[發明專利]一種基于三角形面片的匯水區劃分方法

有效

• 申請號: 201210384805.1
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102915547A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 吳立新;李志鋒;張振鑫
• 申請（專利權）人: 吳立新;李志鋒;張振鑫
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到基于數字高程模型(Digital?Elevation?Model，DEM分不規則三角網(Triangulated?Irregular?Network，TIN)和柵格兩種表達方式)的匯水區劃分方法。更具體地，涉及一種基于三角形面片的匯水區劃分方法。

背景技術

匯水區，或稱集水區域、集水盆地、流域盆地，是指地表徑流或其他物質匯聚到一共同出水口的過程中所流經的地表區域，它是一個封閉的區域。出水口是指水流離開匯水區域的點，是匯水區域邊界上的最低點。匯水區中存在比周圍地表低洼的地形稱為洼地。

匯水區是水文分析的基礎，也是流域及洪澇等領域研究的基本單元。當前，基于DEM的匯水區劃分方法有兩大類型：基于柵格和基于不規則三角網。其中，由于柵格數據結構簡單，算法處理方便，基于柵格的匯水區劃分算法較多。如Band(1986)和Qian(1990)等提出的用矩形窗口掃描DEM矩陣確定洼地方法；O’Callaghan和Mark(1984)提出的基于地表徑流漫流模型，模擬水流進而確定分水線，劃分匯水區域。而其中水流方向算法又有：基于單向水流的D8法、DEMON法和D∞法，基于多向水流的Quinn法和Freeman法等。但是，基于三角形面片的數字地表能夠更逼近真實地形，尤其是對復雜地表TIN表達效果更好。故基于TIN進行相關的水文分析能夠得到更為準確的結果。劉學軍于2008年在《水利學報》第39卷第1期上的《基于不規則三角網的河網提取算法》提出了一種基于不規則三角網的河網水系提取算法，周啟鳴于2011年在《Water?Resource?Research》第47期上的《Estimating?surface?flowpaths?on?a?digital?elevation?model?using?a?triangular?facet?network》基于三角形的DEM模擬了表面水流路徑。但以上均未給出基于三角形面片的匯水區生成算法。

綜上，目前匯水區劃分多是基于柵格DEM的方法，而基于三角形面片的匯水區劃分較為少見。本發明專利顧及水流規律，提出了一種三角形面片上的面-點-邊-點匯流模式，基于該模式給出了匯流路徑提取方法、匯水區(多級)劃分和出水口判斷的技術方法。

發明內容

(一)解決的技術問題

當前的水文分析多基于柵格DEM，準確性和靈活性欠佳，而基于TIN的DEM能較好的逼近真實地表，但針對其的匯水區(多級)劃分，并未給出相應的解決方法。本發明專利基于三角形面片給出了匯流路徑提取、匯水區(多級)劃分和匯水區出水口判斷的技術方法，該方法可應用于TIN表示的數字地表(包含基于約束不規則三角形網(CD-TIN)表達的復雜地表)。

(二)技術方案

為便于后文闡述，現對相關術語解釋如下：

上游三角形：指按照下文技術方案的匯流模式，所有沿匯流路徑匯流到某頂點的三角形稱為該頂點的上游三角形；其中，各三角形高程最低頂點的上游三角形初始標示為它所在的三角形。

一級匯水區：指基于TIN地表按照下文技術方案的匯流模式，首次劃分形成的封閉地表區域。

匯水區出水口：指匯水區的邊緣點中高程值最低的點。

低洼頂點：指匯水區中高程值低于出水口的頂點；其中，匯水區內局部高程最低的低洼頂點稱為局部洼地點。

父級匯水區：指相對于上一級匯水區的劃分，按照上一級匯水區的出水口高程值填平上一級匯水區內的低洼頂點，然后按照下文技術方案的匯流模式，再次劃分形成的封閉地表區域。如，一級匯水區向上劃分后的父級匯水區為二級匯水區，二級匯水區的子匯水區為一級匯水區，依此類推。

多級匯水區：指相對于一級匯水區而言，根據一級匯水區的劃分結果，按照下文技術方案的多級匯水區劃分方法形成的二級匯水區、三級匯水區等，統稱為多級匯水區。

1、匯流路徑提取是匯水區劃分的前提，根據三角形面片上的水匯流到各三角形高程最低頂點，沿著三角形邊匯流到鄰近的邊坡度最陡頂點，直到匯流終點；根據該匯流方式標示的三角形各頂點的匯流水量由低到高追蹤提取匯流路徑。本技術方案涉及的基于三角形面片的水匯流到最低點后沿坡度最陡邊匯流的面-點-邊-點匯流模式的匯流路徑提取方法，主要包含以下幾個步驟：

(1)初始化區域內所有的三角形頂點，統一標示各頂點的初始水量為a；

(2)遍歷區域內每個三角形，將各三角形的水匯集到該三角形高程最低的頂點，即各最低點的標示水量為3a，其余兩個頂點的標示水量不變為a；存儲各三角形的最低點到鏈表L中，并按其高程由高到低排序；