基于河道断面测量数据的地形修正方法及系统与流程

本发明涉及水利工程与河道地形测量，尤其涉及一种基于河道断面测量数据的地形修正方法及系统。

背景技术：

1、在河道治理、洪水模拟以及河床演变分析等水利工程应用场景中，需要获取高精度的连续河道数字地形数据，以作为各项水力学计算与地质演变分析的基础模型支撑。

2、目前获取连续河道地形的常规技术方案是基于离散的断面测量数据进行数学插值生成。该方案通常利用全球定位系统、全站仪或测深仪等测量设备获取目标河段的若干离散横断面数据，随后在相邻的实测横断面之间，直接采用反距离权重或克里金插值等各向同性的空间插值算法，单纯依靠各个测点之间的空间距离权重来计算未知插值点的高程值，从而拼合生成连续的河道地形表面。

3、上述现有技术采用各向同性的纯数学空间插值算法，在相邻实测横断面之间仅依赖距离权重进行高程计算。这种处理方式导致生成的相邻断面间地形发生过度平滑，丢失了真实的河槽起伏形态特征，并引起深泓线等关键水文特征线的位置发生偏差，最终导致由离散断面构建出的连续河道数字地形精度低下，且水文一致性差。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于河道断面测量数据的地形修正方法及系统，用以解决现有技术中的缺陷，从而提升构建连续数字地形的精度与水文一致性。

2、本发明提供一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，包括如下步骤：

3、获取目标河段的多个实测横断面数据；

4、从各个所述实测横断面数据中提取深泓点，根据多个所述深泓点构建深泓线；

5、沿所述深泓线建立纵向高程参考曲线，提取所述纵向高程参考曲线的地形趋势数据，得到深泓纵向修正量；

6、对于任意两个相邻的实测横断面之间的插值点，确定所述插值点相对于所述目标河段一侧岸边的横向比例；

7、根据所述两个相邻的实测横断面的原始断面形态数据，计算所述插值点的基准地形高度；

8、确定与所述横向比例对应的横向修正强度分布函数的函数值，所述横向修正强度分布函数定义了修正强度随所述横向比例变化的映射关系；

9、将所述深泓纵向修正量与所述函数值的乘积叠加至所述基准地形高度，得到所述插值点的修正地形高度。

10、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述根据所述两个相邻的实测横断面的原始断面形态数据，计算所述插值点的基准地形高度，包括：

11、获取所述插值点沿所述深泓线的纵向累计距离；

12、确定所述纵向累计距离相对于两个所述实测横断面位置的第一距离权重与第二距离权重；

13、基于所述第一距离权重和所述第二距离权重对所述两个相邻的实测横断面的原始断面形态数据进行加权求和，得到所述基准地形高度。

14、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述横向修正强度分布函数的确定方式包括：

15、当所述横向比例对应于所述目标河段的主槽区域时，将所述横向修正强度分布函数的函数值设置为第一权重值；

16、当所述横向比例对应于由所述主槽区域向两侧滩地延伸的区域时，设定所述横向修正强度分布函数的函数值由所述第一权重值逐渐递减至第二权重值，所述第二权重值小于所述第一权重值。

17、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述提取所述纵向高程参考曲线的地形趋势数据，得到深泓纵向修正量，包括：

18、获取所述纵向高程参考曲线上各个采样点沿所述目标河段纵向的累计距离；

19、以所述累计距离为自变量，对各个所述采样点的高程值进行多项式平滑计算，提取出所述高程值的低频分量作为所述地形趋势数据；

20、计算各个所述采样点的原始高程值与对应的所述低频分量之间的高程差值，将所述高程差值确定为所述深泓纵向修正量。

21、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述根据多个所述深泓点构建深泓线，包括：

22、按照所述目标河段的水流方向，对多个所述深泓点进行排序；

23、构建相邻的所述深泓点之间的分段多项式函数；

24、在相邻的所述分段多项式函数的连接节点处，施加一阶导数连续和二阶导数连续的约束条件，求解所述分段多项式函数的系数并生成连续的深泓线。

25、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，在获取目标河段的多个实测横断面数据之后，所述方法还包括：

26、从各个所述实测横断面数据中提取左岸坡脚点、右岸坡脚点和滩槽分界点；

27、沿所述目标河段的纵向，分别连接各个所述实测横断面数据中对应的所述左岸坡脚点、所述右岸坡脚点和所述滩槽分界点，构建左坡脚线、右坡脚线和滩槽边界线；

28、将所述左坡脚线、所述右坡脚线和所述滩槽边界线设定为地形约束边界，以限制对所述目标河段进行地形高程计算的空间范围。

29、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，在得到所述插值点的修正地形高度之后，还包括：

30、计算两个所述相邻的实测横断面之间的参考高差比例与参考坡度；

31、基于各个所述插值点的所述修正地形高度，计算对应的模拟高差比例和模拟坡度；

32、在所述模拟高差比例与所述模拟坡度超出所述参考高差比例与所述参考坡度的预设波动阈值时，以所述参考高差比例与所述参考坡度为约束条件重新调整所述修正地形高度。

33、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述方法还包括：

34、确定位于首个实测横断面以外的第一边界区域，以及位于末个实测横断面以外的第二边界区域；

35、提取所述深泓线在所述首个实测横断面处的首端走向斜率，以及在所述末个实测横断面处的末端走向斜率；

36、基于所述首端走向斜率向所述第一边界区域外推地形高程，得到第一地形外推结果；

37、基于所述末端走向斜率向所述第二边界区域外推地形高程，得到第二地形外推结果；

38、根据预设的岸线高程数据对所述第一地形外推结果和所述第二地形外推结果进行闭合。

39、根据本发明提供的一种基于河道断面测量数据的地形修正方法，所述方法还包括：

40、将所有的所述实测横断面数据与所有所述插值点的数据进行合并，构建离散的三维地形点集；

41、对所述三维地形点集中的各个坐标点进行空间三角剖分或网格化连接，生成连续的数字地形模型。

42、本发明还提供一种基于河道断面测量数据的地形修正系统，包括如下模块：

43、数据获取模块，用于获取目标河段的多个实测横断面数据；

44、深泓线构建模块，用于从各个所述实测横断面数据中提取深泓点，根据多个所述深泓点构建深泓线；

45、纵向修正量确定模块，用于沿所述深泓线建立纵向高程参考曲线，提取所述纵向高程参考曲线的地形趋势数据，得到深泓纵向修正量；

46、横向比例确定模块，用于对于任意两个相邻的实测横断面之间的插值点，确定所述插值点相对于所述目标河段一侧岸边的横向比例；

47、基准高度计算模块，用于根据所述两个相邻的实测横断面的原始断面形态数据，计算所述插值点的基准地形高度；

48、函数值确定模块，用于确定与所述横向比例对应的横向修正强度分布函数的函数值，所述横向修正强度分布函数定义了修正强度随所述横向比例变化的映射关系；

49、修正高度计算模块，用于将所述深泓纵向修正量与所述函数值的乘积叠加至所述基准地形高度，得到所述插值点的修正地形高度。

50、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于河道断面测量数据的地形修正方法。

51、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于河道断面测量数据的地形修正方法。

52、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于河道断面测量数据的地形修正方法。

53、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

54、通过获取目标河段的多个实测横断面数据，从而为河道地形修正提供了来自真实测量的离散基础数据源；通过从各个实测横断面数据中提取深泓点并根据多个深泓点构建深泓线，从而将河床最低位置沿河道纵向的演变轨迹以连续曲线的形式显式表达出来，进而为纵向地形趋势的提取奠定几何基础；通过沿深泓线建立纵向高程参考曲线并提取纵向高程参考曲线的地形趋势数据得到深泓纵向修正量，从而将河道纵向上反映宏观地形演变规律的趋势信息从原始测量数据中分离出来，进而获得可用于修正插值地形的纵向修正依据；通过对于任意两个相邻的实测横断面之间的插值点确定插值点相对于目标河段一侧岸边的横向比例，从而在河道横向方向上对插值点的空间位置进行了归一化标定，进而为差异化施加修正强度提供了位置基准；通过根据两个相邻的实测横断面的原始断面形态数据计算插值点的基准地形高度，从而使插值点在纵向上继承了上下游实测横断面所携带的真实形态信息并呈现连续平滑的过渡特性，进而保留了断面间的真实河槽起伏特征；通过确定与横向比例对应的横向修正强度分布函数的函数值，从而依据修正强度随横向比例变化的映射关系在河道横向不同位置上配置了差异化的修正强度，进而使主槽位置充分继承纵向地形演变信息而滩地位置保持相对稳定；通过将深泓纵向修正量与函数值的乘积叠加至基准地形高度得到插值点的修正地形高度，从而将河道纵向上的深泓地形演变趋势与河道横向上的修正强度差异化分布相结合而对插值点同时施加横向加权与纵向修正，进而使修正后的河道地形既保留了实测横断面的真实形态特征又消除了断面间地形过度平滑、深泓线位置偏差以及局部异常波动的问题，最终显著提升了由离散断面构建连续河道数字地形的精度与水文一致性。