[發明專利]一種基于傾斜攝影的城區河道洪水三維淹沒分析方法

在審

• 申請號: 202010564860.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111784831A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 徐子揚;楊文鋒;羅天文;吳恒友;徐銳;何正林
• 申請（專利權）人: 貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T7/33;G01C11/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李余江

本發明公開了一種基于傾斜攝影的城區河道洪水三維淹沒分析方法，包括傾斜攝影航飛、地面像控點測量、水文資料和人文經濟資料收集和處理、傾斜三維模型和高精度DSM數據生成、三維淹沒水面計算生成、多源數據集成和三維淹沒效果展示、淹沒受災情況的定量分析等步驟。使用本發明，能夠大大提高城區河道洪水淹沒的模擬精度，方便決策者快速精準的制定出抗洪救災策略，提高抗洪救災的效率，節約時間，減少進一步的損失。

技術領域

本發明屬于水文專業洪水淹沒分析領域，特別是利用測繪專業的傾斜攝影的新技術來進行城區河道洪水精確三維淹沒分析的方法。

背景技術

河道洪水是指江河之中水位迅速上漲及水量流速急速增加的現象，他是自然災害的一種，其發生次數較為頻繁，危害結果較為嚴重。我國幅員遼闊，國土面積約四分之三以上的地區都遭受著不同程度和類型的洪澇災害。我國每年需要組織大量的人力、物力進行救災，其中耗費的財力、精力不計其數。隨著社會經濟的持續發展和進步，為了減少洪災帶給人民的生命財產損失，需要充分研究模擬洪水淹沒規律，再現其運動過程，需要有關機構對洪水災害的發生時間、波及范圍、危害強度等重要信息提供直觀有力的管理措施，這已經成為了防洪抗災中必不可少的手段。

傳統的洪水淹沒分析往往都是以DEM為地形數據進行洪水淹沒分析。如長江水利委員會長江科學院申請的發明專利CN102842104A公開了一種面向海量DEM數據的高精度河道洪水淹沒區生成方法，其針對海量DEM數據進行條帶劃分，并將條帶中柵格行上連續多個淹沒單元進行游程壓縮存儲，以降低數據量，最后采用壓縮單元邊界追蹤方法提取淹沒范圍，從而實現了復雜地形條件下的淹沒區生成。該方案將傳統淹沒源種子點填充方法改為柵格壓縮存儲和柵格邊界追蹤計算，使得較小的內存配置處理了較大的柵格數據量，同時避免了種子點填充法中的大量遞歸判斷，提升了計算速度。該方案充分運用了數字地形分析和數據壓縮存儲技術，避免了種子填充法進行海量DEM數據淹沒分析產生的問題，較好的解決了河湖復雜地形環境下的連通域分析，實現大范圍、高精度河湖洪水淹沒區的生成。又如CN104460343A公開了一種基于水位監測數據的河道洪水淹沒模擬方法。該方法基于沿河道采集的離散水位監測數據，首先對河道中心線進行分段線性插值，得到沿河道中心線的每一處水位值；然后，在河道DEM上，按照最近鄰插值計算每個DEM網格的洪水水位；最后，從河道中按照種子區域生長法計算河道洪水實際淹沒范圍和淹沒水深分布。該方案充分考慮了河道蜿蜒起伏的自然形態變化，將水位監測站點之間的河道水位值按照距離參數進行內插，可以有效避免插值水位失真的問題。同時，該方案可以有效解決由于布設于河道的洪水水位監測站點過于稀少，水位監測數據樣本點不足導致常規的基于全局區域的洪水水位空間插值方法難以適用的問題。

以上現有技術對洪水淹沒分析方法都提出了很好的解決方案，但該類洪水淹沒分析往往使用的是大尺度的DEM，分辨率往往大于5米，雖然能夠對大區域的河流河段進行大致的洪水淹沒分析，但縮小到局部領域，分析精度誤差較大。同時對于現代社會，防洪抗災的重點區域為往往為人口密集城市區域，而DEM是數字地形模型，無法表達城市中的各種各樣的建筑物，但對于城市河道洪水精確淹沒分析來說，建筑物信息也至關重要。測繪專業的傾斜攝影的技術剛好可以提供我們理想中的高精度DSM數據。相對于正射影像，傾斜攝影技術帶來的傾斜三維模型具有精細化、可量測、真實感、高精度、對象化等特點，傾斜攝影技術通過多角度的航攝城市，能夠對城市的建筑物進行高逼真還原，分辨率可達1公分。通過傾斜攝影技術可以得到高精度的城區DSM，是進行高精度洪水三維淹沒分析的很好的地形數據。

另外，傳統的洪水淹沒分析往往分為有源淹沒和無源淹沒，其中有源淹沒要更切合真實情況。但傳統的有源洪水淹沒往往基于DEM數據，假設一個特定位置的洪水高度，通過種子蔓延算法和八連通的方式進行。這種方式在進行城區洪水淹沒分析時，未考慮城區建筑物(如圍墻)等擋水情況，同時只設定一個洪水高度，往往與河道洪水來臨時候沿著河流流向各個河段的洪水水位不一致的實際情況不吻合。