[發明專利]一種基于高程偏差傳遞的DEM水流方向計算方法

有效

• 申請號: 201910655040.2
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110457771B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 吳鵬飛;劉金濤;費俊源;劉楊洋;姚杰夫
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/05;G06F17/11
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種基于高程偏差傳遞的DEM水流方向計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：加載DEM數據，DEM為二維數組格式，構建3個與DEM數據尺寸相同的數組A、B、C，數組A用于保存最低相鄰單元方向、數組B用于保存第二可能流動方向、數組C用于保存最終確定的流向，并且3個數組中所有位置的初始值都設為0，再構建一個能保存柵格單元三維坐標信息，并根據柵格高程從低到高依次排列的優先隊列Q，以及另一個從高到低排列柵格單元三維坐標信息的優先隊列T，兩個優先隊列中同一高程的不同單元按插入先后順序先后排列，新插入的單元排在同一高程單元的最后；

步驟S2：掃描DEM，將DEM中的有效地形單元加入優先隊列T排序，同時將位于有效地形邊緣的單元加入優先隊列Q進行排序，并同時在數組A、B、C中賦予相同的流向，該流向指向DEM有效地形外側；

步驟S3：不斷取出優先隊列Q頭部的單元，檢索該頭部單元的8個相鄰單元中的未在數組A中賦予流向的有效單元，為其在數組A中賦予指向此頭部單元的方向并加入隊列Q，若未賦流向值的單元高程值不高于P，還需為其在數組B與C中賦予指向此頭部單元的方向；如果該單元在數組B中對應方向值為初始值0，則比較該單元鄰近其最低相鄰單元的另外兩個相鄰單元的高程，將其中較低者所在方向作為第二可能流向并存入數組B，重復此步驟至隊列Q為空隊列；

步驟S4：讀取優先隊列T的頭部單元K，若單元K在數組C中對應的流向為初始值0，則從單元K開始在最低下坡單元和第二可能方向間使用傳遞的高程偏差判斷從K開始到某個已經具有最終流向的單元的流動路徑上各單元的水流方向，然后將K從隊列T中移除，重新讀取隊列T的頭部單元以重復此步驟，直至隊列T為空隊列。

2.根據權利要求1所述的基于高程偏差傳遞的DEM水流方向計算方法，其特征在于，所述步驟S4中，從單元K開始在最低下坡單元方向和第二可能方向間使用傳遞的高程偏差判斷從K開始到某個已經具有最終流向的單元的流動路徑上各單元的水流方向，其具體包括如下步驟：

步驟S4-1：初始化高程偏差傳遞的參數，以單元K為當前計算單元，以K的高程為h₀，初始高程偏差d為0，K的最低下坡單元方向和第二可能方向指向的兩個單元相鄰，二者一個在K的正方向，一個在K的斜方向，設其中正方向單元高程為h₁，斜方向單元高程為h₂；

步驟S4-2：構建h₀、h₁、h₂這3個點組成的三角形平面，確定如果水流從點h₀出發到達平面底部邊界時目標點的高度h₃；如果三角形平面的坡度方向超出三角面邊緣，水流沿與坡度方向最鄰近的三角面邊緣方向，否則就沿著坡度方向直線移動，移動線路跟h₁、h₂連接線的交點所在高程即為h₃，具體計算方程如下：

步驟S4-3：由于單流向方法是從上游單元中心指向下游單元中心，上游單元水流到達下游單元時到達點的高度并不一定是下游單元中心點的高程值該單元對應的DEM柵格值，水流從自上游到達本單元時的真實高度出發，下降高度與自本單元中心流至下游單元時下降高度h₃相同，如此到達的高度作為最終下降高度，比較最低相鄰單元與第二可能流動方向對應的單元高程，選取其中高程與最終下降高度最接近的單元作為下游單元，由于在地形走向發生旋轉時的水流方向過于復雜，只在上下游單元的最低相鄰單元方向和第二可能流動方向都相同時，如果不同則認為水流到達單元為最低相鄰單元，到達高程為最低相鄰單元的中心點高程；

步驟S4-4：若步驟S4-3中確定的最終流向指向的單元L在數組C中對應的流向不是初始值0，則步驟結束，否則以該被指向的單元L為當前計算單元，以L在數組A、B中對應方向指向的兩個單元中，位于正向的單元高程作為新的h₁值，斜向的單元高程作為新的h₂值，以d^*的值作為d的值，返回步驟S4-2重新進行。