CN117911640A - 一种高精度河道岸坡dem生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度河道岸坡DEM生成方法，包括：坡顶控制线坐标计算；坡脚控制线坐标计算；结合坡顶控制线坐标和坡脚控制线坐标生成自适应网格；将提取的地形散点数据和等高线数据合并为全信息地形数据；对提取的全信息地形数据进行分块；将全信息地形数据按照滩地区和河槽区进行分类；对网格进行插值计算，采用反距离加权法针对滩地区和河槽分开开展插值计算，形成岸坡DEM。本发明生成的岸坡自适应网格在纵向上顺岸线方向，在横向上垂直于岸线，横向网格线单独提取出来后可以准确反映岸坡形状，为后续岸坡形态量化参数的研究奠定基础，同时对岸坡形态的模拟精度高。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程领域，具体是一种高精度河道岸坡DEM生成方法。
背景技术
岸坡崩塌是河道自然演变导致的主要灾害形式之一，崩岸影响河势稳定、危及防洪安全和沿江产业布局，对经济社会发展造成不利影响，因此成为了众多机构和学者关注的焦点问题。崩岸形式多种多样，包括窝崩、条崩、洗崩等。影响崩岸发生的因素包括三个大类，分别为水沙运动、岸坡地质条件和人类活动，自然崩岸的影响因素则主要是前两者，岸坡地质条件是非时间变化的因素，水沙运动处在时时刻刻的变化之中，由于水沙运动会导致岸坡变形，进而最终产生河道崩岸，因此研究岸坡形态变化就显得尤为关键。岸坡DEM能直观的反映岸坡的形态，不同年份DEM对比也就能表达岸坡形态变化的过程。此外，岸坡形态量化对于进一步分析崩岸发生发展过程和机理至关重要，而DEM还是岸坡形态量化参数分析研究的基础，因此开展河道岸坡DEM的研究是十分必要的。
目前，针对局部岸坡建立DEM的研究较为少见，现阶段的研究主要集中在河道整体DEM的建立方面，河道整体DEM侧重于大范围河道地形的数字化表达，对于局部岸坡的数字化模拟精度较差。而且河道整体DEM一般采用规则网格或不规则网格，规则网格走向为正南北和正东西向，由于河道岸线走向蜿蜒曲折，岸坡也非正南北和正东西向，因此导致其与岸坡的贴合度非常差，无法准确反映岸坡的真实形态。不规则网格虽不存在贴合度的问题，但是由于网格尺寸不一，疏密也无法控制，不利于后续岸坡形态的量化分析。
基于此，要建立河道岸坡DEM，首选需要根据岸坡自身特性提出一种自适应的网格，该网格在一个方向上需要顺着岸线的走向，而在另一个方向上需要垂直于岸坡。其次，为了达到精确模拟岸坡形态的目标，网格尺寸在顺岸线方向和垂直岸坡方向也必须满足一定的临界条件，还要尽可能全面、足量的获取地形坐标数据，针对不同区域测量精度的差异要采用分块插值算法。
发明内容
为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种高精度河道岸坡DEM生成方法。
一种高精度河道岸坡DEM生成方法，包括如下步骤：
步骤1、坡顶控制线坐标计算：在岸坡坡顶绘制一条控制线，以一定间距对控制线进行等分，并计算每个等分点的坐标，从而得到坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）；
步骤2、坡脚控制线坐标计算：以等分点为基础，分别计算每个等分点的法向量的方向向量的坐标（nx2，ny2），根据方向向量/>的坐标计算坡脚控制线的坐标P3ii（x3ii，y3ii）；
步骤3、结合坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）和坡脚控制线坐标P3ii（x3ii，y3ii）生成自适应网格，自适应网格的平面坐标为，/>；
步骤4、根据实测地形图提取地形散点数据以及等高线数据，将提取的地形散点数据和等高线数据合并为全信息地形数据；
步骤5、对提取的全信息地形数据进行分块：以实测地形图的示坡线为界划分滩地区和河槽区，按照角度和法判定地形散点是否在区域内，根据判断结果将全信息地形数据按照滩地区和河槽区进行分类；
步骤6、对自适应网格进行插值计算，采用反距离加权法针对滩地区和河槽分开开展插值计算，形成岸坡DEM。
进一步的，步骤1具体包括：
首先定义两个方向，顺岸线的方向定义为纵向，垂直岸线的方向定义为横向；
在河道实测地形图上，顺着岸线方向在河道滩地上绘制一条多段线，作为网格在坡顶上的纵向控制线，假定纵向控制线上的控制点数组为P1,数组内共有n1个点，每个点的坐标为:
计算控制线从起点开始的累计距离：
设定D1=0
纵向网格的数量n2为：
其中Δx为纵向网格尺寸，一般不超过10m；
然后计算网格纵向起点的坐标，按照Δx进行剖分后纵向起点的数组为P2，数组P2的累计距离为：
确定数组P2中任意一数组P2j在纵向控制线上的位置，以n1为基础进行循环判断：
如果，则数组P2j位于P1i和P1i+1之间，然后根据点P1i和P1i+1的坐标计算数组P2j的坐标。
进一步的，所述根据点P1i和P1i+1的坐标计算数组P2j的坐标，具体包括：
向量的坐标为（x1i+1-x1i，y1i+1-y1i），其方向向量/>的坐标可以通过如下公式进行计算：
则数组P2j的坐标x2j为：
数组P2j的坐标y2j为：
。
进一步的，步骤2具体包括：
计算坡顶控制线各点切线的斜率，以P2ii点为例计算该点的法向量，其中ii=1……n2，分别计算线段P2ii-1P2ii和P2iiP2ii+1的斜率：
线段P2ii-1P2ii的斜率k1为：
线段P2iiP2ii+1的斜率k2为：
则切线的斜率k为：
然后计算各线段与直角坐标横轴方向的夹角：
线段P2ii-1P2ii的夹角γ1为：
线段P2iiP2ii+1的夹角γ2为：
切线的夹角γ为：
切线的方向向量的坐标（nx1，ny1）根据不同的单调情况分别进行计算：
然后计算切线法向量方向向量的坐标（nx2，ny2），切线法向量的方向向量根据不同的岸别进行计算：
对于河道左岸岸坡而言：
对于河道右岸岸坡而言：
根据实测河道地形分析结果，天然河道岸坡高差最大不超过30m，坡脚控制线点P3ii的坐标（x3ii，y3ii）如下：
其中ii=1……n2。
进一步的，步骤3中，实测地形图相邻等高线等高距为1.0m，按照最小稳定坡比1:2计算等高线平面间距最小为2.0m，确定网格横向间距Δy为2.0m，横向网格线长度为300m，则横向网格点数为n3=151；横向网格线和纵向网格线组成岸坡自适应网格，网格平面坐标为二维数组，其任意点的平面坐标通过如下公式进行计算：
。
进一步的，步骤4中根据实测地形图提取地形散点数据，具体包括：
地形坐标数据以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有四类：
1）圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称，循环提取圆心坐标及高程值写入文件“地形数据xyz.TXT”；
2）点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容，循环提取点的三维坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”；
3）文字，平面位置坐标即为点的定位点坐标，而高程值则是文字的文本内容，循环提取定位点坐标及文本内容写入文件“地形数据xyz.TXT”；
4）块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容，循环提取位置坐标及文字内容写入文件“地形数据xyz.TXT”。
进一步的，步骤4中提取等高线数据，具体包括：
等高线包含在“计曲线”、“首曲线”图层中，具体的地形坐标数据以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象有两类：
1）多段线，平面位置坐标即为多段线的节点坐标，高程值则为多段线的标高值，循环提取多段线的节点坐标及标高值写入文件“地形数据xyz.TXT”；
2）二维多段线，地形坐标即为二维多段线的节点坐标，循环提取节点坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”。
进一步的，步骤5具体包括：
根据实测河道地形图找出示坡线的位置，然后以示坡线为界将研究区域分为两块，分别为滩地区和河槽区，以河槽区为例采用角度累加和法确定点是否在区域内，如果点在区域内，则点与区域边界上相邻两点连线形成的夹角的和应该等于2π，对于任意点P（x0、y0），依据顺时针原则，按照如下公式计算针对河槽区的角度累加值：
将此夹角绕边界区域循环一周，角度的累加和sumβ为：
采用同样的方法计算针对滩地区的角度累加值：
根据角度计算结果，存在以下三种情况：
。
进一步的，步骤6具体包括：
1）计算离散点到未知点的距离：
2）计算离散点的权重：
3）计算未知点的高程值：
至此，岸坡DEM生成完毕。
本发明具有如下有益效果：
本发明生成的岸坡自适应网格在纵向上顺岸线方向，在横向上垂直于岸线，横向网格线单独提取出来后可以准确反映岸坡形状，为后续岸坡形态量化参数（坡高、坡比等）的研究奠定基础；本发明对岸坡形态的模拟精度高，本发明模拟岸坡与实测岸坡吻合度更高。
附图说明
图1是本发明实施例地形数据分区判断示意图；
图2是本发明实施例反距离加权法计算示意图；
图3是本发明实施例岸坡对比图。
具体实施方式图3
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
要实现背景技术提出的目标，需解决三个方面的关键问题，分别为问题一：要设计能适应岸坡形态的网格，满足后续岸坡量化分析的要求；问题二：网格尺寸要如何确定，沿不同的方向都要能精确捕捉岸坡的形态；问题三：水上水下测量精度不一样，如何实现网格的分块插值。本发明实施例针对上述三个问题，按照（1）坡顶控制线坐标计算→（2）坡脚控制线坐标计算→（3）生成自适应网格→（4）全信息地形数据提取→（5）地形数据筛选及分块→（6）地形数据插值六个步骤来解决上述问题，每个步骤详细的原理说明如下：
步骤1、坡顶控制线坐标计算：在岸坡坡顶绘制一条控制线，以10m间距对控制线进行等分，并计算每个等分点的坐标，从而得到坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）。
步骤1中，首先定义两个方向，顺岸线的方向定义为纵向，垂直岸线的方向定义为横向，自适应网格应该具有两个方面的特点：其一是纵向的网格线应该平行于岸线；其二是横向的网格线应该垂直于岸线，这样才能保证后续形态量化参数能真实的反映岸坡的形态。因此自适应网格设计的思路为：在滩面上沿岸线绘制一条坡顶控制线，考虑河道冲刷坑的尺寸确定纵向的网格尺寸并对控制线进行等分，计算控制线的法相向量，依据法相向量计算坡脚控制线，考虑岸坡临界稳定状态确定横向的网格尺寸，计算生成自适应网格。
在河道实测地形图上，顺着岸线方向在河道滩地上绘制一条多段线，作为网格在坡顶上的纵向控制线，假定纵向控制线上的控制点数组为P1,数组内共有n1个点，每个点的坐标为:
计算控制线从起点开始的累计距离：
设定D1=0
根据实测河道地形分析结果，近岸冲刷坑长度从十几米~几千米不等，为了尽可能精确的捕捉到近岸冲刷坑，纵向网格尺寸Δx不宜超过10m，则纵向网格的数量n2为：
然后计算网格纵向起点的坐标，按照Δx进行剖分后纵向起点的数组为P2，数组P2的累计距离为：
确定数组P2中任意一数组P2j在纵向控制线上的位置，以n1为基础进行循环判断：
如果，则数组P2j位于P1i和P1i+1之间，然后根据点P1i和P1i+1的坐标计算数组P2j的坐标。
向量的坐标为（x1i+1-x1i，y1i+1-y1i），其方向向量/>的坐标可以通过如下公式进行计算：
则数组P2j的坐标x2j为：
数组P2j的坐标y2j为：
步骤2、坡脚控制线坐标计算：以等分点为基础，分别计算每个等分点的法向量的方向向量的坐标（nx2，ny2），岸坡段的长度一般不超过300m，由此根据方向向量/>的坐标计算坡脚控制线的坐标P3ii（x3ii，y3ii）。
步骤2中，坡脚控制线的确定依赖于坡顶控制线，由于要满足横向网格线垂直于岸线的要求，需要计算坡顶控制线的法向量组。首先计算坡顶控制线各点切线的斜率，以P2ii（ii=1……n2）点为例计算该点的法向量，分别计算线段P2ii-1P2ii和P2iiP2ii+1的斜率。
线段P2ii-1P2ii的斜率k1为：
线段P2iiP2ii+1的斜率k2为：
则切线的斜率k为：
然后计算各线段与直角坐标横轴方向的夹角。
线段P2ii-1P2ii的夹角γ1为：
线段P2iiP2ii+1的夹角γ2为：
切线的夹角γ为：
根据计算的夹角可以计算线段的方向向量，由于河道走向复杂多变，导致岸线也较为复杂多变，坡顶控制线点序列可能是非单调变化的，切线的方向向量的坐标（nx1，ny1）需要根据不同的单调情况分别进行计算。
然后计算切线法向量方向向量的坐标（nx2，ny2），由于河道分为左右两岸，法向量需要指向河道中心，因此切线法向量的方向向量需要根据不同的岸别进行计算。
对于河道左岸岸坡而言：
对于河道右岸岸坡而言：
根据实测河道地形分析结果，天然河道岸坡高差最大不超过30m，当坡比缓至某一程度时，岸坡基本上不存在失稳的风险，一般认为超过1：10就不存在失稳风险，据此可以推断，存在失稳风险的岸坡在横向上的范围应该不超过300m，因此坡脚控制线点P3ii的坐标（x3ii，y3ii）（ii=1……n2）为：
步骤3、根据计算的坡顶控制线和坡脚控制线坐标生成自适应网格。具体的，根据岸坡极限临界坡比确定网格横向间距Δy为2.0m，结合坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）和坡脚控制线坐标P3ii（x3ii，y3ii），生成自适应网格，网格平面坐标为，/>。
步骤3中，计算出岸坡坡顶和坡脚控制线以后，即可生成岸坡自适应网格。根据目前的研究成果，岸坡的极限临界坡比约在1:1.5~1:2.0左右，当坡度陡于这一坡比时，易发生岸坡崩塌险情。实测地形图相邻等高线等高距为1.0m，按照最小稳定坡比1:2计算可得等高线平面间距最小为2.0m，因此确定网格横向间距Δy为2.0m，横向网格线长度为300m，则横向网格点数为n3=151。横向网格线和纵向网格线组成了岸坡自适应网格，网格平面坐标为二维数组，其任意点的平面坐标通过如下公式进行计算：
步骤4、提取全信息地形数据，自适应网格生成后，还要确定网格的高程坐标才能形成岸坡DEM。根据实测地形图提取地形散点数据，除了提取实测点的数据外，还要提取等高线数据，将提取的地形散点数据和等高线数据合并为全信息地形数据。
步骤4中，自适应网格生成后，需要通过插值计算网格的高程坐标，才能形成岸坡DEM，因此提取河道地形散点数据。实测河道地形图里面的地形信息数据包括两部分，其一为实测点，其二为等高线，为了获得更全面的地形信息，需要把实测点和等高线的坐标信息都提取出来。
实测点一般包含在“实测点层”、“水上实测点层”或者“水下实测点层”图层中，具体的地形坐标数据一般以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有四类：
1）圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称，循环提取圆心坐标及高程值写入文件“地形数据xyz.TXT”；
2）点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容，循环提取点的三维坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”；
3）文字，平面位置坐标即为点的定位点坐标，而高程值则是文
字的文本内容，循环提取定位点坐标及文本内容写入文件“地形数据xyz.TXT”；
4）块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容，循环提取位置坐标及文字内容写入文件“地形数据xyz.TXT”。至此，实测点坐标数据提取完毕。
为了得到更全面的地形坐标数据，还要研究等高线坐标的提取方法。等高线一般包含在“计曲线”、“首曲线”等图层中，具体的地形坐标数据一般以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有两类：1）多段线，平面位置坐标即为多段线的节点坐标，高程值则为多段线的标高值，循环提取多段线的节点坐标及标高值写入文件“地形数据xyz.TXT”；2）二维多段线，地形坐标即为二维多段线的节点坐标，循环提取节点坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”。至此，等高线坐标数据提取完毕。
步骤5、对提取的全信息地形数据进行分块：以实测地形图的示坡线为界划分滩地区和河槽区，按照角度和法判定地形散点是否在区域内，根据判断结果将全信息地形数据按照滩地区和河槽区进行分类。
步骤5中，为了提高岸坡自适应网格插值计算的效率和精度，需要对地形散点数据进行处理。根据实测地形图提取的往往是全河段的地形坐标数据，但是建立岸坡DEM时针对的是仅仅是一个局部的岸段，全河段地形坐标数据量过大会导致计算效率低、速度慢，因此需要对地形坐标数据进行筛选，将局部岸段附近的地形坐标数据筛选出来，做下一步的插值计算，提升插值的效率。另外，由于水上、水下地形测量精度存在差异，为了保证不同区域DEM的插值精度，还需要对水上（滩地）区、水下（河槽）区地形坐标数据进行分块，以便下一步的插值计算。
首先根据实测河道地形图找出示坡线的位置（见图1所示），然后以示坡线为界将研究区域分为两块，分别为水上（滩地）区和水下（河槽）区。以水下区为例采用角度累加和法确定点是否在区域内，其基本原理为如果点在区域内，则点与区域边界上相邻两点连线形成的夹角的和应该等于2π。对于任意点P（x0、y0），依据顺时针原则，按照如下公式计算针对水下区的角度累加值：
将此夹角绕边界区域循环一周，角度的累加和sumβ为：
采用同样的方法计算针对水上区的角度累加值：
根据角度计算结果，存在以下三种情况：
。
步骤6、对网格进行插值计算，采用反距离加权法针对滩地区和河槽分开开展插值计算，形成岸坡DEM。
步骤6中，地形数据处理完成后，需要研究方法进行插值计算，采用反距离加权法（如图2所示）进行地形数据的分块插值。反距离加权法插值的核心是根据已知数据点到未知数据点的距离来确定权重，距离越近的数据权重越大。在计算权重时，通常采用距离的导数作为权重。另外，反距离权重法还依赖于反距离的幂值p，幂值p是一个正实数，通过定义更好的幂值，可以进一步强调最近点的影响。其具体的插值步骤为：
1）计算离散点到未知点的距离
2）计算离散点的权重
3）计算未知点的高程值
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至此，岸坡DEM生成完毕。
实施案例：
选择长江干流贵池河段左岸桂家坝附近岸段验证本发明的方法，该岸段长度约为3500m。具体的实施步骤如下：
（1）在该岸坡坡顶布置一条控制线，以10m间距对控制线进行等分，并计算等分点的平面坐标，得出网格坡顶控制线；
（2）以网格坡顶控制线为基础，分别计算每个点法向量的方量向量，按照横向网格线300m长度计算坡脚控制线；
（3）根据坡顶控制线和坡脚控制线，按照横向网格间距2.0m生成岸坡自适应网格；
（4）根据实测地形图提取地形散点坐标数据，既要提取实测点的坐标数据，又要提取等高线的坐标数据，合并成为地形数据文件；
（5）采用角度和累加方法将地形数据分为水上（滩地）区地形坐标数据和水下（河槽）区地形坐标数据；
（6）根据水上（滩地）区地形坐标数据和水下（河槽）区地形坐标数据分别对自适应网格进行插值生成岸坡DEM。
本发明提出的方法具有两方面的优势，其一为本发明生成的岸坡自适应网格在纵向上顺岸线方向，在横向上垂直于岸线，横向网格线单独提取出来后可以准确反映岸坡形状，为后续岸坡形态量化参数（坡高、坡比等）的研究奠定基础；其二为本发明对岸坡形态的模拟精度更高，实测岸坡、直角网格模拟岸坡、本发明模拟岸坡对比见图3所示，从图可以看出，直角网格模拟的岸坡坦化现象比较明显，本发明模拟岸坡与实测岸坡吻合度更高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、坡顶控制线坐标计算：在岸坡坡顶绘制一条控制线，以一定间距对控制线进行等分，并计算每个等分点的坐标，从而得到坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）；
步骤2、坡脚控制线坐标计算：以等分点为基础，分别计算每个等分点的法向量的方向向量的坐标（nx2，ny2），根据方向向量/>的坐标计算坡脚控制线的坐标P3ii（x3ii，y3ii）；
步骤3、结合坡顶控制线坐标P2j（x2j，y2j）和坡脚控制线坐标P3ii（x3ii，y3ii）生成自适应网格，自适应网格的平面坐标为，/>；
步骤4、根据实测地形图提取地形散点数据以及等高线数据，将提取的地形散点数据和等高线数据合并为全信息地形数据；
步骤5、对提取的全信息地形数据进行分块：以实测地形图的示坡线为界划分滩地区和河槽区，按照角度和法判定地形散点是否在区域内，根据判断结果将全信息地形数据按照滩地区和河槽区进行分类；
步骤6、对自适应网格进行插值计算，采用反距离加权法针对滩地区和河槽分开开展插值计算，形成岸坡DEM。
2.如权利要求1所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤1具体包括：
首先定义两个方向，顺岸线的方向定义为纵向，垂直岸线的方向定义为横向；
在河道实测地形图上，顺着岸线方向在河道滩地上绘制一条多段线，作为网格在坡顶上的纵向控制线，假定纵向控制线上的控制点数组为P1,数组内共有n1个点，每个点的坐标为:
计算控制线从起点开始的累计距离：
设定D1=0
；
纵向网格的数量n2为：
其中Δx为纵向网格尺寸，一般不超过10m；
然后计算网格纵向起点的坐标，按照Δx进行剖分后纵向起点的数组为P2，数组P2的累计距离为：
确定数组P2中任意一数组P2j在纵向控制线上的位置，以n1为基础进行循环判断：
如果，则数组P2j位于P1i和P1i+1之间，然后根据点P1i和P1i+1的坐标计算数组P2j的坐标。
3.如权利要求2所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，所述根据点P1i和P1i+1的坐标计算数组P2j的坐标，具体包括：
向量的坐标为（x1i+1-x1i，y1i+1-y1i），其方向向量/>的坐标通过如下公式进行计算：
；
则数组P2j的坐标x2j为：
数组P2j的坐标y2j为：
。
4.如权利要求3所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤2具体包括：
计算坡顶控制线各点切线的斜率，以P2ii点为例计算该点的法向量，其中ii=1……n2，分别计算线段P2ii-1P2ii和P2iiP2ii+1的斜率：
线段P2ii-1P2ii的斜率k1为：
线段P2iiP2ii+1的斜率k2为：
则切线的斜率k为：
然后计算各线段与直角坐标横轴方向的夹角：
线段P2ii-1P2ii的夹角γ1为：
线段P2iiP2ii+1的夹角γ2为：
切线的夹角γ为：
切线的方向向量的坐标（nx1，ny1）根据不同的单调情况分别进行计算：
然后计算切线法向量方向向量的坐标（nx2，ny2），切线法向量的方向向量根据不同的岸别进行计算：
对于河道左岸岸坡而言：
对于河道右岸岸坡而言：
根据实测河道地形分析结果，天然河道岸坡高差最大不超过30m，坡脚控制线点P3ii的坐标（x3ii，y3ii）如下：
；
其中ii=1……n2。
5.如权利要求4所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤3中，实测地形图相邻等高线等高距为1.0m，按照最小稳定坡比1:2计算等高线平面间距最小为2.0m，确定网格横向间距Δy为2.0m，横向网格线长度为300m，则横向网格点数为n3=151；横向网格线和纵向网格线组成岸坡自适应网格，网格平面坐标为二维数组，其任意点的平面坐标通过如下公式进行计算：
。
6.如权利要求1所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤4中根据实测地形图提取地形散点数据，具体包括：
地形坐标数据以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象主要有四类：
1）圆，平面位置坐标即为圆中心的坐标，而高程值则是圆的名称，循环提取圆心坐标及高程值写入文件“地形数据xyz.TXT”；
2）点，平面位置坐标即为点的坐标，而高程值则是点的第三维坐标或是点的名称内容，循环提取点的三维坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”；
3）文字，平面位置坐标即为点的定位点坐标，而高程值则是文字的文本内容，循环提取定位点坐标及文本内容写入文件“地形数据xyz.TXT”；
4）块参照，此时平面位置坐标即为块参照的平面位置坐标，而高程值则是块参照的文字内容，循环提取位置坐标及文字内容写入文件“地形数据xyz.TXT”。
7.如权利要求1所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤4中提取等高线数据，具体包括：
等高线包含在“计曲线”、“首曲线”图层中，具体的地形坐标数据以图层中的对象为载体，地形图中的载体对象有两类：
多段线，平面位置坐标即为多段线的节点坐标，高程值则为多段线的标高值，循环提取多段线的节点坐标及标高值写入文件“地形数据xyz.TXT”；
2）二维多段线，地形坐标即为二维多段线的节点坐标，循环提取节点坐标写入文件“地形数据xyz.TXT”。
8.如权利要求1所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤5具体包括：
根据实测河道地形图找出示坡线的位置，然后以示坡线为界将研究区域分为两块，分别为滩地区和河槽区，以河槽区为例采用角度累加和法确定点是否在区域内，如果点在区域内，则点与区域边界上相邻两点连线形成的夹角的和应该等于2π，对于任意点P（x0、y0），依据顺时针原则，按照如下公式计算针对河槽区的角度累加值：
将此夹角绕边界区域循环一周，角度的累加和sumβ为：
；
采用同样的方法计算针对滩地区的角度累加值：
；
根据角度计算结果，存在以下三种情况：
1）如果，则点P记录在水下区域内；
2）如果，则点P记录在水上区域内；
3）如果，则删除点P。
9.如权利要求1所述的高精度河道岸坡DEM生成方法，其特征在于，步骤6具体包括：
1）计算离散点到未知点的距离：
2）计算离散点的权重：
3）计算未知点的高程值：
至此，岸坡DEM生成完毕。
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| CN113837529A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-24 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 一种河道岸坡崩塌风险评估方法 |
| US20230169842A1 (en) * | 2021-11-26 | 2023-06-01 | Chengdu University Of Technology | Early warning method for shallow soil landslide based on digital topographic map and application thereof |
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- 2024-03-20 CN CN202410316363.XA patent/CN117911640B/zh active Active
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