CN115062557A - 一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法及装置 - Google Patents

一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法及装置 Download PDF

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CN115062557A CN202210652854.2A CN202210652854A CN115062557A CN 115062557 A CN115062557 A CN 115062557A CN 202210652854 A CN202210652854 A CN 202210652854A CN 115062557 A CN115062557 A CN 115062557A
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贾鹏
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Abstract

本发明涉及水动力模型地形数据处理领域，尤其涉及一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法及装置。对一维水动力模型河网矢量线重采样、实测断面数据沿河段方向进行线性加密、获取水动力模型河网空间及属性数据、获取该河段的名称及构成河段线段的顶点坐标集合，获取该河段所有加密后的断面及对应桩号的数据集合、根据断面桩号及所处河段线段的顶点坐标集合，计算出该桩号位置的x、y坐标，分别提取断面中泓线左侧、右侧起点距及高程数据，按左右侧垂直河段方向计算起点距对应的x、y坐标、最终形成x、y、高程格式的断面地形数据。本发明的有益效果在于解决了现有技术中基于断面测量数据或已建立的一维水动力模型转换为二维水动力模型时低效及失真的问题。

Description

一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数 据的方法及装置
技术领域
本发明涉及水动力模型地形数据处理领域，尤其涉及一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法及装置。
背景技术
水动力模型是描述水流受力与运动相互关系的数学模型。依据流体力学基本方程,建立数学模型,对流动水的动力过程进行数值模拟。数学模型通常是微分方法的定解问题,并采用数值方法求解。一维水动力模型是忽略水流横向变化而简化的数学模型，在河流模拟中广泛应用，相对二维水动力模型，不能模拟出水流在横向的变化规律。因此，在实际研究工作中亟需将一维水动力模型快速、准确地转换为二维水动力模型，但由于一维水动力模型一般是以河道断面起点距和高程的数据形式表征河道地形，不能表征出河道实际纵向的形状，以此断面数据采用线性、距离加权、邻近法等插值算法插值到二维水动力模型网格时，会造成失真，难以准确刻画河道地形。
为了提升二维水动力模型网格地形仿真水平，相关模型软件也都提供了各种插值算法，但由于未考虑河网实际流向，一般都是基于理想的数据格式，缺乏与实际测量数据的有效衔接，导致基于断面测量数据或已建立的一维水动力模型，都不能有效、准确地转换为二维水动力模型。
基于此，亟需一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法及装置，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，以解决现有技术中基于断面测量数据或已建立的一维水动力模型转换为二维水动力模型时低效及失真的问题。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，所述方法包括：
S1、对一维水动力模型河网矢量线重采样，使得顶点均匀分布且符合目标精度；
S2、对一维水动力模型实测断面数据沿河段方向进行线性加密，使得沿河段方向均匀分布且符合目标精度；
S3、获取一维水动力模型河网空间(每条河段矢量线的顶点x、y坐标值) 及属性数据(相应的每条河段名称)；
S4、遍历每条河段，获取该河段的名称及构成河段线段的顶点坐标集合，获取该河段所有加密后的断面及对应桩号的数据集合；
S5、遍历断面，根据断面桩号及所处河段线段的顶点坐标集合，计算出该桩号位置的x、y坐标，分别提取断面中泓线左侧、右侧起点距及高程数据，按左右侧垂直河段方向计算起点距对应的x、y坐标；
S6、遍历完所有河段的所有断面，最终形成x、y、高程格式的断面地形数据。
进一步地，所述步骤S5中计算断面桩号位置的x、y坐标的具体方法如下：
图1中河段R由多个河段线段构成，该河段各点坐标其中V(1)、V(2)、……V (n)为各河段线段顶点。断面C(1)、C(2)、……C(m+4)为位于各河段线段上的河道断面，一维水动力模型中所需的河道断面数据由河道断面桩号、该断面各高程点起点距(断面上测点距河道线段的距离)及相应高程值三要素组成；而二维模型中所需的地形数据为点坐标X、Y及高程值。一维模型中，断面桩号位置的坐标X、Y值即断面与河道相交处的坐标X、Y值，以求解图中河段V(m)V(m+1)与其上断面C(m)交点O(m)坐标X、Y值为例进行算法推导：
V(m)、V(m+1)两点的坐标分别为(XV(m)，YV(m))、(XV(m+1)，YV(m+1))，则河段 V(m)V(m+1)的斜率
Figure BDA0003684036900000021
则河段V(m)V(m+1)所在直线方程可表示为
y＝k1(x-XV(m))+YV(m) (1) 假设断面C(m)的桩号为LO(m)，即点O(m)沿河道到河段R起点V(1)的距离为LO(m)，断面C(m)与k1交点O(m)坐标为(XO(m)，YO(m))。已知V(1)、V(2)、V(m)点坐标，可求得河段V(1)V(2)、V(2)V(m)的长度分别为L1、L2，则V(m)O(m)的距离为LO(m)-L1-L2，则根据两点间距离公式可得
Figure BDA0003684036900000031
则
Figure BDA0003684036900000032
将(3)式代入(1)式，可求得YO(m)，则(XO(m)，YO(m))即为断面C(m)桩号位置坐标值。
上述为一个断面的桩号位置坐标求解过程，应用程序可通过扫描循环对河段各断面桩号位置坐标进行快速求解并输出。
进一步地，所述步骤S5中计算断面桩号位置的x、y坐标对应高程的具体方法如下：
如图1，令断面C(m)所在直线斜率为k2，由于其与河段V(m)V(m+1)垂直，故 k1k2＝-1，前述内容已求得O(m)坐标为(YO(m)，YO(m))，则断面C(m)所在直线方程可表示为
y＝k2(x-XO(m))+YO(m) (4)
断面C(m)上的点L(m)到点O的距离即平距为已知的dL(m)，其高程值为hL(m)，假设该点为(XL(m)，YL(m))，根据两点间距离公式可得
Figure BDA0003684036900000033
可求得
Figure BDA0003684036900000034
将(6)式代入(4)式可求得YO(m)，点L(m)的坐标(XL(m)，YL(m))则可知。
由于无论使用平距dL(m)或是坐标(XL(m)，YL(m))来表示点L(m)的位置，其高程值不会因之改变，故点(XL(m)，YL(m))的高程值沿用以平距表示的该点的高程值。
上述为断面上1个平距点位坐标及高程值获取过程，应用程序可通过扫描循环对河段各断面桩号位置坐标进行快速求解并输出。
根据本发明的第二方面，一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的装置，包括：
预处理单元，用于对获取到的一维水动力模型河网矢量线重采样数据进行预处理及线性加密，获取每条河段矢量线的顶点x、y坐标值及对应河流属性数据；
一维数据计算单元，用于从预处理后的数据中计算得到河段加密后的断面及对应桩号数据；
二维数据计算单元，用于计算每个断面对应桩号数据所对应的高程数据；
拟合单元，用于根据每个断面对应桩号数据、高程数据拟合出二维模型地形数据。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
本发明的有益效果在于：
解决了现有技术中基于断面测量数据或已建立的一维水动力模型转换为二维水动力模型时低效及失真的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据本发明的一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法的示意图；
图2河道、各河段顶点及断面位置示意图；
图3河道断面加密效果示意图；
图4一维模型河道断面数据基本格式示意图；
图5一维模型河道断面数据基本格式示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
本方案提供了一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，本方案可以执行于服务器等计算机等设备，如图1所示。
以图2中河流为例进行具体案例说明：
图2为按S1步骤“对一维水动力模型河网矢量线重采样”操作后的河道矢量图，其上显示了河道各河段顶点及5个断面位置；由于实测断面数据过于稀疏，因此经S2“对一维水动力模型实测断面数据沿河段方向进行线性加密”操作后，可获得该如图3所示加密后的河道断面分布图；一维水动力模型的河道断面数据格式如图4所示；经开发的程序按照前述算法处理后可得图5 所示的各点以x、y表示的坐标信息，各点高程值沿用以平距表示的该点的高程值。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、对一维水动力模型河网矢量线重采样，使得顶点均匀分布且符合目标精度；
S2、对一维水动力模型实测断面数据沿河段方向进行线性加密，使得沿河段方向均匀分布且符合目标精度；
S3、获取一维水动力模型河网空间(每条河段矢量线的顶点x、y坐标值)及属性数据(相应的每条河段名称)；
S4、遍历每条河段，获取该河段的名称及构成河段线段的顶点坐标集合，获取该河段所有加密后的断面及对应桩号的数据集合；
S5、遍历断面，根据断面桩号及所处河段线段的顶点坐标集合，计算出该桩号位置的x、y坐标，分别提取断面中泓线左侧、右侧起点距及高程数据，按左右侧垂直河段方向计算起点距对应的x、y坐标；
S6、遍历完所有河段的所有断面，最终形成x、y、高程格式的断面地形数据。
2.根据权利要求1所述的一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，其特征在于，所述步骤S5中计算断面桩号位置x、y坐标的具体方法以下图中河段R为例说明：
中河段R由多个河段线段构成，该河段各点坐标其中V(1)、V(2)、……V(n)为各河段线段顶点。断面C(1)、C(2)、……C(m+4)为位于各河段线段上的河道断面，一维水动力模型中所需的河道断面数据由河道断面桩号、该断面各高程点起点距(断面上测点距河道线段的距离)及相应高程值三要素组成；而二维模型中所需的地形数据为点坐标X、Y及高程值。一维模型中，断面桩号位置的坐标X、Y值即断面与河道相交处的坐标X、Y值，以求解图中河段V(m)V(m+1)与其上断面C(m)交点O(m)坐标X、Y值为例进行算法推导：V(m)、V(m+1)两点的坐标分别为
Figure FDA0003684036890000011
则河段
Figure FDA0003684036890000012
的斜率
Figure FDA0003684036890000021
则河段V(m)V(m+1)所在直线方程可表示为
Figure FDA0003684036890000022
假设断面C(m)的桩号为
Figure FDA0003684036890000023
即点O(m)沿河道到河段R起点V(1)的距离为
Figure FDA0003684036890000024
断面C(m)与k1交点O(m)坐标为
Figure FDA0003684036890000025
已知V(1)、V(2)、V(m)点坐标，可求得河段V(1)V(2)、V(2)V(m)的长度分别为L1、L2，则V(m)O(m)的距离为
Figure FDA0003684036890000026
则根据两点间距离公式可得
Figure FDA0003684036890000027
则
Figure FDA0003684036890000028
将(3)式代入(1)式，可求得
Figure FDA00036840368900000210
则
Figure FDA00036840368900000211
即为断面C(m)桩号位置坐标值。
上述为一个断面的桩号位置坐标求解过程，应用程序可通过扫描循环对河段各断面桩号位置坐标进行快速求解并输出。
3.根据权利要求1所述的一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的方法，其特征在于，所述步骤S5中计算断面桩号位置的x、y坐标对应高程的具体方法说明如下：
令断面C(m)所在直线斜率为k2，由于其与河段V(m)V(m+1)垂直，故k1k2＝-1，前述内容已求得O(m)坐标为
Figure FDA00036840368900000212
则断面C(m)所在直线方程可表示为
Figure FDA0003684036890000029
断面C(m)上的点L(m)到点O的距离即平距为已知的
Figure FDA00036840368900000213
其高程值为
Figure FDA00036840368900000215
假设该点为
Figure FDA00036840368900000214
根据两点间距离公式可得
Figure FDA0003684036890000031
可求得
Figure FDA0003684036890000032
将(6)式代入(4)式可求得
Figure FDA0003684036890000035
点
Figure FDA0003684036890000036
的坐标
Figure FDA0003684036890000037
则可知。
由于无论使用平距
Figure FDA0003684036890000033
或是坐标
Figure FDA0003684036890000038
来表示点L(m)的位置，其高程值不会因之改变，故点
Figure FDA0003684036890000034
的高程值沿用以平距表示的该点的高程值。
上述为断面上1个平距点位坐标及高程值获取过程，应用程序可通过扫描循环对河段各断面桩号位置坐标进行快速求解并输出。
4.一种一维水动力模型断面数据转换为二维水动力模型地形数据的装置，其特征在于，包括：
预处理单元，用于对获取到的一维水动力模型河网矢量线重采样数据进行预处理及线性加密，获取每条河段矢量线的顶点x、y坐标值及对应河流属性数据；
一维数据计算单元，用于从预处理后的数据中计算得到河段加密后的断面及对应桩号数据；
二维数据计算单元，用于计算每个断面对应桩号数据所对应的高程数据；
拟合单元，用于根据每个断面对应桩号数据、高程数据拟合出二维模型地形数据。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115496833A (zh) * 2022-10-13 2022-12-20 中铁长江交通设计集团有限公司 一种深泓线纵断面图绘制方法

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