專利名稱：一種面向大城市災(zāi)害展示的洪澇淹沒(méi)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及災(zāi)害信息管理領(lǐng)域，主要是一種面向大城市災(zāi)害展示的洪澇淹沒(méi)分析方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析方法的基礎(chǔ)建立在GIS技術(shù)之上。在給定洪水 水位和洪量?jī)煞N條件下，對(duì)基于三角形格網(wǎng)模型和任意多邊形格網(wǎng)模型，采用平面模擬方法 進(jìn)行洪水淹沒(méi)范圍和水深分布的模擬，分別得出洪水淹沒(méi)范圍和深度結(jié)果。該方法通過(guò)已知 的洪水水位和洪量，能夠得出比較精確的洪水淹沒(méi)范圍和水深分布，為災(zāi)害展示提供精確的 數(shù)據(jù)支持。
自然災(zāi)害在我國(guó)發(fā)生非常頻繁，其中以洪澇災(zāi)害尤為嚴(yán)重。近十幾年來(lái)，自然資源的開(kāi)發(fā) 利用不斷擴(kuò)大，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，洪水出現(xiàn)的頻率及其造成的損失也不斷地增加。因此， 快速、準(zhǔn)確、科學(xué)地模擬、預(yù)測(cè)洪水淹沒(méi)范圍，對(duì)防洪減災(zāi)具有重要意義。特別是對(duì)于一些重 點(diǎn)防洪城市和行蓄洪區(qū),如果能夠預(yù)先獲知洪水的淹沒(méi)范圍和水深的分布情況,對(duì)于預(yù)先轉(zhuǎn)移 受災(zāi)區(qū)的生命財(cái)產(chǎn),減少損失具有非常重要的價(jià)值，而且對(duì)于洪水造成的災(zāi)害損失進(jìn)行評(píng)估也 是非常有用的。
洪澇淹沒(méi)分析方法是一種基于GIS的分析方法，目的是在提供洪水淹沒(méi)范圍和水深分布 的服務(wù)的前提下，保持?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其中，基于格網(wǎng)模型的洪水淹沒(méi)算法是至關(guān)重要的。 當(dāng)前的洪水淹沒(méi)分析方法都只進(jìn)行了簡(jiǎn)單平面模擬，拋棄了復(fù)雜的地形因素的影響，輸出的 淹沒(méi)范圍和水深分布相當(dāng)粗糙。本發(fā)明在分析洪水淹沒(méi)范圍和水深分布中考慮了復(fù)雜的地形 因素，在必要的時(shí)候通過(guò)GIS技術(shù)的格網(wǎng)模型，從而增加了輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種面向大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析方法，本方法的目
的在于通過(guò)現(xiàn)有的洪水水位和洪量，結(jié)合地形因素，提供準(zhǔn)確的洪水淹沒(méi)范圍和水深分布。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案這種面向大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析 方法，具體步驟如下
1. 確定待研究的淹沒(méi)區(qū)域
首先，圈定一個(gè)最大的可能淹沒(méi)范圍，并且將河流兩岸分成左右兩半分別進(jìn)行處 理，靠河流邊的邊界處理為淹沒(méi)區(qū)的進(jìn)水邊界。這樣處理對(duì)于防洪減災(zāi)來(lái)說(shuō)是合 理的， 一般在防洪區(qū)域,河流兩岸堤防建設(shè)的洪水保證率是不一樣的,有重點(diǎn)地保 護(hù)一些地區(qū)和放棄一些地區(qū),所以需要將兩岸分開(kāi)處理。
其次，根據(jù)國(guó)家測(cè)繪局提供的l : 1萬(wàn)的DEM數(shù)據(jù)(地形數(shù)據(jù))，對(duì)洪水最大可能 淹沒(méi)范圍進(jìn)行剪裁，得到的區(qū)域就是所需要進(jìn)行淹沒(méi)分析研究的范圍。
2. 生成所需的格網(wǎng)模型
(1) 三角單元格網(wǎng)模型。將研究區(qū)的DEM轉(zhuǎn)換為T(mén)IN模型，提取三角單元格網(wǎng)， 并對(duì)每個(gè)三角網(wǎng)格賦高程值，高程值按3個(gè)頂點(diǎn)從GRID上取得的高程值取平均 求得。生成的三角格網(wǎng)就是要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的三角單元格網(wǎng)模型，如圖1所示。
(2) 任意多邊形格網(wǎng)模型。將研究區(qū)的DEM轉(zhuǎn)換為幾何特征圖層，在處理時(shí)自動(dòng) 將具有相同高程并且相鄰的單元合并為一個(gè)多邊形，多邊形的高程自動(dòng)取GRID的 高程值，這樣保證DEM的高程數(shù)據(jù)原始精度完全不損失。生成的多邊形格網(wǎng)就是 要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的任意多邊形格網(wǎng)模型，如圖2所示。
3. 基于格網(wǎng)模型的洪水淹沒(méi)連通算法 對(duì)洪水淹沒(méi)區(qū)域連通性的考慮，在一些淹沒(méi)分析軟件中，僅考慮高程平鋪的問(wèn)題， 即在任何地勢(shì)低洼的區(qū)域都同時(shí)進(jìn)水，實(shí)際上從洪水本身淹沒(méi)的角度來(lái)說(shuō)這是不 準(zhǔn)確的，洪水首先是從洪水源處開(kāi)始向外擴(kuò)散淹沒(méi)，只有水位高程達(dá)到一定程度 之后，洪水才能越過(guò)某一地勢(shì)較高的區(qū)域到達(dá)另一個(gè)洼地。洪水淹沒(méi)的連通性算 法可以采用有種子點(diǎn)的填充算法。 種子點(diǎn)的填充算法步驟
我們總是先給定區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)，稱為種子點(diǎn)。對(duì)種子點(diǎn)賦予指定的顏色，并將 這種顏色擴(kuò)充到區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)。區(qū)域填充的掃描線算法相對(duì)于前面的遞歸算法 是一種較好的區(qū)域填充掃描線算法。它很好地避免了遞歸算法由于多層遞歸、反 復(fù)進(jìn)出堆棧操作而造成的費(fèi)時(shí)費(fèi)內(nèi)存的缺點(diǎn)。這一借助于堆棧技術(shù)實(shí)現(xiàn)的種子點(diǎn) 入堆棧的區(qū)域填充掃描線算法可以由如下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn) 步驟l:(初始化)設(shè)置一空的堆棧，將預(yù)先給定的種子點(diǎn)(x,y)壓入堆棧。 步驟2:(種子點(diǎn)出棧)彈出棧頂元素(x，y)作為當(dāng)前種子點(diǎn)。 步驟3:(向左填充)沿當(dāng)前種子點(diǎn)所在的掃描線從種子點(diǎn)開(kāi)始向左側(cè)逐個(gè)像素點(diǎn) 進(jìn)行填色，直到區(qū)域邊界，像素點(diǎn)顏色值置為new color,填充區(qū)段左端點(diǎn)記為 xl。
步驟4:(向右填充)類似步驟3的操作向右填充，相應(yīng)地獲得一右端點(diǎn)值記為xr。 步驟5:(新種子點(diǎn)入棧)分別確定與當(dāng)前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上位于給 定的區(qū)段[xl;xr]內(nèi)含于區(qū)域的區(qū)段。如果有這樣的區(qū)段，則取區(qū)段的右端點(diǎn)為 新的種子點(diǎn)壓入堆棧(這樣的區(qū)段可不止一個(gè))。如果區(qū)段內(nèi)的像素點(diǎn)值為new color或者邊界像素點(diǎn)顏色值為boundary color,則不產(chǎn)生新的種子點(diǎn)入棧。 步驟6:(結(jié)束判斷)如果種子了點(diǎn)堆棧非空則轉(zhuǎn)步驟2;否則算法結(jié)束。 本發(fā)明有益的效果是-
(1) 洪水淹沒(méi)的特性與格網(wǎng)的這種大小分布特性是一致的，即在平坦的地區(qū)淹沒(méi)面積大， 在陡峭的區(qū)域淹沒(méi)面積小，所以采用這種格網(wǎng)能更好地模擬洪水的淹沒(méi)特性；
(2) 洪水的淹沒(méi)邊界和河流邊界都是非常不規(guī)則的，采用三角單元格網(wǎng)和任意多邊形格 網(wǎng)模型比規(guī)則的四邊形格網(wǎng)模型，能夠更好地模擬這種不規(guī)則的邊界。
(3) 網(wǎng)格大小疏密變化不一致，既能滿足模型物理意義上的需求，也能節(jié)省計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ) 空間，提高計(jì)算速度。


圖l為三角形格網(wǎng)模型圖。 圖2為任意多邊形格網(wǎng)模型圖。 圖3為種子點(diǎn)填充算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹
圖l所示為生成的三角格網(wǎng)，也就是要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的三角單元格網(wǎng)模型。 圖2所示為生成的三角格網(wǎng)，也就是要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的三角單元格網(wǎng)模型。 圖3所示為種子點(diǎn)填充算法流程。流程共分六個(gè)步驟
步驟l，初始化一個(gè)空堆棧，將給定的種子點(diǎn)(x,y)壓入堆棧。
步驟2，從堆棧中彈出一個(gè)種子，作為當(dāng)前的種子點(diǎn)。
步驟3，沿當(dāng)前種子點(diǎn)所在的掃描線從種子點(diǎn)開(kāi)始向左側(cè)逐個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行填色，直到區(qū)域
邊界，像素點(diǎn)顏色值置為new color,填充區(qū)段左端點(diǎn)記為xl。
步驟4，類似步驟3的操作向右填充，相應(yīng)地獲得一右端點(diǎn)值記為xr。
步驟5，分別確定與當(dāng)前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上位于給定的區(qū)段[xl; xr]內(nèi)含
于區(qū)域的區(qū)段。如果有這樣的區(qū)段，則取區(qū)段的右端點(diǎn)為新的種子點(diǎn)壓入堆棧(這樣的
區(qū)段可不止一個(gè))。如果區(qū)段內(nèi)的像素點(diǎn)值為new color或者邊界像素點(diǎn)顏色值為
boundary color,則不產(chǎn)生新的種子點(diǎn)入棧。
步驟6，如果種子了點(diǎn)堆棧非空則轉(zhuǎn)步驟2;否則算法結(jié)束。
上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要 求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種面向大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析方法，其特征在于步驟如下(1)、確定待研究的淹沒(méi)區(qū)域首先，圈定一個(gè)最大的可能淹沒(méi)范圍，并且將河流兩岸分成左右兩半分別進(jìn)行處理，靠河流邊的邊界處理為淹沒(méi)區(qū)的進(jìn)水邊界；其次，根據(jù)國(guó)家測(cè)繪局提供的1∶1萬(wàn)的DEM數(shù)據(jù)，對(duì)洪水最大可能淹沒(méi)范圍進(jìn)行剪裁，得到的區(qū)域就是所需要進(jìn)行淹沒(méi)分析研究的范圍；(2)、生成所需的格網(wǎng)模型(2.1)、三角單元格網(wǎng)模型，將研究區(qū)的DEM轉(zhuǎn)換為T(mén)IN模型，提取三角單元格網(wǎng)，并對(duì)每個(gè)三角網(wǎng)格賦高程值，高程值按3個(gè)頂點(diǎn)從GRID上取得的高程值取平均求得，生成的三角格網(wǎng)就是要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的三角單元格網(wǎng)模型；(2.2)、任意多邊形格網(wǎng)模型，將研究區(qū)的DEM轉(zhuǎn)換為幾何特征圖層，在處理時(shí)自動(dòng)將具有相同高程并且相鄰的單元合并為一個(gè)多邊形，多邊形的高程自動(dòng)取GRID的高程值，生成的多邊形格網(wǎng)就是要進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析的任意多邊形格網(wǎng)模型，；(3)、基于格網(wǎng)模型的洪水淹沒(méi)連通算法對(duì)洪水淹沒(méi)區(qū)域連通性，洪水淹沒(méi)的連通性算法采用有種子點(diǎn)的填充算法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析方法，其特征在于種子點(diǎn)的填充算法步驟先給定區(qū)域內(nèi)一點(diǎn)，稱為種子點(diǎn)，對(duì)種子點(diǎn)賦予指定的顏色，并將這種顏色擴(kuò)充到區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)，區(qū)域填充的掃描線算法由如下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)步驟l:設(shè)置一空的堆棧，將預(yù)先給定的種子點(diǎn)(x,y)壓入堆棧； 步驟2:彈出棧頂元素(x， y)作為當(dāng)前種子點(diǎn)；步驟3:沿當(dāng)前種子點(diǎn)所在的掃描線從種子點(diǎn)開(kāi)始向左側(cè)逐個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行填色，直到區(qū)域 邊界，像素點(diǎn)顏色值置為new color,填充區(qū)段左端點(diǎn)記為xl;步驟4:類似步驟3的操作向右填充，相應(yīng)地獲得一右端點(diǎn)值記為xr;步驟5:分別確定與當(dāng)前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上位于給定的區(qū)段[xl; xr]內(nèi)含 于區(qū)域的區(qū)段，如果有這樣的區(qū)段，則取區(qū)段的右端點(diǎn)為新的種子點(diǎn)壓入堆棧，如果區(qū)段內(nèi) 的像素點(diǎn)值為new color或者邊界像素點(diǎn)顏色值為boundary color,則不產(chǎn)生新的種子點(diǎn)入 棧；步驟6:如果種子了點(diǎn)堆棧非空則轉(zhuǎn)步驟2;否則算法結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向大城市災(zāi)害展示中的洪澇淹沒(méi)分析方法，具體步驟如下確定待研究的淹沒(méi)區(qū)域首先，圈定一個(gè)最大的可能淹沒(méi)范圍，并且將河流兩岸分成左右兩半分別進(jìn)行處理，靠河流邊的邊界處理為淹沒(méi)區(qū)的進(jìn)水邊界；其次，根據(jù)國(guó)家測(cè)繪局提供的1∶1萬(wàn)的DEM數(shù)據(jù)，對(duì)洪水最大可能淹沒(méi)范圍進(jìn)行剪裁，得到的區(qū)域就是所需要進(jìn)行淹沒(méi)分析研究的范圍；生成所需的格網(wǎng)模型基于格網(wǎng)模型的洪水淹沒(méi)連通算法采用有種子點(diǎn)的填充算法。本發(fā)明有益的效果是洪水淹沒(méi)的特性與格網(wǎng)的這種大小分布特性是一致的，采用這種格網(wǎng)能更好地模擬洪水的淹沒(méi)特性；采用三角單元格網(wǎng)和任意多邊形格網(wǎng)模型能夠更好地模擬這種不規(guī)則的邊界。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101188022SQ20071030058
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者健 吳, 吳朝暉, 周少林, 尹建偉, 煒 施, 瑩 李, 鄧水光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)