本發(fā)明屬于流體力學(xué)和環(huán)境模擬領(lǐng)域，涉及一種流域大尺度復(fù)雜河網(wǎng)海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的繪編方法。
背景技術(shù)：
：網(wǎng)格是將整體單元離散化，進(jìn)行有限元數(shù)值模擬計(jì)算的前提。隨著以有限元數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)的流體力學(xué)計(jì)算與二三維水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的不斷發(fā)展，以及環(huán)境管理對(duì)流域性大尺度高精度模擬計(jì)算的需要，構(gòu)建高精度的海量網(wǎng)格，滿足計(jì)算范圍隨時(shí)變動(dòng)、計(jì)算精度不斷變化等的需求，如何繪制一套高精度的海量的網(wǎng)格體系，并基于這套網(wǎng)格滿足不斷變化的計(jì)算需求，是當(dāng)前環(huán)境管理與模擬分析所面臨的重要問題，也是提高網(wǎng)格體系的可重復(fù)利用性、減少數(shù)值模擬前期工作，提高模擬效率的重要技術(shù)問題。數(shù)值離散計(jì)算中，通過將計(jì)算區(qū)域劃分為較小的、不重疊的計(jì)算單元，單元的大小和數(shù)量決定了計(jì)算的精度和速度，網(wǎng)格越小計(jì)算精度越高，但會(huì)使得網(wǎng)格數(shù)量越大，降低計(jì)算效率。流域性水環(huán)境計(jì)算的需求，從單一河道不斷向全流域的河網(wǎng)擴(kuò)展。流域河網(wǎng)各個(gè)河道流向不同，匯流情況復(fù)雜。目前已有的網(wǎng)格繪制工具在生成適應(yīng)于離散數(shù)值計(jì)算的規(guī)則網(wǎng)格時(shí)，采用二維平面直角坐標(biāo)系，以正東方向?yàn)閄軸(i方向)、以正北方向?yàn)閅軸(j方向)，對(duì)所繪制的網(wǎng)格按照i、j方向進(jìn)行連續(xù)編號(hào)。這種方法通過i、j的大小，能方便的獲知各網(wǎng)格的上下左右的空間相鄰關(guān)系，從而進(jìn)行離散化空間求解。但在復(fù)雜河網(wǎng)中，由于不同的河段沿著不同的方向延伸，而要保證i、j的連續(xù)性，i、j的最大值im、jm由具有同一延伸方向的整體河道長度決定，網(wǎng)格的總數(shù)為im*jm，一旦i和j方向的河道較長，精度要求較高，im*jm值將非常大。雖然目前生成有限元結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的方法和技術(shù)已經(jīng)非常成熟，出現(xiàn)了一系列的商業(yè)級(jí)的軟件如delft3d、EFDC、Seagrid、CAD等。這些軟件不僅能進(jìn)行正交網(wǎng)格的繪制，還具有網(wǎng)格平滑、正交、刪減等方法可以用來對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)或編輯。但已有的規(guī)則網(wǎng)格繪制技術(shù)和軟件，受限于計(jì)算機(jī)內(nèi)存和硬件條件的限制，一次性能繪制的網(wǎng)格個(gè)數(shù)有限。在進(jìn)行大流域河網(wǎng)的規(guī)則網(wǎng)格繪制中，完全無法滿足高精度的交叉河網(wǎng)的網(wǎng)格需求。同時(shí)，利用規(guī)則網(wǎng)格的二維編碼方式，在河網(wǎng)地區(qū)，將出現(xiàn)大量的無效網(wǎng)格，這些網(wǎng)格不在河道范圍內(nèi)，屬于陸地范圍，但由于規(guī)則網(wǎng)格i、j方向的編碼方式，同樣會(huì)被網(wǎng)格覆蓋，造成網(wǎng)格單元的浪費(fèi)和離散迭代計(jì)算量的增加。而隨著計(jì)算需求的不斷變化，對(duì)能動(dòng)態(tài)滿足計(jì)算需求要求，可增可減、可粗可細(xì)的網(wǎng)格繪制與編輯方法，更是成為當(dāng)前數(shù)值模擬領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種流域大尺度復(fù)雜河網(wǎng)海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的繪編方法，該方法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜河網(wǎng)區(qū)域的高精度海量網(wǎng)格繪制，可滿足計(jì)算范圍隨時(shí)變動(dòng)、計(jì)算精度不斷變化的網(wǎng)格構(gòu)建需求。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一、一種流域大尺度復(fù)雜河網(wǎng)海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的繪編方法，包括：S1識(shí)別流域水系體的結(jié)構(gòu)層和邊界范圍層，本步驟具體為：基于DEM數(shù)據(jù)，識(shí)別流域水系，提取流域水系結(jié)構(gòu)層，識(shí)別流域水系邊界范圍層；S2對(duì)流域水系河道進(jìn)行分段獲得河段，本步驟具體為：將流域水系邊界范圍層中待計(jì)算河道分為干流河道、支流河道和匯流河道，其中：以匯流河道為節(jié)點(diǎn)對(duì)干流河道進(jìn)行分段，得干流河段；支流河道上游邊界到該支流河道與干流河道的入?yún)R處的支流河道即支流河段；一個(gè)匯流河道即一個(gè)匯流河段；S3分別繪制各河段的二維規(guī)則網(wǎng)格，并對(duì)各河段中網(wǎng)格分別編碼，本步驟具體為：繪制河段的二維規(guī)則網(wǎng)格，對(duì)河段中網(wǎng)格進(jìn)行編碼得網(wǎng)格的原始二維編碼；所繪制的網(wǎng)格信息包括網(wǎng)格編碼、網(wǎng)格坐標(biāo)(x，y)及網(wǎng)格z值，z為網(wǎng)格的河底高程；其中：干流河段和匯流河段的網(wǎng)格編碼具體為：以干流河道水流方向?yàn)閕方向，j方向垂直i方向且指向干流河道左側(cè)；將當(dāng)前河段上游邊界右岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)；分別沿i、j方向，采用(i,j)對(duì)其他網(wǎng)格依次連續(xù)編碼；左側(cè)支流河段的網(wǎng)格編碼具體為：以左側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R處到該左側(cè)支流河段的上游方向?yàn)閖'方向；將左側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R邊界右岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)；分別沿i、j'方向，采用(i,j')對(duì)其他網(wǎng)格依次連續(xù)編碼；右側(cè)支流河段的網(wǎng)格編碼具體為：以右側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R處到該右側(cè)支流河段的上游方向?yàn)閖″方向；將右側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R邊界左岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)；分別沿i、j″方向，采用(i,j″)對(duì)其他網(wǎng)格依次連續(xù)編碼；左側(cè)支流河段和右側(cè)支流河段分別指從左側(cè)和右側(cè)入?yún)R到干流河道的支流河道；S4二維規(guī)則網(wǎng)格的二維化整編，獲得網(wǎng)格的整體二維編碼(I,J)，本步驟進(jìn)一步包括：4.1找出所有右側(cè)支流河段網(wǎng)格的原始二維編碼中的最大j″值，記為j″max，以j＝j(luò)″max為起始邊，該起始邊的j方向整體編碼J記為1；沿著j方向搜索，每跨過一個(gè)j，j方向整體編碼J加1，直至左側(cè)支流河段最上游邊界；4.2沿著干流河道水流方向，以最上游干流河段的i＝1邊為起始邊，該起始邊的i方向整體編碼I記為1；沿著i方向搜索，每跨過一個(gè)i，i方向整體編碼I加1，直至干流河道最下游邊界；4.3(1,1)至(Imax,Jmax)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格構(gòu)成整體網(wǎng)格，Imax、Jmax分別為i方向和j方向整體編碼中最大值；計(jì)算整體網(wǎng)格中各網(wǎng)格的干濕網(wǎng)格判斷變量MFS，若x*y*z＞0，網(wǎng)格的MFS＝1；否則，MFS＝0；S5二維規(guī)則網(wǎng)格的一維化整編，獲得網(wǎng)格的一維編號(hào)，具體為：以網(wǎng)格(I,1)為掃描起點(diǎn)，I依次取1、2、…Imax，沿著j方向?qū)W(wǎng)格逐一掃描直至J＝Jmax，若掃描到的當(dāng)前網(wǎng)格的MFS＝1，當(dāng)前一維編號(hào)加1作為當(dāng)前網(wǎng)格的一維編號(hào)，同時(shí)采用當(dāng)前網(wǎng)格的一維編號(hào)更新當(dāng)前一維編號(hào)，然后掃描下一網(wǎng)格；當(dāng)前一維編號(hào)初始值設(shè)為0，即令網(wǎng)格(1,1)的一維編號(hào)為0；若掃描到的當(dāng)前網(wǎng)格的MFS＝0，直接掃描下一網(wǎng)格；S6構(gòu)建一維網(wǎng)格關(guān)系，所述的一維網(wǎng)格關(guān)系包括各網(wǎng)格的一維編號(hào)、原始二維編碼、以及各網(wǎng)格上游、下游、左側(cè)、右側(cè)四個(gè)相鄰網(wǎng)格的一維編號(hào)。步驟S2中，還包括對(duì)河段進(jìn)行編碼，其中：干流河道的編碼規(guī)則為：從上游到下游，按數(shù)值連續(xù)遞增方式對(duì)干流河段順次編號(hào)，基于編號(hào)獲得干流河段編碼；支流河道的編碼規(guī)則為：根據(jù)支流河段和干流河道的位置關(guān)系以及與支流河段相交的干流河段編號(hào)對(duì)支流河段進(jìn)行編碼；位置關(guān)系即支流河段在干流河道的左側(cè)或右側(cè)；匯流河道的編碼規(guī)則為：根據(jù)與匯流河段相鄰的干流河段編號(hào)對(duì)匯流河段進(jìn)行編碼。上述干流河段編碼包括前綴M和編號(hào)。上述支流河段編碼包括前綴JL或JR、以及與支流河段相交的干流河段的編號(hào)，其中，JR表示支流河段位于干流河道的右側(cè)，JL表示支流河段位于干流河道的左側(cè)。上述匯流河段編碼包括前綴JH以及與匯流河段相鄰的干流河段編號(hào)。作為一種具體實(shí)施方式，完成河段進(jìn)行編碼后，還構(gòu)建河段位置關(guān)系表，所述的河段位置關(guān)系表包括各河段的編碼、類型、上游河段編碼、下游河段編碼、左側(cè)入?yún)R河段編碼和右側(cè)入?yún)R河段編碼。作為優(yōu)選，步驟3中，二維規(guī)則網(wǎng)格邊長不小于河道寬度的1/10。二、根據(jù)上述海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的增加方法，用于增加干流河段，包括：延長干流河道的上游第一個(gè)或下游最后一個(gè)河段，涵蓋至需要增加位置，當(dāng)前河段位置關(guān)系表保持不變；按照上述步驟S3重新繪制延長后干流河段的二維規(guī)則網(wǎng)格，并對(duì)二維規(guī)則網(wǎng)格進(jìn)行編碼；按照上述步驟S4～S6構(gòu)建增加干流河段后的新一維網(wǎng)格體系。三、根據(jù)上述海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的增加方法，用于增加支流河段，包括：按照上述步驟S2所示方法對(duì)增加支流河段后的流域水系河道重新進(jìn)行分段和編碼，并更新當(dāng)前河段位置關(guān)系表；按照上述步驟S3繪制增加的支流河段的二維規(guī)則網(wǎng)格，并對(duì)二維規(guī)則網(wǎng)格進(jìn)行編碼；按照上述步驟S4～6構(gòu)建增加支流河段后的新一維網(wǎng)格體系。四、根據(jù)上述海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的粗化方法，包括：S1按照實(shí)際網(wǎng)格計(jì)算需求，確定粗化比例n，n為正整數(shù)；S2從一維編號(hào)為1的網(wǎng)格開始，按照一維編號(hào)從小到大的順序遍歷所有網(wǎng)格，標(biāo)記所有網(wǎng)格的頂點(diǎn)及其坐標(biāo)；對(duì)原始二維編碼為(i,j)的網(wǎng)格，沿逆時(shí)針方向?qū)⒕W(wǎng)格的頂點(diǎn)依次標(biāo)記為點(diǎn)(i,j)、(i+1,j)、(i+1,j+1)、(i,j+1)，頂點(diǎn)(i,j)表示網(wǎng)格左下頂點(diǎn)；S3根據(jù)粗化比例粗化網(wǎng)格，本步驟進(jìn)一步包括：3.1以i＝1的頂點(diǎn)中j值最小的頂點(diǎn)為起點(diǎn)；3.2將起點(diǎn)標(biāo)記為(i0,j0)，沿j方向掃描頂點(diǎn)，直至j值最大的頂點(diǎn)，獲得粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)；將沿j方向的第k+1個(gè)粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)按逆時(shí)針順次標(biāo)記為(i0,j0+k·n)、(i0+n,j0+k·n)、(i0+n,j0+(k+1)·n)、(i0,j0+(k+1)·n)，頂點(diǎn)(i0,j0+k·n)為粗化網(wǎng)格左下頂點(diǎn)，k為自然數(shù)；3.3令i＝i+n，以當(dāng)前i所對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)中j值最小的頂點(diǎn)為起點(diǎn)，然后執(zhí)行子步驟3.2；S4對(duì)粗化網(wǎng)格進(jìn)行二維編碼，即粗化網(wǎng)格的原始二維編碼由粗化前的(i+n·k,j+n·k)變?yōu)?i+k,j+k)，按照權(quán)利要求1步驟S4～6方法完成粗化網(wǎng)格的一維化整編并構(gòu)建一維網(wǎng)格關(guān)系。本發(fā)明基于已有的二維規(guī)則網(wǎng)格繪制和編碼方法，對(duì)河網(wǎng)進(jìn)行分段，分別繪制二維網(wǎng)格；通過整編和一維化技術(shù)形成河網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的高精度一維化網(wǎng)格；基于該網(wǎng)格體系，在網(wǎng)格增加、粗化技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)變化的計(jì)算網(wǎng)格。本發(fā)明在公告號(hào)為CN104200045B的中國專利的技術(shù)基礎(chǔ)上做進(jìn)一步完善，使得適應(yīng)于構(gòu)建海量網(wǎng)格體系，以支撐流域大尺度的高精度數(shù)值模擬計(jì)算。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：(1)基于已有的網(wǎng)格繪制軟件，在其能完成的網(wǎng)格量繪制的基礎(chǔ)上，通過對(duì)流域復(fù)雜河網(wǎng)分段和編碼，按照分段分別進(jìn)行二維規(guī)則網(wǎng)格繪制，避免了現(xiàn)有技術(shù)和軟件無法一次性完成大流域復(fù)雜河網(wǎng)精細(xì)海量網(wǎng)格繪制的問題。(2)基于分段繪制的二維規(guī)則網(wǎng)格，通過二維網(wǎng)格整編與一維化處理和一維化空間關(guān)系設(shè)置，既剔除了網(wǎng)格體系中非河道內(nèi)的計(jì)算網(wǎng)格、極大地減少了網(wǎng)格總數(shù)、降低了非計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格帶來的迭代浪費(fèi)；又保留了網(wǎng)格的空間位置關(guān)系，不影響離散方程的求解和計(jì)算。(3)基于構(gòu)建的一維化的精細(xì)網(wǎng)格體系和分段繪編方法，能對(duì)網(wǎng)格體系的網(wǎng)格進(jìn)行任意的增加和任意比例的粗化，不需要根據(jù)研究范圍的變動(dòng)重新進(jìn)行網(wǎng)格的生成，極大地提高了網(wǎng)格的可重復(fù)利用性，提高了離散數(shù)值模擬的前處理速度。附圖說明圖1為本發(fā)明的具體流程圖；圖2為實(shí)施例中復(fù)雜河網(wǎng)分段編碼規(guī)則示意圖；圖3為實(shí)施例中分段繪制的二維規(guī)則網(wǎng)格；圖4為實(shí)施例中河段整體編碼的整編；圖5為實(shí)施例中河段整體一維化編碼過程；圖6為實(shí)施例中河段二維網(wǎng)格關(guān)系與一維化網(wǎng)格關(guān)系；圖7為實(shí)施例中繪制的一維化網(wǎng)格；圖8為實(shí)施例中增加河段后的河段編碼；圖9為實(shí)施例中增加河段后的一維化網(wǎng)格體系；圖10為網(wǎng)格2倍粗化過程示意圖，左圖表示粗化前網(wǎng)格，右圖表示粗化后網(wǎng)格；圖11為實(shí)施例中長江河網(wǎng)網(wǎng)格2倍粗化，其中，圖(a)表示粗化前網(wǎng)格體系，圖(b)表示粗化后網(wǎng)格體系。圖7、9、11中，X軸表示正東方向，即i方向；Y軸表示正北方向，即j方向。具體實(shí)施方式本發(fā)明流域大尺度復(fù)雜河網(wǎng)海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的繪編方法，是流域大尺度計(jì)算區(qū)域的規(guī)則網(wǎng)格的分段繪制和統(tǒng)一整編的二維化網(wǎng)格繪制與一維化整編技術(shù)。該技術(shù)的在專利號(hào)ZL201410476611.3中步驟1到步驟4的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行修改完善的技術(shù)。通過對(duì)研究范圍內(nèi)的河道關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，劃分出主干支流河道、并依據(jù)河道的長度對(duì)河道進(jìn)行分段處理和編號(hào)，得到分段的具有相互關(guān)系的河段信息表Table_Rnet；利用已有的網(wǎng)格繪制工具，按河段分別繪制流域范圍內(nèi)不同區(qū)段的二維網(wǎng)格，得到每個(gè)河段的二維網(wǎng)格數(shù)據(jù)；根據(jù)不同河段之間的相鄰關(guān)系，對(duì)所有繪制的河段網(wǎng)格按照區(qū)域位置進(jìn)行統(tǒng)一的一維編號(hào)，實(shí)現(xiàn)所有分開繪制網(wǎng)格的統(tǒng)一化整編。由此獲得計(jì)算范圍內(nèi)的一維化分段整編的網(wǎng)格體系。本發(fā)明海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的增加方法，是在已有的一維化分段整編的網(wǎng)格體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際計(jì)算需要，對(duì)網(wǎng)格體系進(jìn)行增減的編輯技術(shù)。根據(jù)實(shí)際計(jì)算需要，確定需要進(jìn)行網(wǎng)格修改的區(qū)域位置，對(duì)網(wǎng)格體系進(jìn)行增加，并依次修改Table_Rnet中網(wǎng)格塊的相互關(guān)系，重新規(guī)整編號(hào)，形成新的網(wǎng)格體系。本發(fā)明海量精細(xì)規(guī)則網(wǎng)格的粗化方法，是在已有的最終編輯并確定的網(wǎng)格體系的基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)格的精度進(jìn)行按比例放大的技術(shù)。根據(jù)計(jì)算效率的需要，如現(xiàn)有網(wǎng)格精度無法滿足計(jì)算效率的要求，需要進(jìn)行粗化處理，則在現(xiàn)有網(wǎng)格精度及其計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，確定參與計(jì)算的網(wǎng)格的粗化比例，依據(jù)粗化比例，將所有參與計(jì)算的網(wǎng)格粗化，并重新對(duì)粗化后的網(wǎng)格進(jìn)行規(guī)整編號(hào)，形成粗化后的網(wǎng)格體系。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。(一)河網(wǎng)分段編碼(1)干流河道編碼基于實(shí)際河網(wǎng)關(guān)系，概化識(shí)別河網(wǎng)邊界及其相互關(guān)系。見圖2，圖2所示為三峽庫區(qū)長江干流以及嘉陵江、烏江和香溪河等三條支流河道。三條支流河道截?cái)喔闪骱拥?，將干流河道分?段河段，從上游到下游將干流河道各河段依次編碼為M1、M2、M3、M4。(2)支流河道編碼從干流河道上游到下游，按照先上游后下游的順序，依次對(duì)支流河段編碼。嘉陵江位于長江左側(cè)，處于河段M1和M2之間，因此嘉陵江河段編碼為JL01_02；烏江位于長江右側(cè)，處于河段M2和M3之間，烏江河段編碼為JR02_03；香溪河位于長江左側(cè)，處于河段M3和M4之間，香溪河河段編碼為JL03_04。(3)匯流河道編碼匯流河道即匯流區(qū)，匯流區(qū)即干流河道和支流河道的交匯處，其范圍由支流河道左右兩岸邊界向干流河道延伸，直到干流河道對(duì)岸的相交區(qū)域組成。每條支流河道與干流河道都有一個(gè)匯流區(qū)，一個(gè)匯流區(qū)即一個(gè)匯流河段。從上游到下游對(duì)匯流河段依次編碼。圖2中，嘉陵江與干流河道的匯流區(qū)處于M1和M2之間，因此編碼為JH01_02；烏江與干流河道的匯流區(qū)編碼為JH02_03；香溪河與干流河道的匯流區(qū)編碼為JH03_04。(4)河段關(guān)系構(gòu)建基于上述三步的編碼，構(gòu)建圖2的河段位置關(guān)系表Table_Rnet，見表1。表1河段位置關(guān)系表Table_Rnet表1中，“①”表示干流河段，即水流沿著i方向增大的河段類型；“②”表示水流沿著i方向減小的河段類型；“③”表示右側(cè)支流河段，即水流沿著j方向增大的河段；“④”表示左側(cè)支流河段，即水流沿著j方向減少的河段；“⑤”表示匯流區(qū)河段；“0”表示不存在。這里j方向指垂直i方向且指向干流河段左側(cè)的方向。本文中所述左側(cè)和右側(cè)以面向河道下流為準(zhǔn)。(二)河段網(wǎng)格的繪制和整編(1)二維規(guī)則網(wǎng)格的繪制在delft3d等二維規(guī)則網(wǎng)格繪制工具中，分別繪制各河段的二維規(guī)則矩形網(wǎng)格。見圖3，對(duì)干流河段和匯流河段的網(wǎng)格，分別按如下方法編碼：以干流河道水流方向?yàn)閕方向，j方向垂直i方向且指向干流河道左側(cè)，將當(dāng)前河段上游邊界右岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)，沿著i、j方向，采用(i,j)對(duì)其他網(wǎng)格連續(xù)編碼。(i,j)中i、j分別表示網(wǎng)格在i、j方向的位置序號(hào)。某網(wǎng)格在i和j方向分別位于第3和第4，則該網(wǎng)格編碼為(3,4)。對(duì)左側(cè)支流河段的網(wǎng)格，分別按如下方法編碼：以干流河道水流方向?yàn)閕方向，以左側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R處到該左側(cè)支流河段的上游方向?yàn)閖'方向，將左側(cè)支流河段與干流河道入?yún)R邊界右岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)，沿著i、j'方向，采用(i,j')對(duì)其他網(wǎng)格連續(xù)編碼。(i,j')中i、j'分別表示網(wǎng)格在i、j'方向的位置序號(hào)。對(duì)右側(cè)支流河段的網(wǎng)格，分別按如下方法編碼：以干流河道水流方向?yàn)閕方向，以右側(cè)支流河段和干流河道入?yún)R處到該右側(cè)支流河段的上游方向?yàn)閖″方向，將右側(cè)支流河段和干流河道入?yún)R邊界左岸的網(wǎng)格作為起始網(wǎng)格，并編碼為(1,1)，沿著i、j″方向，采用(i,j″)對(duì)其他網(wǎng)格連續(xù)編碼。(i,j″)中i、j″分別表示網(wǎng)格在i、j″方向的位置序號(hào)。本步驟所得網(wǎng)格編碼即網(wǎng)格的原始二維編碼。二維規(guī)則網(wǎng)格的繪制精度即網(wǎng)格邊長L，L至少為河寬W的1/10。相鄰河段網(wǎng)格不重疊，但相鄰邊重合。令I(lǐng)Mk、JMk分別表示干流河段M1在i、j方向的網(wǎng)格數(shù)。對(duì)河段JH01_02，其i＝1的邊(即JH01_02河段的第一條邊)與河段M1中i＝IMk的邊(即河段M1的最后一條邊)完全重合，該重合邊上網(wǎng)格數(shù)和節(jié)點(diǎn)位置完全一致。本步驟繪制的二維規(guī)則網(wǎng)格信息包括網(wǎng)格編碼、網(wǎng)格坐標(biāo)(x，y)以及其z值，其中，(x，y)為網(wǎng)格的地理投影坐標(biāo)，z為網(wǎng)格的河底高程。(2)二維規(guī)則網(wǎng)格的二維化整編1)j方向整編對(duì)各河段，其網(wǎng)格將會(huì)依次編碼為(1,1)至(IMk,JMk)，IMk、JMk表示河段在i、j方向的網(wǎng)格數(shù)。將所有河段網(wǎng)格的原始二維編碼進(jìn)行整編，使網(wǎng)格具有連續(xù)的整體二維編碼。圖4中，烏江河段JR02_03類型記為③，其中網(wǎng)格原始二維編碼的最大j″值記為JMTR02_03，以j＝JMTR02_03為起始邊，將該起始邊在j方向的整體編碼記為J1，J1＝1。沿著烏江向干流河道搜索，每跨過一個(gè)j，j方向整體編碼J加1，直到烏江河段JR02_03與匯流河段JH02_03的交界邊，烏江河段檢索完成。烏江河段JR02_03中網(wǎng)格j方向整體編碼J＝JMTR02_03-j″ini+1，j″ini表示當(dāng)前網(wǎng)格的原始二維編碼中j″值。若存在其余類型為③的河段，其整體編碼J同樣采用式J＝JMTR02_03-j″ini+1計(jì)算。烏江河段檢索完成，將烏江河段JR02_03與匯流河段JH02_03交界邊的j方向整體編碼記為J2，J2＝JMTR02_03。沿著j方向?qū)R流河段JH02_03中網(wǎng)格繼續(xù)搜索，每跨過一個(gè)j，j方向整體編碼J加1，直到匯流河段JH02_03對(duì)岸J3，J3即匯流河段JH02_03左側(cè)邊界的j方向整體編碼，J3＝JMTR02_03+JMJH02_03，JMJH02_03為匯流河段JH02_03中網(wǎng)格的原始二維編碼的最大j值。同樣的，類型為①、②與⑤的河段網(wǎng)格的j方向整體編碼J＝j(luò)ini+J2-1，jini表示當(dāng)前網(wǎng)格的原始二維編碼中j值，J表示當(dāng)前網(wǎng)格的j方向整體編碼。類型為④的河段，其網(wǎng)格的j方向整體編碼J＝j(luò)'ini+J3-1，j'ini表示當(dāng)前網(wǎng)格的原始二維編碼中j'值。2)i方向整編沿著干流河道水流方向，以位于最上游的干流河段的最上游邊界i＝1為起始邊，將該起始邊在i方向的整體編碼記為I1，I1＝1，沿著i方向進(jìn)行i方向整編。圖4中，將河段M1最上游邊界作為起始邊，將河段M1與相鄰河段JH01_02交界邊的i方向整體編碼記為I2，I2＝IMM1，IMM1表示河段M1的i方向網(wǎng)格數(shù)。與河段M1相交的匯流河段JH01_02，其中網(wǎng)格的i方向整體編碼I＝iini+I2-1，其中，iini為當(dāng)前網(wǎng)格的原始二維編碼中i值。河段JL01_02中網(wǎng)格的i方向整體編碼具有同樣的性質(zhì)。依此類推，獲得各河段中網(wǎng)格的i方向整體編碼。從圖4可以看出，整編后的整體二維編碼I和J的最大值分別為I8和J4。在(1,1)至(I8,J4)區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格構(gòu)成整體網(wǎng)格，該區(qū)域中大部分區(qū)域?yàn)榘咨珔^(qū)域，這些白色占用了大量的網(wǎng)格單元，但卻不是有效地河道網(wǎng)格單元。迭代計(jì)算中，白色區(qū)域的存在，極大地降低了計(jì)算效率。為識(shí)別白色區(qū)域(即干網(wǎng)格)和河道區(qū)域網(wǎng)格(濕網(wǎng)格)，在二維化整編過程中，添加干濕網(wǎng)格判斷變量MFS，若網(wǎng)格的x*y*z＞0，則該網(wǎng)格為河道區(qū)域網(wǎng)格，MFS為1；否則MFS為0。(3)二維規(guī)則網(wǎng)格的一維化整編基于整體網(wǎng)格進(jìn)行一維化整編，以剔除不參與計(jì)算的網(wǎng)格單元。見圖5，以整體網(wǎng)格(1,1)為掃描起點(diǎn)，固定I＝1，從J＝1開始沿著j方向?qū)W(wǎng)格逐一掃描，若掃描到的當(dāng)前網(wǎng)格的MFS＝1，當(dāng)前一維編號(hào)加1作為當(dāng)前網(wǎng)格的一維編號(hào)，同時(shí)采用當(dāng)前網(wǎng)格的一維編號(hào)更新當(dāng)前一維編號(hào)，然后掃描下一網(wǎng)格，這里當(dāng)前一維編號(hào)初始值設(shè)為0；若掃描到的當(dāng)前網(wǎng)格的MFS＝0，繼續(xù)掃描下一網(wǎng)格。掃描過程中，一維編號(hào)以1為步長逐漸遞增。當(dāng)掃描到J4時(shí)，令I(lǐng)加1，以(2,1)為掃描起點(diǎn)，繼續(xù)沿著j方向掃描，依此類推，直到完成整體網(wǎng)格的掃描。一維化整編后整體網(wǎng)格，只保留了MFS＝1的河道網(wǎng)格，網(wǎng)格一維編號(hào)之間成1的遞增關(guān)系。(4)一維網(wǎng)格關(guān)系建立見圖6，一維網(wǎng)格關(guān)系由二維網(wǎng)格的相互關(guān)系轉(zhuǎn)換而來。將網(wǎng)格的一維編號(hào)記為(ij)，其對(duì)應(yīng)的原始二維編碼記為(i,j)。一維網(wǎng)格關(guān)系則包括網(wǎng)格的一維編號(hào)(ij)、其對(duì)應(yīng)的原始二維編碼(i,j)、以及其上、下、左、右四個(gè)相鄰網(wǎng)格的一維編號(hào)。圖6中，(ij1)表示網(wǎng)格(ij)左側(cè)網(wǎng)格的一維編號(hào)，該左側(cè)網(wǎng)格的原始二維編碼為(i-1，j)；(ij2)表示網(wǎng)格(ij)右側(cè)網(wǎng)格的一維編號(hào)，該右側(cè)網(wǎng)格的原始二維編碼為(i+1，j)；(ij3)表示網(wǎng)格(ij)下游網(wǎng)格的一維編號(hào)，該下游網(wǎng)格的原始二維編碼為(i，j-1)；(ij4)為網(wǎng)格(ij)上游網(wǎng)格的一維編號(hào)，該上游網(wǎng)格的原始二維編碼為(i，j+1)。若網(wǎng)格(ij1)、(ij2)、(ij3)、(ij4)不存在，則對(duì)應(yīng)的一維編號(hào)記為0?；谏鲜鲞^程，繪制并一維化的三峽庫區(qū)長江干流、嘉陵江、烏江和香溪河的網(wǎng)格見圖7。(三)增加河段網(wǎng)格(1)增加河段在當(dāng)前河段位置關(guān)系表中河段不能滿足實(shí)際計(jì)算需要時(shí)，需增加新河段。本實(shí)施例中，在圖1所示的當(dāng)前河網(wǎng)中，增加澎溪河為新的計(jì)算區(qū)域，見圖8，澎溪河為位于長江左側(cè)的支流，在嘉陵江以下香溪河以上。重新進(jìn)行水系河道的分段編碼，更新Table_Rnet。其中，澎溪河以上的區(qū)域河網(wǎng)關(guān)系不變，對(duì)以下區(qū)域依次進(jìn)行更新。(2)二維規(guī)則網(wǎng)格的二維化整編與一維化整編重復(fù)步驟(2)～(4)依次完成增加澎溪河后網(wǎng)格的二維化整編和一維化整編，構(gòu)建新的網(wǎng)格體系，最終生成的新網(wǎng)格體系見圖9。(四)網(wǎng)格粗化(1)確定粗化比例計(jì)算時(shí)，由于計(jì)算目的和速度要求以及硬件設(shè)備的變化，進(jìn)行離散化求解中對(duì)網(wǎng)格精度要求會(huì)發(fā)生變化。如全流域模擬中，如果計(jì)算目的是為了快速地預(yù)測全河道中水位的變化趨勢，對(duì)速度要求很高。此時(shí)，可以采取粗化網(wǎng)格的方法，減少網(wǎng)格總數(shù)，進(jìn)而降低計(jì)算量，提高計(jì)算速度。設(shè)定粗化的比例為2，即在現(xiàn)有網(wǎng)格基礎(chǔ)上，將當(dāng)前精度的矩形網(wǎng)格邊長擴(kuò)大2倍。(2)搜索網(wǎng)格頂點(diǎn)從一維編號(hào)為1的網(wǎng)格開始，按照一維編號(hào)從小到大的順序遍歷所有網(wǎng)格，獲得網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo)。以當(dāng)前網(wǎng)格左下頂點(diǎn)為起點(diǎn)，按照遍歷的當(dāng)前網(wǎng)格的原始二維編碼(i,j)，將當(dāng)前網(wǎng)格各頂點(diǎn)按逆時(shí)針方向順次標(biāo)記為頂點(diǎn)(i,j)、(i+1,j)、(i+1,j+1)、(i,j+1)，頂點(diǎn)(i,j)、(i+1,j)、(i+1,j+1)、(i,j+1)的坐標(biāo)分別記為(x(i,j),y(i,j))、(x(i+1,j),y(i+1,j))、(x(i+1,j+1),y(i+1,j+1))、(x(i,j+1),y(i,j+1))。(3)根據(jù)粗化比例粗化網(wǎng)格按照粗化比例n對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行粗化，確定粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)。對(duì)各列頂點(diǎn)，以該列中J值最小的頂點(diǎn)為起點(diǎn)，沿著j方向?qū)υ摿许旤c(diǎn)進(jìn)行掃描，獲得粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)。見圖10，將粗化后網(wǎng)格記為A(a,b,c,d)，粗化網(wǎng)格頂點(diǎn)按逆時(shí)針方向順次記為頂點(diǎn)a、b、c、d，a為粗化網(wǎng)格左下頂點(diǎn)，也即起點(diǎn)。本實(shí)施例中，粗化網(wǎng)格A(a,b,c,d)的頂點(diǎn)坐標(biāo)分別如下：a(x,y)=(x(i,j),y(i,j))b(x,y)=(x(i+2,j),y(i+2,j))c(x,y)=(x(i+2,j+2),y(i+2,j+2))d(x,y)=(x(i,j+2),y(i,j+2))---(1)]]>式(1)中，a(x,y)、b(x,y)、c(x,y)、d(x,y)分別表示粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)a、b、c、d的坐標(biāo)；(x(i,j),y(i,j))、(x(i+2,j),y(i+2,j))、(x(i+2,j+2),y(i+2,j+2))、(x(i,j+2),y(i,j+2))分別表示頂點(diǎn)(i,j)、(i+2,j)、(i+2,j+2)、(i,j+2)的坐標(biāo)。以頂點(diǎn)d為起點(diǎn)，沿著j方向繼續(xù)掃描頂點(diǎn)。采用式(1)獲得以d為起點(diǎn)的粗化網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo)，依此往下，直至j方向網(wǎng)格頂點(diǎn)全部檢索完畢。令i＝i+2，以當(dāng)前列中j值最小的頂點(diǎn)為起點(diǎn)(即圖10中頂點(diǎn)b)，沿著j方向繼續(xù)掃描頂點(diǎn)，直到完成全部檢索。④粗化網(wǎng)格的整體二維編碼：對(duì)粗化網(wǎng)格進(jìn)行二維編碼，按照未粗化前的原始二維編碼，由小到大依次編碼，形成粗化網(wǎng)格的原始二維編碼。將粗化網(wǎng)格的原始二維編碼記為(i',j')，則有：式中，(i+2k,j+2k)表示未粗化前網(wǎng)格的原始二維編碼，在原來網(wǎng)格體系中，原始二維編碼為(i+2k,j+2k)的原始網(wǎng)格會(huì)在粗化網(wǎng)格體系中保留，見圖10，其坐標(biāo)值與高程值保持不變。粗化網(wǎng)格的原始二維編碼由粗化前的(i+2k,j+2k)變?yōu)?i+k,j+k)，k為自然數(shù)。在此基礎(chǔ)上，采用上述(二)中方法對(duì)粗化網(wǎng)格依次完成二維化整編和一維化整編。圖11為在繪制的網(wǎng)格基礎(chǔ)上，進(jìn)行2倍粗化的網(wǎng)格體系，其中，圖(a)為粗化前網(wǎng)格體系，圖(b)為粗化后網(wǎng)格體系。本發(fā)明通過對(duì)流域大尺度復(fù)雜河網(wǎng)精細(xì)網(wǎng)格的分塊繪制、按網(wǎng)格的空間拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、將分塊繪制的網(wǎng)格匯成整體網(wǎng)格的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有網(wǎng)格繪制技術(shù)方法受計(jì)算機(jī)硬件內(nèi)存限制無法一次性完成海量網(wǎng)格繪制的問題；通過構(gòu)建基于網(wǎng)格編號(hào)與拓?fù)潢P(guān)系的網(wǎng)格修改技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在繪制的網(wǎng)格體系的任意位置進(jìn)行網(wǎng)格的添加，解決在實(shí)際計(jì)算中由于計(jì)算范圍變動(dòng)而已有網(wǎng)格無法重復(fù)利用的問題，減少網(wǎng)格繪制的工作，增加網(wǎng)格的可利用性；通過構(gòu)建網(wǎng)格粗化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將精細(xì)網(wǎng)格按任意比例進(jìn)行粗化，解決實(shí)際計(jì)算過程中，對(duì)不同計(jì)算位置、不同計(jì)算任務(wù)需要不同精細(xì)程度的網(wǎng)格的需要，提高計(jì)算的效率和減少硬件開銷。當(dāng)前第1頁1 2 3