[發(fā)明專利]利用河道實測水位進行洪水二、三維動態(tài)展示的方法

有效

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• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108197283B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 屈志剛;朱太山;陳功軍;白勇;張玉明;張金輝;馬山玉;李政鵬;王新平;侯燕;方祥宇;胡曉峰;趙蓓蓓;張波;李柄邑
• 申請（專利權）人: 河南省水利勘測設計研究有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06F16/29
• 代理公司: 鄭州異開專利事務所(普通合伙) 41114
• 代理人: 韓華

1.一種利用河道實測水位進行洪水二、三維動態(tài)展示的方法，其特征在于：通過地理信息平臺ArcGis所提供的數據處理工具，按照下述步驟進行：

步驟1、監(jiān)測斷面布置：

所述監(jiān)測斷面布置原則為：布置的水位監(jiān)測斷面包括在河道縱坡、水位突變的位置布置監(jiān)測斷面，以使其他位置水位內插精度更高，各所述監(jiān)測斷面同一時刻水位結果只能有一個值；同時，為進行實時洪水動態(tài)展示，采用監(jiān)測設備自動采集河道斷面水位數據；

步驟2、河道DEM生產：

通過采用專業(yè)測量設備或根據河道斷面內插兩種方式生產河道DEM，范圍大于河道最大的水面寬；其中采用河道斷面內插生產DEM的方法為：

步驟2.1、以河道中心線和各河道斷面上的控制點為基礎，通過幾何計算得到各河道斷面上所述控制點的平面坐標，結合其高程坐標，使其成為包含X、Y、Z坐標信息的高程散點數據；

步驟2.2、以EXCEL格式將所述高程散點數據導入所述ArcGis中，生成包含X、Y、Z坐標信息的矢量點要素；

步驟2.3、采用所述ArcGis中的“自然領域法”工具，以所述矢量點要素為基礎，使用自然鄰域法內插方式將高程散點數據生產成DEM柵格面；

步驟3、網格面要素制作：

在所述ArcGis中通過采用空間數據處理流程，基于步驟2所述的河道DEM，制作網格矢量面要素；

實現(xiàn)基于河道DEM制作網格矢量面要素的空間數據處理方法為：

步驟3.1、河道地形Tin生產：采用所述ArcGis中的“柵格轉Tin”工具，以所述河道DEM為基礎，按一定精度將河道DEM柵格轉為Tin格式；

步驟3.2、網格矢量面要素生產：采用所述ArcGis中的“TIN三角形”工具，將河道地形Tin轉換成三角形的網格矢量面要素；

步驟4、網格地形插值：

在所述ArcGis中，采用ArcGis中的“插值Shape”工具，以步驟2生產的河道DEM為基礎，對步驟3制作的所述網格矢量面要素進行插值，使網格矢量面要素具有高程屬性；

步驟5、各時刻網格水深插值：

基于各時刻各所述監(jiān)測斷面實測水位，對網格水位進行插值，進而通過水位減地形高程得到水深；

實現(xiàn)對各時刻網格水深進行插值的方法為：

步驟5.1、根據洪水動態(tài)展示流暢度需要，按一定時間步長提取各時刻下所有河道所述監(jiān)測斷面的水位數據；

步驟5.2、采用同步驟2~步驟4的方法，通過空間數據處理方法，內插各時刻下網格矢量面要素的水位屬性值，使各網格矢量面要素進一步具有該時刻下的水位屬性，并根據時刻順序單獨保存為一系列shp圖層，即一個時刻保存一個shp圖層；

所述內插各時刻下網格矢量面要素的水位屬性值的空間數據處理方法為：

步驟5.2.1、繪制河道中心線和水位監(jiān)測斷面線：在所述ArcGis中繪制河道中心線和各水位監(jiān)測斷面線，所述水位監(jiān)測斷面線垂直于河道中心線，左、右側范圍同河道DEM在該監(jiān)測斷面處的寬度范圍；

步驟5.2.2、構造斷面點要素：在各所述水位監(jiān)測斷面線上，通過所述ArcGis編輯工具中的“構造點”工具，以≦步驟3制作的網格矢量面要素最大寬度的間距，均勻內插構造一系列點矢量要素；

步驟5.2.3、水位屬性賦值：將各所述監(jiān)測斷面上的監(jiān)測水位賦值給該監(jiān)測斷面上構造的所述矢量點要素；

步驟5.2.4、水位DEM生產：采用所述ArcGis中的“自然領域法”工具，以上述矢量點要素和其水位屬性為基礎，使用自然鄰域法內插方式將包含水位屬性的矢量點要素生產成高程為水位的DEM柵格面；

步驟5.2.5、網格水位屬性插值：采用所述ArcGis中的“插值Shape”工具，基于上述水位DEM柵格面，對步驟3制作的網格矢量面要素進行插值，使網格矢量面要素具有水位屬性；

步驟5.3、針對各時刻所述shp圖層，均采取水位屬性減地形高程屬性，得到水深屬性；

步驟5.4、刪除水深屬性值為負的網格矢量面要素；

步驟6、時態(tài)數據制作：

在所述ArcGis中，通過空間數據處理流程將各時刻包含水深信息的網格shp圖層合并成一個包含時態(tài)數據的結果shp圖層，并添加對應的時間字段屬性；

實現(xiàn)制作時態(tài)數據的空間數據處理方法為：

步驟6.1、添加時間屬性字段：采用所述ArcGis中的“添加字段”工具，在步驟6制作的各時刻結果shp圖層里，添加與該時刻對應的時間字段屬性；

步驟6.2、要素和圖層合并：采用所述ArcGis中的“追加”工具，按時間從前到后的順序，對添加完時間字段屬性的各時刻結果shp圖層進行合并，使之最終成為一個整體的結果shp文件；

步驟6.3、設置為時態(tài)數據：在所述整體的結果shp文件圖層屬性里啟用時間，使之成為時態(tài)數據，并設置時間字段、時間步長間隔參數；

步驟7、洪水動態(tài)展示：

在所述ArcGis中通過對最終的所述結果shp圖層進行設置，實現(xiàn)洪水的二、三維動態(tài)展示，方法為：在圖層屬性符號系統(tǒng)里，對水深屬性值不同的所述網格矢量面要素設置不同的顏色和透明度，實現(xiàn)分色渲染，并疊加到矢量地形圖、航拍影像圖和DEM上后，通過在ArcGis桌面端按一定幀率播放該時態(tài)數據，實現(xiàn)洪水在桌面端的高逼真二、三維動態(tài)展示；

其中在ArcGis桌面端的二維產品ArcMap中直接實現(xiàn)二維動態(tài)展示；而在ArcGis桌面端的三維產品ArcScene 中，由于結果shp圖層里的網格矢量面要素還有水位屬性，將其設置為Z值后，即可實現(xiàn)三維動態(tài)展示；同時，不管是二維還是三維維動態(tài)展示，均可發(fā)布成Gis服務，成為相關水利信息化系統(tǒng)后臺服務的一部分，實現(xiàn)在Web端的高逼真洪水二三維動態(tài)展示。