CN117953370A - 一种基于图遥感技术与三维gis系统的电站水量预测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，包括基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型；基于三维GIS模型，计算标准水位下目标电站流域的模拟流量，并基于模拟流量确定标准水位下的标准流量与模拟流量之间的比例关系；提取未来的预测周期的天气数据中的降雨相关信息，根据降雨相关信息以及比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟；根据流量模拟结果基于缩放比例进行放大，预测目标电站流域未来的预测周期的水量信息。本申请的方法结合图遥感技术与三维GIS系统来实现对电站水量的提前预估，增加水电站安全运行的反应时间，保证水电站安全可靠运行。

Description

一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法

技术领域

本申请涉及水电站安全技术领域，尤其涉及一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法。

背景技术

水电站是重要的清洁能源，水电站的安全稳定运行至关重要。水电站的运行不像火电站，其安全稳定运行容易受自然因素影响，特别的例如在雨季，容易出现河流水位的猛涨，对水电站的安全运行造成影响。

现有的电站水量预测主要依靠结合历史天气数据以及历史水位数据进行对比分析，还有结合部分水文监测点来完成预测，但结合历史天气数据以及历史水位数据来分析，需要依靠专家经验的判断，而结合部分水文监测点的方式灵敏度不够，在获得监测点数据的情况，已经是来水之后，给予水电站调度反应的时间较少。

发明内容

本申请实施例提供一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，用以结合图遥感技术与三维GIS系统来实现对电站水量的提前预估，增加水电站安全运行的反应时间，保证水电站安全可靠运行。

本申请实施例提出一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，包括：

基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型；

基于所述三维GIS模型，计算标准水位下目标电站流域的模拟流量，并基于所述模拟流量确定标准水位下的标准流量与所述模拟流量之间的比例关系；

获取未来的预测周期内的天气数据；

提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟；

根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息。

可选的，基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型是基于用户在地图数据选定的区域信息所确定的目标电站流域以及关联区域的地理范围来实现的，其中用户地图数据选定的区域信息大于目标电站流域以及关联区域的边界；

基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型还包括识别出所述三维GIS模型中的目标电站流域区域，以及以所述目标电站流域区域为基准，将所述三维GIS模型除目标电站流域区域外的区域分割为表面积相近的多个第一网格。

可选的，将所述三维GIS模型分割为多个大小相同的第一网格之后还包括：

选取与所识别的目标电站流域区域临接的多层第一网格；

在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口；

对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以基于所述任一可疑入水口识别出相应的树状支流关系；以及，

基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界。

可选的，在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口包括：

按照目标电站流域的方向，所选取的多层第一网格在统一视角下的面积、由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则确定为可疑入水口；

对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系包括：

基于所述任一可疑入水口，在目标电站流域的方向，左右选取指定数量阈值的第一网格为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势为由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则根据变小部分的第一网格确定为相应的支流部分；以及，

在确定出相应的支流部分之后，以相应的支流部分作为中间位置，在目标电站流域的方向，重复选取指定数量阈值的第一网格，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系。

可选的，基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界包括：

在统一视角下，以识别的所述任一可疑入水口的树状支流关系为基准，判断树状支流关系两侧的第一网格的面积变化趋势；

在判断树状支流关系两侧的第一网格的面积由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为外凸的情况下，则根据由小变大部分的第一网格确定为相应的边界；以及，

为相应树状支流关系确定出覆盖相应支流的第一网格的数量，以根据第一网格的数量确定出相应支流的面积/>，其中/>为覆盖支流/>的第一网格的数量，/>为第一网格的面积。

可选的，还包括：

根据所述三维GIS模型，判断所述目标电站流域是否存在未被划入任一树状支流的区域；

若存在未被划入任一树状支流的遗留区域，则确定相应的遗留区域的边界，并确定相应的遗留区域的面积；以及，

为任一遗留区域，配置相应的雨量留存阈值。

可选的，提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟包括：

将获取的降雨相关信息，按照所述比例关系进行缩小，以获得模拟降雨量；

基于所述模拟降雨量以及所确定的各支流的面积，确定出落入相应支流/>的模拟降雨量/>，/>为模拟的支流/>的模拟降雨强度，/>为采样时长。

可选的，根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息包括：

基于所获取的预测周期内的天气数据，计算各遗留区域的模拟降雨量，/>为模拟的遗留区域/>的模拟降雨强度；

判断任一遗留区域的模拟降雨量/>是否超过相应的雨量留存阈值/>，若超过，则将该任一遗留区域/>超过雨量留存阈值/>的部分流量、计入相邻树状支流的模拟降雨量；

累加各树状支流的模拟降雨量，并基于所述缩放比例进行放大，以确定出所述目标电站流域的来水流量；

根据所确定的所述目标电站流域的来水流量，以及监控的当前的流量数据，对所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息进行预测。

本申请的方法结合图遥感技术与三维GIS系统来进行流量模拟，从而实现对电站水量的提前预估，增加水电站安全运行的反应时间，保证水电站安全可靠运行。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实施例的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法的基本流程示意。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请实施例提出一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，如图1所示，包括如下步骤：

在步骤S101中、基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型，一些示例中，可以利用影像匹配技术，配合手动或者半自动人工地物的采集的方式获取目标电站流域以及关联区域的表面纹理，实现所需分辨率影像的三维GIS系统建模。

在步骤S102中、基于所述三维GIS模型，计算标准水位下目标电站流域的模拟流量，并基于所述模拟流量确定标准水位下的标准流量与所述模拟流量之间的比例关系。

在步骤S103中、获取未来的预测周期内的天气数据；

在步骤S104中、提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟。

在步骤S105中、根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息。

在具体实施中，可以在起始情况下执行流量模拟，并计入后台数据库，在积累到足够的流量模拟数据之后，可以直接根据数据库中的相关历史天气数据来对未来天气数据进行匹配，从而免去模拟步骤，快速获得预测结果。在另一些实施例中，可以预先对不同降雨强度下的流量进行模拟，从而建立后台数据库，并对在后的未来天气数据进行匹配从而预测目标电站流域未来的预测周期的水量信息。

本申请的方法结合图遥感技术与三维GIS系统来进行流量模拟，从而实现对电站水量的提前预估，增加水电站安全运行的反应时间，保证水电站安全可靠运行。

在一些实施例中，基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型是基于用户在地图数据选定的区域信息所确定的目标电站流域以及关联区域的地理范围来实现的，其中用户地图数据选定的区域信息大于目标电站流域以及关联区域的边界。一些实施例中，可以与地图数据进行关联，用户可以基于地图数据来进行地理范围的选取，从而根据在地图数据上选取的地理范围建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型。

具体的，基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型还包括识别出所述三维GIS模型中的目标电站流域区域，以及以所述目标电站流域区域为基准，将所述三维GIS模型除目标电站流域区域外的区域分割为表面积相近的多个第一网格，在后续实施例中可以根据第一网格的数量来确定相应覆盖区域的面积，其中第一网格的划分大小可以根据实际需要的精度来确定，也即基于构建的三维GIS模型划分出面积相同或近似相同的第一网格，目标电站流域区域可以不进行网格划分。

在一些实施例中，将所述三维GIS模型分割为多个大小相同的第一网格之后还包括：

选取与所识别的目标电站流域区域临接的多层第一网格，例如可以根据第一网格大小来进行选取，也可以基于目标电站流域平均宽度为基准，选取例如0.3-0.8倍的目标电站流域平均宽度的网格层数。

在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口。本申请实施例中的统一的视角例如可以是朝向三维GIS模型的方向，划定的虚拟视角线或者虚拟视角面，可以基于该视角线或者视角面下获取三维GIS模型的投影图像，从而基于投影图像判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口。本申请实施例中所指的可疑入水口可以包括当前存在的支流入水口，还可以识别出当前不存在但在雨季情况转变为支流的入水口，也即通过基于三维GIS模型以及第一网格的分析判断，能够确定出更多的可疑入水口，从而模拟的结果更准确，真实反应雨季流域的来水情况。

在一些实施例中，对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以基于所述任一可疑入水口识别出相应的树状支流关系，也即还是基于前述的方式，在统一的视角下，获取三维GIS模型的投影图像，来判断出相应的树状支流关系，在具体实施中，仅以可疑入水口为起点，判断与可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，其他非入水口区域即不参与判断。

基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界。

在一些实施例中，在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口包括：

按照目标电站流域的方向，所选取的多层第一网格在统一视角下的面积、由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则确定为可疑入水口。本申请实施例中结合在统一视角下第一网格的面积变化趋势以及三维GIS模型地形特征，例如面积变化具有极小值，从而确定出可疑入水口。

对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系包括：

基于所述任一可疑入水口，在目标电站流域的方向，左右选取指定数量阈值的第一网格为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势为由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则根据变小部分的第一网格确定为相应的支流部分。与识别可疑入水口的过程相似，根据三维GIS模型地形特征，例如面积变化也具有极小值，从而确定出相应的支流部分。

在确定出相应的支流部分之后，以相应的支流部分作为中间位置，在目标电站流域的方向，重复选取指定数量阈值的第一网格，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系。重复进行选取，可以在分叉处进行类似判断，确定出树状的支流关系，通过这样的方式能够识别出更多的来水渠道，以计算获得更加准确的预测数据。

在一些实施例中，基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界包括：

在统一视角下，以识别的所述任一可疑入水口的树状支流关系为基准，判断树状支流关系两侧的第一网格的面积变化趋势；

在判断树状支流关系两侧的第一网格的面积由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为外凸的情况下，则根据由小变大部分的第一网格确定为相应的边界，例如存在树状支流关系两侧的第一网格的面积由大变小后变大，例如面积变化也具有极大值，则根据由小变大部分(也即极大值部分)的第一网格确定为相应的边界。

为相应树状支流关系确定出覆盖相应支流的第一网格的数量，以根据第一网格的数量确定出相应支流的面积/>，其中/>为覆盖支流/>的第一网格的数量，/>为第一网格的面积。

在一些实施例中，还包括：

根据所述三维GIS模型，判断所述目标电站流域是否存在未被划入任一树状支流的区域；

若存在未被划入任一树状支流的遗留区域，则确定相应的遗留区域的边界，并确定相应的遗留区域的面积；以及，

为任一遗留区域，配置相应的雨量留存阈值。本申请实施例中，确定未被划入任一树状支流的区域为遗留区域，进一步根据遗留区域的区域大小，或者流量模拟结果，为遗留区域配置相应的雨量留存阈值/>。

在一些实施例中，提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟包括：

将获取的降雨相关信息，按照所述比例关系进行缩小，以获得模拟降雨量；

基于所述模拟降雨量以及所确定的各支流的面积，确定出落入相应支流/>的模拟降雨量/>，/>为模拟的支流/>的模拟降雨强度，/>为采样时长。一些示例中，还可以对遗留区域进行模拟，并确定区域溢出时间，从而确定出雨量留存阈值/>。

在一些实施例中，根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息包括：

基于所获取的预测周期内的天气数据，计算各遗留区域的模拟降雨量，/>为模拟的遗留区域/>的模拟降雨强度；

判断任一遗留区域的模拟降雨量/>是否超过相应的雨量留存阈值/>，若超过，则将该任一遗留区域/>超过雨量留存阈值/>的部分流量、计入相邻树状支流的模拟降雨量；

累加各树状支流的模拟降雨量，并基于所述缩放比例进行放大，以确定出所述目标电站流域的来水流量；

根据所确定的所述目标电站流域的来水流量，以及监控的当前的流量数据，对所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息进行预测。

本申请实施例的方法，结合图遥感技术与三维GIS系统来进行流量模拟，从而实现对电站水量的提前预估，并通过识别出可能得树状支流关系，以及遗留区域，来对未来的流域来水量进行预测，本申请实施例的方法能够增加水电站安全运行的反应时间，保证水电站安全可靠运行。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案 )、改编或改变的实施例。并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，包括：

基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型；

基于所述三维GIS模型，计算标准水位下目标电站流域的模拟流量，并基于所述模拟流量确定标准水位下的标准流量与所述模拟流量之间的比例关系；

获取未来的预测周期内的天气数据；

提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟；

根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息。

2.如权利要求1所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型是基于用户在地图数据选定的区域信息所确定的目标电站流域以及关联区域的地理范围来实现的，其中用户地图数据选定的区域信息大于目标电站流域以及关联区域的边界；

基于图像遥感数据，建立目标电站流域以及关联区域的三维GIS模型还包括识别出所述三维GIS模型中的目标电站流域区域，以及以所述目标电站流域区域为基准，将所述三维GIS模型除目标电站流域区域外的区域分割为表面积相近的多个第一网格。

3.如权利要求2所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，将所述三维GIS模型分割为多个大小相同的第一网格之后还包括：

选取与所识别的目标电站流域区域临接的多层第一网格；

在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口。

4.如权利要求3所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，还包括：

对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以基于所述任一可疑入水口识别出相应的树状支流关系；以及，

基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界。

5.如权利要求4所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，在统一的视角下，基于所述三维GIS模型以及选取的多层第一网格，判断各第一网格的面积变化趋势，以确定出目标电站流域区域的多个可疑入水口包括：

按照目标电站流域的方向，所选取的多层第一网格在统一视角下的面积、由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则确定为可疑入水口。

6.如权利要求5所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，还包括：

对于任一可疑入水口，以所述可疑入水口为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系包括：

基于所述任一可疑入水口，在目标电站流域的方向，左右选取指定数量阈值的第一网格为起点，判断与所述可疑入水口连续的各第一网格的面积变化趋势为由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为凹陷，则根据变小部分的第一网格确定为相应的支流部分；以及，

在确定出相应的支流部分之后，以相应的支流部分作为中间位置，在目标电站流域的方向，重复选取指定数量阈值的第一网格，以识别所述任一可疑入水口的树状支流关系。

7.如权利要求6所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，基于与所述任一可疑入水口的树状支流关系关联的第一网格，确定出相应树状支流关系的边界包括：

在统一视角下，以识别的所述任一可疑入水口的树状支流关系为基准，判断树状支流关系两侧的第一网格的面积变化趋势；

在判断树状支流关系两侧的第一网格的面积由大变小后变大，且基于所述三维GIS模型地形特征表现为外凸的情况下，则根据由小变大部分的第一网格确定为相应的边界；以及，为相应树状支流关系确定出覆盖相应支流的第一网格的数量，以根据第一网格的数量确定出相应支流的面积/>，其中/>为覆盖支流/>的第一网格的数量，/>为第一网格的面积。

8.如权利要求7所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，还包括：

根据所述三维GIS模型，判断所述目标电站流域是否存在未被划入任一树状支流的区域；

若存在未被划入任一树状支流的遗留区域，则确定相应的遗留区域的边界，并确定相应的遗留区域的面积；以及，为任一遗留区域，配置相应的雨量留存阈值/>。

9.如权利要求8所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，提取所述天气数据中的降雨相关信息，根据所述降雨相关信息以及所述比例关系，以及所建立的三维GIS模型，进行流量模拟包括：

将获取的降雨相关信息，按照所述比例关系进行缩小，以获得模拟降雨量；基于所述模拟降雨量以及所确定的各支流的面积，确定出落入相应支流/>的模拟降雨量/>，/>为模拟的支流/>的模拟降雨强度，/>为采样时长。

10.如权利要求9所述的基于图遥感技术与三维GIS系统的电站水量预测方法，其特征在于，根据所述流量模拟结果基于所述缩放比例进行放大，并基于所述目标电站流域当前的流量数据，预测所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息包括：

基于所获取的预测周期内的天气数据，计算各遗留区域的模拟降雨量，/>为模拟的遗留区域/>的模拟降雨强度；判断任一遗留区域/>的模拟降雨量/>是否超过相应的雨量留存阈值/>，若超过，则将该任一遗留区域/>超过雨量留存阈值/>的部分流量、计入相邻树状支流的模拟降雨量；累加各树状支流的模拟降雨量，并基于所述缩放比例进行放大，以确定出所述目标电站流域的来水流量；

根据所确定的所述目标电站流域的来水流量，以及监控的当前的流量数据，对所述目标电站流域未来的预测周期的水量信息进行预测。