[發明專利]一維河網水沙生境要素數學模型斷面自動劃分方法

有效

• 申請號: 202011006482.3
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112069696B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 關見朝;管功勛;盧玉海;溫州;丁昌春;李軍;黃海;張磊;王大宇;蒲維維;翟正麗;劉建剛;夏茵茵;劉卉芳;郭佳樂;樂茂華;郭子揚
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李瑾;李連生

1.一種一維河網水沙生境要素數學模型斷面自動劃分方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1自上游至下游確定河段沿河寬方向的中心點：設置兩相鄰河道中心點間距l_c，確定河段進口沿河寬方向的中心點P_c,1且以之作為起始0點，自河道上游至下游每隔一個間距l_c確定一個沿河寬方向的中心點，直至河段出口，第i個中心點記為P_c,i，其平面坐標(x_c,i,y_c,i)，i＝1…N_c，N_c為河段內的中心點總數；

步驟2自上游至下游確定河道左岸邊界點：設置左岸兩個相鄰邊岸點間距l_l，確定河段進口斷面的左岸端點P_l,1且以之作為起始0點，自河道上游至下游每隔一個間距l_l確定一個河段斷面的左岸端點，直至河段出口，第j個左岸端點記為P_l,j，其平面坐標(x_l,j,y_l,j)，j＝1…N_l，N_l為河段左岸端點總數；

步驟3自上游至下游確定河道右岸邊界點：設置右岸兩個相鄰邊岸點間距l_r，確定河段進口斷面的右岸端點P_r,1且以之作為起始0點，自河道上游至下游每隔一個間距l_r確定一個河段斷面的右岸端點，直至河段出口，第k個右岸端點記為P_r,k，其平面坐標(x_r,k,y_r,k)，k＝1…N_r，N_r為河段右岸端點總數；

步驟4確定河段中心線和左、右岸線：自上游至下游，依次連線步驟1所確定的河道中心點得到河段中心線L_c；自上游至下游，依次連線步驟2所確定的河道左岸端點得到河段左岸邊界線L_l；自上游至下游，依次連線步驟3所確定的河道右岸端點得到河段右岸邊界線L_r；

步驟5自上游至下游沿中心線L_c依次計算各中心點P_c,i(x_c,i,y_c,i)到河段進口位置的第1個中心點P_c,1(x_c,1,y_c,1)的累積距l_c,i；累積距的計算公式如下：

l_c,i＝(i-1)×l_c,i＝1…N_c

式中，l_c是兩相鄰河道中心點間距，i是河道中心點序號，l_c,i是第i個河道中心點距離河段進口斷面第1個中心點的距離，即第i個河道中心點的累積距；

步驟6設置河段內需要劃定的斷面總數N_s，計算兩相鄰斷面間距，計算公式如下：

du＝L_c/(N_s-1)

式中，du為兩相鄰斷面間距，L_c為河道中心線總長，N_s為用戶設置的河道內斷面總數；

步驟7確定第m個斷面S_m與中心線的垂足P_s,m坐標(x_s,m,y_s,m)：斷面與河道中心線垂直，第m個斷面距離河段中心線進口位置起始點的距離為l_s,m＝(m-1)×du，依據l_c,il_s,m≤l_c,i+1，確定S_m所在的中心線段的兩個端點坐標P_c,i(x_c,i,y_c,i)和P_c,i+1(x_c,i+1,y_c,i+1)，根據dl＝l_s,m-l_c,i，在中心線段(P_c,i，P_c,i+1)上確定第m個斷面S_m與中心線的垂足P_s,m坐標(x_s,m,y_s,m)，dl為P_s,m到P_c,i之間的距離；

步驟8確定斷面S_m所在直線的點斜式方程：

步驟9計算斷面左、右岸端點平面坐標：計算第m個斷面S_m與左岸線L_l的交點P_sl,m(x_sl,m,y_sl,m)，以及斷面S_m與右岸線L_r的交點P_sr,m(x_sr,m,y_sr,m)，得斷面S_m的左右岸端點坐標；

步驟10插值計算斷面上所有斷面內點的平面坐標：以第m個斷面S_m的左岸端點坐標P_sl,m(x_sl,m,y_sl,m)為起點，以其右岸端點坐標P_sr,m(x_sr,m,y_sr,m)為終點，設置斷面上的點數n，經線性插值，計算斷面S_m的內點平面坐標(x_s,m,q,y_s,m,q)，q＝2...n-1，其中左岸端點坐標P_sl,m(x_sl,m,y_sl,m)＝(x_s,m,1,y_s,m,1)，右岸端點坐標P_sr,m(x_sr,m,y_sr,m)＝(x_s,m,n,y_s,m,n)，斷面內點坐標計算方法如下：

x_s,m,q＝(q-1)×dx+x_sl,m

y_s,m,q＝(q-1)×dy+y_sl,m；

步驟11插值計算S_m斷面上各斷面點(x_s,m,q,y_s,m,q)高程z_s,m,q，以斷面S_m左岸端點為起點，計算各斷面點距離左岸起點的距離dx_q，以之與該點高程值z_s,m,q配對，獲得高程數據對(dx_q,z_s,m,q)；采用反距離權重法估算計算S_m斷面上各斷面點(x_s,m,q,y_s,m,q)高程z_s,m,q，具體計算公式如下：

式中，z_s,m,q是S_m斷面上的斷面點P_s,m,q(x_s,m,q,y_s,m,q)的高程估算值，A為設置的插值點總數；z_a是距離斷面點P_s,m,q第a近的已知點的高程值；d_0,a是斷面點P_s,m,q與距其第a近的已知點之間的距離，b是指數；

各斷面點距離左岸起點的距離dx_q的計算公式如下：

2.根據權利要求1所述的一維河網水沙生境要素數學模型斷面自動劃分方法，其特征在于：步驟9中：計算斷面S_m與左或右岸線的交點坐標時，自上游至下游依次聯立左或右岸線的子線段的直線方程與斷面S_m的直線方程，求解二元一次方程組得到交點坐標后，判斷交點坐標的橫坐標x值是否落于當前左或右岸線子線段兩個端點橫坐標限定的x范圍內，若是，則此交點是斷面S_m的左或右岸端點坐標的一個備選項，若斷面S_m下左或右岸線的多個子線段均有滿足前述規則的交點，則取距離S_m距離最近的點為左或右岸端點。