[發明專利]一種基于數字表面模型的城市匯水區提取方法

有效

• 申請號: 201610063527.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105740812B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 邵振峰;張翰超;丁霖;金姣
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

本發明公開了一種基于數字表面模型的城市匯水區提取方法，首先對城市DSM進行真實流向計算，得到流向圖，然后根據流向圖和DSM格網點高程進行出水點提取，在提取得到的出水點的基礎上進行匯水區域的增長，并記錄匯水區域邊界點序列，之后根據設定的儲水深度或降雨量閾值進行匯水區域的歸并，并更新歸并后的邊界點序列。最后將各個匯水區域的邊界進行轉換和輸出得到匯水區域矢量將其作為城區匯水區劃分的最終結果。發明與現有方法相比，更能夠適應建筑物繁多、地表起伏情況復雜、地表與地形差異較大的城市區域；并且采用新的流向計算方法，更適用于城市區域的局部平坦區域，還可以根據儲水深度或降水量來進行匯水區域的歸并，適用性更強。

技術領域

本發明屬于城市內澇監測預警技術領域，涉及一種基于數字表面模型的城市匯水區提取方法。

背景技術

數字表面模型(Digital Surface Model，簡稱DSM)是對地球表面形態的一種離散化的數學表示，也是流域及洪澇等領域進行水文分析的核心數據之一。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。匯水區是水文分析的基本單元，在洪澇分析、數字地形分析、測繪及工程設計中都有著重要的應用。因此從DSM中自動高效地提取匯水區一直都是內澇監測預警技術的一個重要課題。

現有的提取方法從采用數據上可以分為兩大類：基于柵格和基于不規則三角網(Triangulated Irregular Network，簡稱TIN)。其中，基于柵格的匯水區提取算法較多，而基于柵格的匯水區提取研究中絕大多數都是基于數字高程模型(Digital ElevationModel，簡稱DEM)，如基于地表徑流漫流模型、基于矩形窗口掃描DEM的模型，以及一些基于水流方向的算法，如多流向算法、DEMON法、Burn in算法、Dinf法、Dco法、Freeman法等，然而這些算法和模型，對城市平原地區有很大的不適用性，Duke等針對城市平原匯水區劃分提出了RIDEM模型，左俊杰等在RIDEM進行了改良，但在應用中仍未考慮城區建筑物對匯流的影響，具有一定的局限性，這也是基于DEM提取城市匯水區的難點和局限所在。基于不規則三角網的方法有劉學軍提出的基于不規則三角網的河網提取算法，周啟鳴提出的基于三角形的DEM模擬了表面水流路徑，吳立新提出了一種基于三角形面皮的匯水區劃分方法等，基于不規則三角網的方法在描述自然地表形態上有著高精度的優勢，但對于城市這種多規則建筑物地區的表達有著一定的缺陷，并不適用。兩種數據各有優缺點，柵格數據結構簡單，算法處理方便，但采用數字高程模型精度較低，對于一些復雜地形表達效果不夠好，使得提取結果不夠精細；而不規則三角網能夠更加精確的表達真實地形，但卻因為數據結構復雜，導致算法處理不便，并沒有得到廣泛的研究，并且在表達規則建筑物繁多的城市表面形態上存在著一定的缺陷，更難以進行匯水區的提取。

綜上所述，目前匯水區提取算法中大多基于簡單方便的柵格數據，其中基于DEM的占絕大多數，基于數字表面模型數據(Digital Surface Model，簡稱DSM)的方法極為少見，而城市區域地形復雜，地表建筑繁多，基于DEM的提取方法難以考慮復雜建筑對匯水區的影響，不能滿足城區的匯水區域提取要求。而基于TIN的方法在城區表示中存在一定的缺陷，并且太過復雜，研究不多，還沒有成熟的解決方案，更不適合大面積城區匯水區域提取。

發明內容

針對現有匯水區提取方法主要針對于地形起伏得到的匯水區域，并不適應于地表建筑繁多，地表與地形相差較大的城市地區匯水區域提取的缺點，本發明的目的是提供一種從城區高精度DSM中提取匯水區域的方法，能夠在復雜多變的城區數字表面模型中得到匯水區域。

本發明所采用的技術方案是：一種基于數字表面模型的城市匯水區提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：真實流向計算；

遍歷所有DSM格網點，計算每個格網點的真實流向；

步驟2：出水點提取；