本發(fā)明屬于水利水資源，尤其涉及一種取水戶與河流斷面關(guān)聯(lián)關(guān)系的自動(dòng)判別方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，直接從自然水體中取水的取水戶(如企業(yè)、農(nóng)業(yè)灌區(qū)、水廠等)數(shù)量顯著增加，在水資源精細(xì)化管理得背景下，逐步強(qiáng)化了對(duì)取水戶的管理。取水戶在流域/區(qū)域內(nèi)的位置相對(duì)分散，但其取水、用水及排水過(guò)程對(duì)流域/區(qū)域控制斷面徑流量均有較大影響。因此，在構(gòu)建流域/區(qū)域水資源配置模型時(shí)確定控制斷面匯流范圍內(nèi)取水戶的數(shù)量及取水量十分重要，有利于提升模型計(jì)算斷面徑流量的準(zhǔn)確度。同時(shí)，當(dāng)在缺水條件或者斷面生態(tài)流量不足時(shí)，需要有針對(duì)性對(duì)河流斷面具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的取水戶進(jìn)行調(diào)控。

2、目前，并無(wú)針對(duì)性的方法來(lái)自動(dòng)判別取水戶和河流關(guān)鍵斷面空間關(guān)聯(lián)關(guān)系。主要通過(guò)基于gis軟件生成流域分區(qū)(但無(wú)法考慮斷面位置)或者根據(jù)地形圖判斷河流斷面的匯流范圍，基于人工裸眼確定取水戶所在的斷面匯流范圍。

3、通過(guò)人工判斷的方法會(huì)造成一定誤差，例如分水嶺周?chē)蛘咂皆貐^(qū)的取水戶與流域關(guān)系較難判別，從而將在a流域的用水戶判定到b流域。當(dāng)某個(gè)區(qū)域自備取水戶較多或者河流水系關(guān)系復(fù)雜，通過(guò)人工判斷的方式會(huì)增加大量的工作時(shí)間。另外，現(xiàn)有的流域生成方法基本為根據(jù)dem數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，無(wú)法根據(jù)斷面位置單獨(dú)生成斷面的匯流范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種取水戶與河流斷面關(guān)聯(lián)關(guān)系的自動(dòng)判別方法，解決了需人工判斷取水戶和斷面關(guān)系耗時(shí)長(zhǎng)、誤差大、主觀性強(qiáng)的問(wèn)題。

2、為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種取水戶與河流斷面關(guān)聯(lián)關(guān)系的自動(dòng)判別方法，包括以下步驟：

3、s1、獲取覆蓋研究區(qū)的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理；

4、s2、根據(jù)經(jīng)預(yù)處理的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，計(jì)算柵格單元的流向，并遍歷柵格單元，自動(dòng)生成斷面的匯流范圍，并分配唯一標(biāo)識(shí)符，生成斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)；

5、s3、將取水口數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為與研究區(qū)數(shù)字高程數(shù)據(jù)一致，為每個(gè)取水口分配唯一標(biāo)識(shí)符，并將取水戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與柵格單元具有相同分辨率的柵格單元數(shù)據(jù)，并根據(jù)取水口id對(duì)柵格單元進(jìn)行賦值；

6、s4、根據(jù)生成的斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)和步驟s3的賦值結(jié)果，判別取水戶位置和斷面匯流范圍的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系。

7、本發(fā)明的有益效果是：本技術(shù)首先基于研究區(qū)的數(shù)字高程數(shù)據(jù)和斷面位置，生成斷面的匯流范圍；其次收集取水戶數(shù)據(jù)，將取水戶坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)變?yōu)闁鸥駭?shù)據(jù)；最后將斷面匯流范圍的柵格數(shù)據(jù)和取水戶位置柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，識(shí)別其空間關(guān)聯(lián)關(guān)系。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了取水戶和流域斷面匯流范圍空間關(guān)聯(lián)關(guān)系的快速識(shí)別，可為評(píng)估分散取水戶對(duì)斷面徑流量的影響提供技術(shù)基礎(chǔ)，為流域/區(qū)域水資源配置模型構(gòu)建、參數(shù)率定提供技術(shù)支撐，可為流域/區(qū)域水資源精細(xì)化、智能化管理等工作提供幫助。

8、進(jìn)一步地，所述獲取覆蓋研究區(qū)的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，其具體為：

9、根據(jù)研究區(qū)邊界經(jīng)緯度坐標(biāo)，利用數(shù)字高程模型提取覆蓋研究區(qū)的數(shù)字高程數(shù)據(jù)；

10、對(duì)提取的數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行去除異常值和缺失值的填充處理，完成預(yù)處理。

11、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)修正原始數(shù)字高程數(shù)據(jù)可能存在的異常值、缺失值問(wèn)題，為下面斷面匯流范圍提取的基礎(chǔ)工作條件，避免產(chǎn)生異常結(jié)果。

12、再進(jìn)一步地，所述步驟s2具體為：

13、根據(jù)經(jīng)預(yù)處理的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，對(duì)于任一中心柵格，分別計(jì)算與周?chē)陌藗€(gè)相鄰柵格的坡度；

14、基于坡度的大小，確定中心柵格的匯流方向，并進(jìn)行流向編碼；

15、構(gòu)建柵格流向二維關(guān)系表，并依次遍歷所有柵格單元，根據(jù)流向編碼判斷相鄰柵格的流入流出關(guān)系，其中，柵格流向二維關(guān)系表中縱向代表流出柵格，橫向代表流入柵格；

16、從下游斷面開(kāi)始遍歷計(jì)算，依據(jù)二維流向關(guān)系表向上搜索具有水力聯(lián)系的柵格，針對(duì)同一具有水力聯(lián)系的所有柵格為斷面的匯流范圍，并分配唯一標(biāo)識(shí)符idbasin，生成斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)，其中，干流上具有上下流關(guān)系的斷面，遍歷至斷面為止，支流上遍歷至無(wú)流入關(guān)系的柵格為止，生成的斷面匯流范圍柵格的數(shù)值為idbasin，代表該柵格屬于的斷面匯流范圍。

17、再進(jìn)一步地，所述坡度的表達(dá)式如下：

18、

19、其中，si表示坡度，zc表示中心柵格的高程值，zi表示相鄰柵格的高程值，di表示兩個(gè)柵格之間的距離。

20、再進(jìn)一步地，所述流向編碼的表達(dá)式如下：

21、

22、其中，dir表示流向編碼，argmax(si)表示坡度最大的周?chē)噜彇鸥裉?hào)。

23、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)具體的流向計(jì)算和編碼規(guī)則，基于高程確定流向，確定柵格之間的水力聯(lián)系，為確定斷面的匯流范圍提供基礎(chǔ)。

24、再進(jìn)一步地，所述步驟s3具體為：

25、將取水口數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為與研究區(qū)數(shù)字高程數(shù)據(jù)一致，為每個(gè)取水口分配唯一標(biāo)識(shí)符idint；

26、初始化取水口柵格數(shù)據(jù)，使其行列數(shù)、柵格分辨率與斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)保持一致，其中，生成的柵格數(shù)據(jù)緯度取值范圍為[latj|j＝1,2,…,n]，經(jīng)度取值范圍為[loni|i＝1,2,…,m]，latj表示柵格數(shù)據(jù)緯度取值范圍，loni表示經(jīng)度取值范圍，j表示緯度方向上的柵格行索引，從1到n，表示當(dāng)前所在的行；n表示緯度方向上的柵格行總數(shù)；i表示經(jīng)度方向上的柵格列索引，從1到m，表示當(dāng)前所在的列；m表示經(jīng)度方向上的柵格列總數(shù)；

27、遍歷所有取水戶，根據(jù)取水戶經(jīng)緯度確定取水戶所在柵格位置和對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)行列數(shù)；若某取水戶經(jīng)緯度為(lat0，lon0)，則該取水戶離柵格點(diǎn)的經(jīng)緯度距離為：

28、dislat＝abs(lat0-[latj|i＝1,2,…,n])

29、dislon＝abs(lon0-[loni|i＝1,2,…,m]

30、則該取水戶距柵格的第j0列最近，距柵格的第i0行最近，確定柵格數(shù)據(jù)中(i0,j0)柵格為該取水戶所在柵格，其中，dislat和dislon分別表示取水戶離柵格點(diǎn)的經(jīng)緯度距離，abs()表示絕對(duì)值函數(shù)，j0表示min(dislat)的index索引值，i0表示min(dislon)的index索引值；

31、將取水口唯一標(biāo)識(shí)符idint映射至取水口的柵格單元(i0,j0)，該柵格單元賦值為idint取水戶id。

32、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明生成和斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)范圍一致的取水口柵格數(shù)據(jù)，以便在步驟s4中對(duì)兩個(gè)文件的對(duì)應(yīng)柵格進(jìn)行匹配計(jì)算，并給每個(gè)柵格賦值唯一取水戶id，支撐步驟s4中計(jì)算。

33、再進(jìn)一步地，所述步驟s4具體為：

34、利用下式，將斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)和取水戶柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加組合，生成新的柵格單元，其中，新的柵格單元中每個(gè)像元值為斷面匯流范圍id和取水口id的組合：

35、rcombined(i,j)＝(rint(i,j)＜＜4)+rbasin(i,j)

36、其中，rcombined(i,j)表示柵格c(i,j)的組合值，rbasin(i,j)表示斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)中第i行第j列對(duì)應(yīng)的柵格值，其值為對(duì)應(yīng)斷面匯流范圍唯一標(biāo)識(shí)符idbasin，rint(i,j)表示取水口柵格數(shù)據(jù)中第i行第j列對(duì)應(yīng)的柵格值，其值為對(duì)應(yīng)取水口唯一標(biāo)識(shí)符idint，rint(i，j)＜＜4表示將取水口id左移4位；

37、遍歷新的柵格單元，依據(jù)新生成的像元值判斷斷面匯流范圍和取水戶空間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并基于判斷結(jié)果，生成取水戶與斷面匯流范圍的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)集。

38、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明基于斷面匯流范圍柵格數(shù)據(jù)和取水口柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加組合，生成新的柵格單元，并依據(jù)新生成的像元值判斷斷面匯流范圍和取水戶空間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，能自動(dòng)生成取水戶與斷面匯流范圍的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系。