本發(fā)明涉及河道勘測，尤其涉及一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法。

背景技術(shù)：

1、河流形態(tài)相對復(fù)雜，且河流地形測量是按一定間距布設(shè)計(jì)劃測線進(jìn)行測量，等值線自動生成時(shí)，如構(gòu)網(wǎng)不合理可能存在如下問題：①河流等值線形成多個(gè)閉合等值線，等值線不能順著河道生成，自動生成等值線不能代表真實(shí)地形；②采用傳統(tǒng)三角網(wǎng)建模，水下等值線產(chǎn)生多余節(jié)點(diǎn)，等值線不平滑且不能代表真實(shí)河流形態(tài)；③等值線頻繁穿越水面線、深泓線，等值線不能代表真實(shí)地形且人工干預(yù)工作量大。為突破上述難題，水下等值線采用計(jì)劃測線采用線性插值等值線；陸上等值線采用左右岸水面線、深泓線等加密插值點(diǎn)的特征線與陸上實(shí)測點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化建模確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，利用計(jì)劃測線測點(diǎn)線性插值水下等值線、左右岸水面線、深泓線等加密插值點(diǎn)的特征線和陸上實(shí)測點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化建模，生成陸上等值線。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，包括提取河流形態(tài)特征線、擬合特征線、加密插值特征線；

4、所述河流形態(tài)特征線包括水面線，所述水面線由左岸和右岸兩條線構(gòu)成，所述水面線由水面特征點(diǎn)擬合而成，所述水面線的數(shù)據(jù)集表示為：

5、a＝{a左,a右}；

6、其中，a左為河流左岸水面線數(shù)據(jù)集；a右為河流右岸水面線數(shù)據(jù)集；

7、a左＝{(x左1，y左1，z左1),(x左2，y左2，z左2),…,(x左n，y左n，z左n)}；

8、a右＝{(x右1，y右1，z右1),(x右2，y右2，z右2),…,(x右n，y右n，z右n)}；

9、其中，n為水面線總點(diǎn)數(shù)；x左n，y左n，z左n分別為左岸水面線的第n個(gè)特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)；x右n，y右n，z右n分別為右岸水面線的第n個(gè)特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

10、進(jìn)一步，所述河流形態(tài)特征線還包括河道深泓線，具體為：

11、s201、河道水下地形測量時(shí)，沿著垂直于等值線方向布設(shè)計(jì)劃測線，各計(jì)劃測線最深點(diǎn)連線即為深泓線，設(shè)所述計(jì)劃測線的數(shù)據(jù)集為：

12、b＝{b1,b2,…,bm}；

13、其中，b為計(jì)劃測線的數(shù)據(jù)集；m為測線總數(shù)；bm為第m條計(jì)劃測線；

14、s202、第m條計(jì)劃測線的數(shù)據(jù)集為：

15、

16、其中，為計(jì)劃測線左端點(diǎn)坐標(biāo)；為計(jì)劃測線右端點(diǎn)坐標(biāo)；

17、s203、第m條計(jì)劃測線各測深點(diǎn)數(shù)據(jù)集為：

18、cm＝{(xc1,yc1,zc1),(xc2,yc2,zc2),…,(xci,yci,zci)}；

19、其中，i為水深測點(diǎn)總數(shù)；xci,yci,zci為第i個(gè)測深點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

20、s204、第m條計(jì)劃測線深泓點(diǎn)為：

21、dm＝min(zc1,zc2,…,zcj,,zci)；

22、其中，dm為第m條測線上最深點(diǎn)；j為最深點(diǎn)點(diǎn)號，對應(yīng)的三維坐標(biāo)分別為xcj,ycj,zcj；

23、s205、則深泓線數(shù)據(jù)集為：

24、e＝{(x1j,y1j,z1j),(x2j,y2j,z2j),…,(xmj,ymj,zmj)}；

25、其中，e為深泓線數(shù)據(jù)集；x1j,y1j,z1j為第1條測線上最深點(diǎn)的三維坐標(biāo)；xmj,ymj,zmj為第m條測線上最深點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

26、進(jìn)一步，將所述水面線、所述河道深泓線采用三次樣條曲線擬合，具體為：

27、平面擬合數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

28、

29、其中，yk為第k個(gè)分段特征線對應(yīng)的縱坐標(biāo)；xk為第k個(gè)分段特征線對應(yīng)的橫坐標(biāo)；a0、a1、a2、a3為表達(dá)式的待求系數(shù)；

30、利用最小二乘法求解系數(shù)：

31、

32、其中，u為擬合點(diǎn)數(shù)。

33、進(jìn)一步，利用擬合特征線函數(shù)，加密插值特征線上的點(diǎn)，計(jì)算點(diǎn)的三維坐標(biāo)，具體為：

34、以曲線一階導(dǎo)數(shù)變化率不超過0.2為遞增區(qū)間，進(jìn)行函數(shù)插值；

35、

36、其中，xl,yl為第l點(diǎn)處的橫坐標(biāo)；l從分段函數(shù)起點(diǎn)開始計(jì)算，到重點(diǎn)結(jié)束計(jì)算；

37、計(jì)算插值點(diǎn)平面坐標(biāo)為：

38、

39、其中，xl,yl為插值點(diǎn)平面坐標(biāo)；

40、高程通過線性插值完成：

41、

42、其中，zp、zp-1分別為插值點(diǎn)起終點(diǎn)高程；zl為插值點(diǎn)高程；xp,yp、xp-1,yp-1為曲線起終點(diǎn)平面坐標(biāo)；xl,yl為插值點(diǎn)平面坐標(biāo)。

43、進(jìn)一步，利用所述水面線、深泓線插值點(diǎn)以及實(shí)測點(diǎn)，進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)生成等值線，具體為：

44、s301、水下等值線利用水下實(shí)測點(diǎn)、深泓線插值生成，利用計(jì)劃測線上測點(diǎn)高程計(jì)算兩側(cè)點(diǎn)間等值線點(diǎn)；

45、第m條計(jì)劃測線上第f-1、第f個(gè)測深點(diǎn)插值等值線點(diǎn)計(jì)算方法為：

46、

47、其中，maxcf為第f-1、第f個(gè)測點(diǎn)高程較大點(diǎn)；mincf為第f-1、第f個(gè)測點(diǎn)高程較小點(diǎn)；

48、分別計(jì)算兩點(diǎn)間等值線倍數(shù)，并取整：

49、

50、其中，f等值線間距為；[]為取整函數(shù)；g、h分別表示高低點(diǎn)間等值線倍數(shù)；

51、等值線插值：f×g、f×h分別為兩點(diǎn)間對應(yīng)的等值線最大、最小值，分別按照等高距倍數(shù)插值兩點(diǎn)間對應(yīng)的等值線點(diǎn)，將倍數(shù)相同的等值線點(diǎn)依次連線即確定水下等值線；

52、s302、利用左右岸最靠近水面線測點(diǎn)、左右岸水面線、岸上測點(diǎn)建立不規(guī)則三角網(wǎng)，通過三角剖分實(shí)現(xiàn)基于不規(guī)則三角網(wǎng)的等值線確定。

技術(shù)特征：

1.一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，其特征在于：包括提取河流形態(tài)特征線、擬合特征線、加密插值特征線；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，其特征在于：所述河流形態(tài)特征線還包括河道深泓線，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，其特征在于：將所述水面線、所述河道深泓線采用三次樣條曲線擬合，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，其特征在于：利用擬合特征線函數(shù)，加密插值特征線上的點(diǎn)，計(jì)算點(diǎn)的三維坐標(biāo)，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，其特征在于：利用所述水面線、深泓線插值點(diǎn)以及實(shí)測點(diǎn)，進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)生成等值線，具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于河流特征形態(tài)等值線構(gòu)網(wǎng)的方法，通過實(shí)測數(shù)據(jù)確定河流左右岸水面線、深泓線等特征線，擬合并加密特征曲線，通過加密特征曲線與實(shí)測點(diǎn)建模，實(shí)現(xiàn)河流等值線優(yōu)化確定；利用計(jì)劃測線測點(diǎn)線性插值水下等值線；利用左右岸水面線、深泓線等加密插值點(diǎn)的特征線與陸上實(shí)測點(diǎn)聯(lián)合優(yōu)化建模，生成陸上等值線。通過優(yōu)化建模后，水下等值線真實(shí)表達(dá)河流形態(tài)，陸上等值線無跨越特征線，等值線更平滑且符合實(shí)際地形。自動生成的等值線貼近真實(shí)地表形態(tài)、平滑性好、自動化程度高。本發(fā)明有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，適合推廣使用。

技術(shù)研發(fā)人員：馮國正,劉世振,董秀軍,孫振勇,馬耀昌,曹磊,樊小濤,楊柳,胥洪川,何友福,李啟濤,劉少聰,孫征安,陳細(xì)潤,幸坤冬,李同慶,付帥,丁濤,陳華亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2