据各插值点的顺序编号，选定编号范围；

步骤20223，基于编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

步骤20224，根据基础水动力插值表片段的线性程度，确定基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

步骤20225，当任一基础水动力插值表片段包含待剔除插值点时，对待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

步骤20226，整合当前所有基础水动力插值表片段，得到水动力插值表。

具体地，在对基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号（1、2、3…n）后，可以选定编号范围[istart,istop]，首次可以选定编号范围[1,n]，后期可以根据预设的编号范围选定规则，选定相应的编号范围，具体可以从起点1开始，按照预设的步长e，分割基础水动力插值表，得到若干个基础水动力插值表片段，如后续依次选定编号范围[1,e]、[e,2e]…[xe,n]。其中，若istart+1=istop，或istart=istop，说明范围过小，没必要进行稀疏处理。

具体地，可以基于选定编号范围[istart,istop]对应的插值点，构造基础水动力插值表片段，然后根据基础水动力插值表片段表征的插值点线性程度，确定该基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点，若是则剔除这些待剔除插值点，以实现对该基础水动力插值表片段的稀疏处理。最后，整合当前所有基础水动力插值表片段，得到水动力插值表，其中，当前基础水动力插值表片段可能即包括经过稀疏处理的基础水动力插值表片段，也包括未经过稀疏处理的基础水动力插值表片段，即原始的基础水动力插值表片段。

具体地，在一实施例中，可以根据基础水动力插值表片段的两个端点，构建该基础水动力插值表片段的线性方程；检测基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差；当所有插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值时，确定基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并将基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为待剔除插值点。

具体地，可以将基础水动力插值表片段的两个端点之间的连接线定义为该基础水动力插值表片段的线性方程的图像，进而确定该基础水动力插值表片段的线性方程，若基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值，即这些插值点靠近该线性方程的图像，则确定该基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并且可以将基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为待剔除插值点。

具体地，在一实施例中，可以当任一插值点与该线性方程之间的偏差不小于预设阈值时；检测插值点与该线性方程之间的最大偏差；将最大偏差对应的插值点，确定为目标插值点；根据目标插值点对应的顺序编号，选定新的编号范围，以重新构造基础水动力插值表片段。

示例性的，如图5所示，为本申请实施例提供的基础水动力插值表片段的结构示意图，图中istart对应的插值点为基础水动力插值表片段的左端点，istop对应的插值点为基础水动力插值表片段的右端点，dmax插值点与该线性方程之间的最大偏差，imax对应的插值点即为目标插值点。进一步地，可以将[istart,imax]或[imax,istop]确定为新的编号范围，进而基于[imax,istop]对应的插值点重新构造基础水动力插值表片段，并重复上述流程。

示例性的，如图6所示，为本申请实施例提供的基础水动力插值表和水动力插值表的对比图，图6中的基础插值表即为基础水动力插值表，非均匀插值表即为通过对基础水动力插值表进行稀疏处理得到的水动力插值表。在实际应用中，对于如图3所示的河道断面，以0.01m作为最小插值间距，构建水位Z与过流断面面积A的基础水动力插值表，得到插值点12530个。取相对精度1×10⁻⁵，对基础水动力插值表进行稀疏处理，得到非均匀密度的水动力插值表，插值点共149个。取其中片段展示如图6所示，在插值点线性关系明显时（右上部分），插值点分布较为稀疏，而非线性关系明显时（左下部分），插值点分布较为密集。从对比结果可以看出，经过稀疏处理，原本需要12530个插值点才能达到的插值精度，现在只需要149个即可，且插值精度损失不超过0.001%。在保证插值精度的前提下，内存开销减少近2个数量级，单次插值的查找次数（二分法）由平均13.6次减少为7.2次，即进一步提高了一维水动力模型的计算效率。

本申请实施例提供的一维水动力模型构建方法，通过获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的水动力插值表；其中，水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；基于河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。上述方案提供的方法，通过基于水动力插值表构建一维水动力模型，使该一维水动力模型可以采用查表插值的方式确定不同水力要素与水位之间的对应关系，提高了一维水动力模型的计算效率。并且，通过对基础水动力插值表进行稀疏处理，得到水动力插值表，既保证统一的插值精度，又可以大量减少不必要的插值点，减小内存开销，加快插值速度。在天然河道一维水动力模型计算过程中，断面水力要素之间的相互转换尤为频繁，采用自适应非均匀密度插值表进行插值计算，可以大大提高计算效率，同时保证计算精度。

本申请实施例提供了一种一维水动力模型构建装置，用于执行上述实施例提供的一维水动力模型构建方法。

如图7所示，为本申请实施例提供的一维水动力模型构建装置的结构示意图。该一维水动力模型构建装置70包括：获取模块701、插值表构建模块702和模型构建模块703。

其中，获取模块，用于获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；插值表构建模块，用于根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的水动力插值表；其中，水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；模型构建模块，用于基于河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，具体用于：

根据地形数据和水动力插值参数，构建河道断面的基础水动力插值表；

对基础水动力插值表进行稀疏处理，得到水动力插值表。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，具体用于：

根据地形数据表征的断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，以得到河道断面对应的切片数据；

针对水动力插值参数表征的任一水位，根据切片数据表征的各切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各切片对应的几何信息；

根据各切片对应的几何信息，确定各切片对应的水力要素信息；

整合所有切片对应的水力要素信息，确定该水位对应的水力要素插值；

根据水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，构建河道断面的基础水动力插值表。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，具体用于：

针对任一切片，若该切片的两端点高程均小于或等于该水位，则确定该切片的过流区为梯形或矩形；

若该水位介于两端点高程之间，则确定该切片的过流区为三角形；

若该切片的两端点高程均大于或等于该水位，则确定该切片的过流区为空。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，具体用于：

对基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

根据各插值点的顺序编号，选定编号范围；

基于编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

根据基础水动力插值表片段的线性程度，确定基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

当任一基础水动力插值表片段包含待剔除插值点时，对待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

整合当前所有基础水动力插值表片段，得到水动力插值表。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，具体用于：

根据基础水动力插值表片段的两个端点，构建该基础水动力插值表片段的线性方程；

检测基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差；

当所有插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值时，确定基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并将基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为待剔除插值点。

具体地，在一实施例中，插值表构建模块，还用于：

当任一插值点与该线性方程之间的偏差不小于预设阈值时；

检测插值点与该线性方程之间的最大偏差；

将最大偏差对应的插值点，确定为目标插值点；

根据目标插值点对应的顺序编号，选定新的编号范围，以重新构造基础水动力插值表片段。

关于本实施例中的一维水动力模型构建装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本申请实施例提供的一维水动力模型构建装置，用于执行上述实施例提供的一维水动力模型构建方法，其实现方式与原理相同，不再赘述。

本申请实施例提供了一种电子设备，用于执行上述实施例提供的一维水动力模型构建方法。

如图8所示，为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备80包括：至少一个处理器81和存储器82。

存储器存储计算机执行指令；至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器执行如上实施例提供的一维水动力模型构建方法。

本申请实施例提供的一种电子设备，用于执行上述实施例提供的一维水动力模型构建方法，其实现方式与原理相同，不再赘述。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行计算机执行指令时，实现如上任一实施例提供的一维水动力模型构建方法。

本申请实施例的包含计算机可执行指令的存储介质，可用于存储前述实施例中提供的一维水动力模型构建方法的计算机执行指令，其实现方式与原理相同，不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种一维水动力模型构建方法，其特征在于，包括：

获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；

基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型；

其中，所述根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表，包括：

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表；

对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表；

所述对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表，包括：

对所述基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

根据各所述插值点的顺序编号，选定编号范围；

基于所述编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

当任一所述基础水动力插值表片段包含所述待剔除插值点时，对所述待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

整合当前所有基础水动力插值表片段，得到所述水动力插值表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表，包括：

根据所述地形数据表征的断面散点顺序，将每相邻的两个散点作为端点构造一个切片，以得到所述河道断面对应的切片数据；

针对所述水动力插值参数表征的任一水位，根据所述切片数据表征的各所述切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各所述切片对应的几何信息；

根据各所述切片对应的几何信息，确定各所述切片对应的水力要素信息；

整合所有所述切片对应的水力要素信息，确定该水位对应的水力要素插值；

根据所述水动力插值参数中所有水位对应的水力要素插值，构建所述河道断面的基础水动力插值表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述切片数据表征的各所述切片的两端点高程和该水位之间的大小关系，确定各所述切片对应的几何信息，包括：

针对任一所述切片，若该切片的两端点高程均小于或等于该水位，则确定该切片的过流区为梯形或矩形；

若该水位介于两端点高程之间，则确定该切片的过流区为三角形；

若该切片的两端点高程均大于或等于该水位，则确定该切片的过流区为空。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点，包括：

根据所述基础水动力插值表片段的两个端点，构建该基础水动力插值表片段的线性方程；

检测所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点与该线性方程之间的偏差；

当所有所述插值点与该线性方程之间的偏差均小于预设阈值时，确定所述基础水动力插值表片段包含待剔除插值点，并将所述基础水动力插值表片段中除端点以外的插值点，确定为所述待剔除插值点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

当任一所述插值点与该线性方程之间的偏差不小于预设阈值时；

检测所述插值点与该线性方程之间的最大偏差；

将所述最大偏差对应的插值点，确定为目标插值点；

根据所述目标插值点对应的顺序编号，选定新的编号范围，以重新构造基础水动力插值表片段。

6.一种一维水动力模型构建装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取河道断面的地形数据和水动力插值参数；

插值表构建模块，用于根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的水动力插值表；其中，所述水动力插值表包括水位-水面宽插值表、水位-过流断面面积插值表、水位-水力半径插值表和过流断面面积-水位插值表；

模型构建模块，用于基于所述河道断面的水动力插值表，构建该河道的一维水动力模型；

所述插值表构建模块，具体用于：

根据所述地形数据和水动力插值参数，构建所述河道断面的基础水动力插值表；

对所述基础水动力插值表进行稀疏处理，得到所述水动力插值表；

所述插值表构建模块，具体用于：

对所述基础水动力插值表中的插值点进行顺序编号；

根据各所述插值点的顺序编号，选定编号范围；

基于所述编号范围对应的插值点，构造基础水动力插值表片段；

根据所述基础水动力插值表片段的线性程度，确定所述基础水动力插值表片段是否包含待剔除插值点；

当任一所述基础水动力插值表片段包含所述待剔除插值点时，对所述待剔除插值点进行剔除处理，以得到新的基础水动力插值表片段；

整合当前所有基础水动力插值表片段，得到所述水动力插值表。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至5任一项所述的方法。

8.一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中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至5任一项所述的方法。

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