[發(fā)明專利]基于DEM的城市道路渠網(wǎng)化排水通道制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410149299.7
• 申請(qǐng)日: 2014-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN103927418A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周玉文;劉子龍;劉暢;唐穎;趙見;王宏利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于DEM的城市道路渠網(wǎng)化排水通道制作方法，屬于市政工程信息技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)交叉領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

近年來，城市區(qū)域的內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，基于地理信息系統(tǒng)和水力模型的內(nèi)澇數(shù)值仿真模擬技術(shù)已在城市地表淹水情景模擬以及排水防澇規(guī)劃方面得到了廣泛的應(yīng)用。城市地形的豎向規(guī)劃是城市防澇工程體系建設(shè)的最主要部分，通過地形豎向調(diào)整，使得城市道路發(fā)揮排水通道的作用，引導(dǎo)超標(biāo)降雨形成的地表徑流排入下游水體或蓄水設(shè)施是防澇工程體系常用的工程措施之一。?

目前，傳統(tǒng)的城市道路豎向均是以地形柵格數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行描述，但平面二維柵格化的表達(dá)難以應(yīng)用于對(duì)其斷面尺寸及豎向的規(guī)劃和調(diào)整，每次微調(diào)道路斷面的尺寸或豎向高程時(shí)，若采用柵格DEM模型進(jìn)行表達(dá)，則均需要重現(xiàn)提取地形高程點(diǎn)進(jìn)行空間插值計(jì)算，該過程繁瑣且復(fù)雜，不利于規(guī)劃調(diào)整工作的高效開展。?

城市道路在防澇工程體系中發(fā)揮的作用主要是充當(dāng)渠網(wǎng)化的排水通道，根據(jù)實(shí)際道路的地形特征，同一段道路具有相同的橫斷面形式以及不同的縱斷面坡度變化，其地表的二維水流運(yùn)動(dòng)可近似為一維明渠流動(dòng)。因此，將二維的道路數(shù)字高程模型簡化為一維渠道，在滿足水力模型模擬精度的要求下，將極大地簡化城市防澇規(guī)劃調(diào)整工作的開展。如何根據(jù)高精度的道路DEM模型，快速、準(zhǔn)確地構(gòu)建出與其地形變化相符的一維渠道將是本專利重點(diǎn)闡述的內(nèi)容。?

本專利從內(nèi)澇仿真模型構(gòu)建的需求出發(fā)，基于城市道路的高精度DEM模型，將城市道路矢量面層區(qū)域劃分為高精度的橫豎向規(guī)則網(wǎng)格，并于規(guī)則網(wǎng)格交點(diǎn)處生成節(jié)點(diǎn)矢量圖層；通過道路DEM提取節(jié)點(diǎn)地面高程值，沿道路中線，選擇節(jié)點(diǎn)并擬合道路縱斷面曲線方程；計(jì)算擬合道路縱斷面曲線的斜率，依據(jù)設(shè)定閥值選擇道路縱斷面特征地形點(diǎn)；依據(jù)道路縱斷面特征地形點(diǎn)劃分道路渠網(wǎng)斷面；依據(jù)地形特征提取算法，選擇道路各斷面的特征點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)一維道路渠網(wǎng)化排水通道的構(gòu)建。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要為解決當(dāng)前基于傳統(tǒng)的道路DEM模型開展城市防澇規(guī)劃調(diào)整工作難度高，操作繁瑣復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出了一種基于城市道路高精度DEM模型構(gòu)建出渠網(wǎng)化排水通道的處理方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

基于DEM的城市道路渠網(wǎng)化排水通道制作方法，所述方法依次包含以下步驟：?

(1)基于城市道路矢量多邊形面層，劃分精度為0.1m～1m的規(guī)則網(wǎng)格。基于規(guī)則網(wǎng)格，于交點(diǎn)處構(gòu)建節(jié)點(diǎn)矢量圖層，節(jié)點(diǎn)圖層對(duì)象需包括屬性字段：地面高程、X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，上述字段均設(shè)置為雙精度數(shù)據(jù)類型；?

(2)基于道路高精度數(shù)字高程模型，提取節(jié)點(diǎn)圖層對(duì)象地面高程值，提取方法為基于被采樣節(jié)點(diǎn)的空間XY坐標(biāo)，使用雙線性插值法內(nèi)插節(jié)點(diǎn)的高程數(shù)值；?

(3)道路縱斷面曲線的擬合；?

(3.1)基于道路矢量多邊形圖層，連接節(jié)點(diǎn)圖層對(duì)象，繪制道路中心線的線層矢量圖層，對(duì)道路橫斷面形式發(fā)生變化以及多道路交匯的情況，需劃分為多個(gè)道路中心線矢量對(duì)象；?

(3.2)道路縱斷面曲線的擬合需首先構(gòu)建出沿道路方向和豎向高程的直角坐標(biāo)系，采用局部多項(xiàng)式法對(duì)同一道路中心線矢量圖層對(duì)象所連接的高程點(diǎn)的高程值進(jìn)行回歸分析和曲線擬合，擬合曲線方程形式為n次代數(shù)多項(xiàng)式H=h(X)=a₀+a₁X+…+a_nXⁿ；?

n次代數(shù)多項(xiàng)式的選擇為從低次至高次進(jìn)行優(yōu)選，以曲線擬合的確定系數(shù)大于0.9為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)。通過構(gòu)建最小二乘法的法方程組，矩陣求解出多項(xiàng)式的各項(xiàng)參數(shù)a₀、a_1。。。a_n，從而得到表征道路縱斷面地形變化的n次多項(xiàng)式方程；?

(4)設(shè)置間隔△X=0.1，計(jì)算擬合道路縱斷面曲線的斜率h′(X)，設(shè)定閥值TR，TR值的大小來源于城市道路縱坡設(shè)計(jì)規(guī)范，其值設(shè)置為0.01，依據(jù)閥值選擇道路縱斷面特征地形點(diǎn)，縱斷面特征地形點(diǎn)滿足|h′(X)|≥TR或h′(X)=0；?

(5)依據(jù)選擇的道路縱斷面特征地形點(diǎn)，作道路中心線垂線并編號(hào)作為渠網(wǎng)斷面劃分，基于渠網(wǎng)斷面對(duì)節(jié)點(diǎn)圖層進(jìn)行局域搜索，對(duì)節(jié)點(diǎn)圖層進(jìn)行所屬斷面的分組劃分；?

(6)對(duì)同一渠網(wǎng)斷面節(jié)點(diǎn)，依據(jù)Douglas-Peucker算法，選擇道路橫斷面的特征點(diǎn)；?

對(duì)于任一渠網(wǎng)斷面節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行下述遞歸計(jì)算過程：?

(6.1)對(duì)渠網(wǎng)斷面節(jié)點(diǎn)計(jì)算任意兩節(jié)點(diǎn)間距離，最大距離的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，如P和Q設(shè)為邊緣節(jié)點(diǎn)組，連接邊緣節(jié)點(diǎn)作直線PQ；?