基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法与流程

本发明涉及水利工程河道整治，尤其适用于基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法。

背景技术：

1、游荡型河道具有河床宽浅散乱、心滩沙洲密布、主流横向剧烈摆动、冲淤演变剧烈、河道稳定性极差的特点，多发育在泥沙补给充足、比降较大、河岸抗冲性弱的平原河段，在全球各大洲均有分布。

2、游荡型河道主流摆动频繁、河势难以控制、容易造成危害，不少学者开展了游荡型河道演变趋势及治理对策研究。在进行游荡型河道河势演变分析时，首先需要选取合适的指标来反映河势整体的形态演变规律和稳定程度，传统的弯曲度、横向摆动强度、曲率半径、游荡指数等只能反映河势单一的特征，无法全面刻画流路整体拓扑形态与局部畸形河势发育，目前尚未形成标准化的、兼顾河道整体形态演变规律分析与局部畸形河势识别的河势稳定性评价方法，无法满足游荡型河道整治、防洪安全管控的实际工程需求。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，用于解决无法全面刻画流路整体拓扑形态与局部畸形河势发育的游荡型河道河势稳定性评价的问题，为游荡型河道的河势演变规律分析、畸形河势风险部位识别、河道整治工程优化布局、规划指导线修订等提供科学依据。

2、为实现上述目的，本发明所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，包括以下步骤：

3、s1，河道矢量数据预处理：获取待评价游荡型河段不同时期的河道矢量数据，对数据进行异常点剔除、坐标系与序列方向统一、等间距重采样处理，获得不同时期的沿河道上游至下游单向有序排列的离散点序列坐标[x,y]，确保序列起点、终点分别对应待评价游荡型河段的起始断面和结束断面；

4、s2，离散弗雷歇距离计算：基于预处理过后的任两组单向有序排列的离散点序列，采用动态规划算法计算离散弗雷歇距离，并结合基准河道的实际长度进行归一化处理，得到归一化弗雷歇距离，用于表征河势整体拓扑形态的演变过程和规律；

5、s3，双向豪斯多夫距离计算：基于预处理过后的任两组单向有序排列的离散点序列，计算双向有向豪斯多夫距离，取两组有向距离的最大值作为最终的豪斯多夫距离；

6、s4，双维度协同联合评价：基于归一化弗雷歇距离与双向豪斯多夫距离，构建双维度矩阵式联合评价体系，结合预先设定的河势稳定性评价分级标准，输出最终的河势评价结果。

7、进一步地，所述步骤s1中，河道矢量线数据为河道主流线矢量数据或河道整治工程规划治导线矢量数据，数据来源包括河势查勘报告、遥感影响解译、大断面观测数据以及批复过的河道治导线数据；所述坐标系统一为高斯-克吕格3°平面投影坐标系，消除地理坐标投影对距离计算的影响。

8、进一步地，所述步骤s1中，异常点剔除采用滑动窗口准则，具体为：以5个连续采样点为滑动窗口，计算窗口内点的横向偏移量均值与标准差，剔除偏离均值超过预设阈值的异常点。

9、进一步地，所述步骤s2中，

10、所述归一化弗雷歇距离的计算公式为：

11、

12、式中，为基准期河道矢量线的实际长度，归一化结果为0-1的无量纲值；是预处理后的作为基准的单向有序排列的离散点序列p和预处理过后的用于对比的单向有序排列的离散点序列q的离散弗雷歇距离。

13、进一步地，所述步骤s3中，双向有向豪斯多夫距离的计算公式为：

14、

15、其中，p为预处理过后的基准期单向有序离散点序列，q为预处理过后的对比期单向有序离散点序列；

16、为p到q的有向豪斯多夫距离，计算公式为：

17、

18、式中，为两点间的欧式平面距离；

19、为q到p的有向豪斯多夫距离。计算公式为：

20、

21、式中，为两点间的欧式平面距离。

22、进一步地，所述步骤s4中，双维度矩阵式联合评价体系的河势状态分级标准具体为：

23、

24、进一步地，所述任两组单向有序排列的离散点序列为同一河段不同时期的实测河道主流线数据，用于河势年际间演变规律分析；或所述任两组单向有序排列的离散点序列为同一河段河道主流线矢量数据与规划治导线数据，用于河势与规划治导线偏离程度分析。

25、本发明优点在于：

26、将弗雷歇距离与双向豪斯多夫距离相结合，通过对比两种算法的计算逻辑和适用范围，形成了以归一化弗雷歇距离为核心，精准刻画河势整体拓扑形态的演变程度，以双向豪斯多夫距离为辅助，有效识别局部极端摆动的防洪风险的游荡型河道河势稳定性评价指标体系，解决了现有单一指标无法同时兼顾整体形态稳定与局部风险识别的核心技术难题。

27、通过“数据预处理-双指标协同计算-分级评价”的完整技术流程，实现了河势的定量计算分析，既能够用于分析不同时期历史河势的整体形态演变规律，也可用于分析实测河势与规划治导线的偏离程度，应用场景较为广泛。

1.一种基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，河道矢量线数据为河道主流线矢量数据或河道整治工程规划治导线矢量数据，数据来源包括河势查勘报告、遥感影响解译、大断面观测数据以及批复过的河道治导线数据；所述坐标系统一为高斯-克吕格3°平面投影坐标系，消除地理坐标投影对距离计算的影响。

3.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，异常点剔除采用滑动窗口准则，具体为：以5个连续采样点为滑动窗口，计算窗口内点的横向偏移量均值与标准差，剔除偏离均值超过预设阈值的异常点。

4.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述步骤s2中，

5.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述步骤s3中，双向有向豪斯多夫距离的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述步骤s4中，双维度矩阵式联合评价体系的河势状态分级标准具体为：

7.根据权利要求1所述的基于轨迹相似度算法的游荡型河道河势稳定性评价方法，其特征在于：所述任两组单向有序排列的离散点序列为同一河段不同时期的实测河道主流线数据，用于河势年际间演变规律分析；或所述任两组单向有序排列的离散点序列为同一河段河道主流线矢量数据与规划治导线数据，用于河势与规划治导线偏离程度分析。