一種基于gis的城市水文徑流計(jì)算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及圖形處理領(lǐng)域，特別是一種基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 城鎮(zhèn)化是人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的必然結(jié)果，進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國(guó)的城鎮(zhèn)化急速增 長(zhǎng)，在主要以經(jīng)濟(jì)為中心以及唯GDP導(dǎo)向的城市發(fā)展模式中，城市以攤大餅的方式擴(kuò)張。隨 著這種發(fā)展，城鎮(zhèn)化出現(xiàn)越來越多的問題，城市安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，加之在近年全球氣候變 化極端暴雨天氣發(fā)生更頻繁的影響下，城市規(guī)劃中如何兼顧城市雨洪安全成為重大難題。 目前，雨洪安全問題的解決之道多是單一片面，采用工程性措施進(jìn)行應(yīng)用，針對(duì)洪水，建設(shè) 了防洪堤，針對(duì)澇災(zāi)，埋下了下水管道，但這種對(duì)抗式的處理方法之下，防洪堤再高、下水管 再粗也不能徹底解決中國(guó)城市的內(nèi)澇問題。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)水文徑流的計(jì)算依賴于人工調(diào)研，這種方式缺乏科學(xué)分析，人的主 觀性過強(qiáng)，對(duì)水文徑流的計(jì)算不夠準(zhǔn)確，有可能因忽略了一些潛在徑流，而導(dǎo)致存在誤判或 漏判的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)水 文徑流的計(jì)算不夠準(zhǔn)確的問題。
[0005] 根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法，其 特征在于：包括以下步驟： 構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型；基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向； 根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格的匯流累 計(jì)量；基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。
[0006] 優(yōu)選的，還包括：根據(jù)預(yù)設(shè)的用地屬性，確定柵格的脆弱等級(jí)；將柵格的匯流累計(jì) 量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘，依據(jù)所得的乘積值將柵格分級(jí)顯示為對(duì)應(yīng)的顏色。
[0007] 優(yōu)選的，匯流累計(jì)量的等級(jí)級(jí)數(shù)與脆弱等級(jí)的級(jí)數(shù)相等。
[0008] 優(yōu)選的，還包括：降低柵格數(shù)據(jù)分辨率。
[0009] 根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市水文徑流計(jì)算系統(tǒng)，包 括：建模單元，用于構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型；判斷單元，用于基于單流向法判斷數(shù)字 高程模型內(nèi)柵格的水流方向；計(jì)算單元，用于根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵 格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格的匯流累計(jì)量；匯流單元，用于基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵 格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。
[0010] 優(yōu)選的，還包括：脆弱等級(jí)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的用地屬性，確定柵格的脆弱等級(jí)； 分級(jí)顯示單元，用于將柵格的匯流累計(jì)量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘，依據(jù)所得的乘積 值將柵格分級(jí)顯示為對(duì)應(yīng)的顏色。
[0011] 優(yōu)選的，匯流累計(jì)量的等級(jí)級(jí)數(shù)與脆弱等級(jí)的級(jí)數(shù)相等。
[0012] 優(yōu)選的，還包括：降低分辨率單元，用于降低柵格的分辨率。
[0013] 本申請(qǐng)的有益效果是，本申請(qǐng)構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型；基于單流向法判斷 數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向；根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游 的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格的匯流累計(jì)量。由于本申請(qǐng)構(gòu)建了數(shù)字高程模型，并基于數(shù)字高程 模型判斷水流方向并計(jì)算匯流累計(jì)量，而使得對(duì)水文徑流的計(jì)算更加準(zhǔn)確。
[0014] 通過對(duì)匯流累計(jì)量進(jìn)行級(jí)別劃分，基于自然斷點(diǎn)分級(jí)減少了同一級(jí)中的差異，增 加了級(jí)間的差異，使人肉眼不易識(shí)別的水文徑流信息更直觀可認(rèn)。
[0015] 同時(shí)，把匯流累計(jì)量數(shù)據(jù)與用地脆弱性數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，識(shí)別出了城市中需要重點(diǎn) 保護(hù)及處理的徑流范圍，可以對(duì)雨洪安全進(jìn)行校核驗(yàn)證，并為后續(xù)的城市規(guī)劃提供參考。
【附圖說明】
[0016] 圖1為實(shí)施例1的方法流程圖； 圖2為實(shí)施例1構(gòu)建的數(shù)字高程模型示意圖； 圖3為實(shí)施例1的水文徑流效果圖； 圖4為實(shí)施例2的方法流程圖； 圖5為實(shí)施例2對(duì)用地的脆弱性等級(jí)進(jìn)行劃分后的效果圖； 圖6為實(shí)施例2將柵格的匯流累計(jì)量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘后的效果圖； 圖7為實(shí)施例2降低柵格的分辨率的前后對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 實(shí)施例1 : 一種基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法，如圖1所示，包括以下步驟： 5101 :構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型； 5102 :基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向； 5103 :根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格 的匯流累計(jì)量； 5104 :基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。
[0019] 如圖2所示，數(shù)字高程模型屬于一種連續(xù)表面的柵格圖，是描述地表起伏形態(tài)特 征的空間數(shù)據(jù)模型，由地面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩陣，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集。通過將 地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像結(jié)合，進(jìn)行矢量化處理，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型。單流向法假定一 個(gè)柵格中的水流只從一個(gè)方向流出，在基于3*3的柵格內(nèi)，根據(jù)柵格間的最大距離權(quán)落實(shí)， 即高程落差，判斷水流的方向。根據(jù)柵格的水流方向，可以統(tǒng)計(jì)流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù) 量，進(jìn)而計(jì)算出此柵格的匯流累計(jì)量反映了該柵格的積水深度和范圍，也反映了該柵格形 成地表匯流的難易程度。
[0020] 如圖3所示，本實(shí)施例基于GIS中的自然斷點(diǎn)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃 分，可以做到，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，確定匯流累計(jì)量的自然聚類，將匯流累計(jì)量所組成的數(shù)據(jù) 集，劃分成不同的子集，原則是減少每個(gè)子集內(nèi)同一級(jí)中的差異、增加子集間的級(jí)之間的差 異，從而形成分級(jí)后的水文徑流圖。圖中顏色較深的部分，其匯流累計(jì)量較大，對(duì)應(yīng)的級(jí)數(shù) 也較高。
[0021] 在計(jì)算柵格的匯流累計(jì)量時(shí)，可基于GIS自帶的一個(gè)功能，對(duì)匯流量累計(jì)量數(shù)據(jù) 進(jìn)行過濾，從而消除因地表小坑洼而造成的匯流偏差。
[0022] 實(shí)施例2 : 如圖4所示，本實(shí)施例包括以下步驟： 5201 :構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型； 5202 :基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向； 5203 :根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格 的匯流累計(jì)量。
[0023] S204 :基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分； 5205 :根據(jù)預(yù)設(shè)的用地屬性，確定柵格的脆弱等級(jí)； 5206 :將柵格的匯流累計(jì)量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘，依據(jù)所得的乘積值將柵格 分級(jí)顯示為對(duì)應(yīng)的顏色。
[0024] 作為實(shí)施例1的改進(jìn)，如圖5所不，由于柵格代表著一塊地表，地表本身具有相應(yīng) 的用地屬性，該用地屬性預(yù)置在柵格中，因而可以根據(jù)這一地表本身的用地屬性，進(jìn)而確定 其脆弱等級(jí)，這一脆弱等級(jí)反映了該地表的易損程度。本實(shí)施例按照如下的對(duì)應(yīng)表對(duì)用地 的脆弱性等級(jí)進(jìn)行劃分，將脆弱等級(jí)分為6個(gè)等級(jí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟： 構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型； 基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向； 根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格的匯 流累計(jì)量； 基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：還包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)的用地屬性，確定柵格的脆弱等級(jí)； 將柵格的匯流累計(jì)量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘，依據(jù)所得的乘積值將柵格分級(jí)顯 示為對(duì)應(yīng)的顏色。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：匯流累計(jì)量的等級(jí)級(jí)數(shù)與脆弱等級(jí)的級(jí) 數(shù)相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：還包括：降低柵格數(shù)據(jù)分辨率。
5. -種基于GIS的城市水文徑流計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于：包括： 建模單元，用于構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型； 判斷單元，用于基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向； 計(jì)算單元，用于根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì) 算此柵格的匯流累計(jì)量； 匯流單元，用于基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于：還包括： 脆弱等級(jí)單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的用地屬性，確定柵格的脆弱等級(jí)； 分級(jí)顯示單元，用于將柵格的匯流累計(jì)量等級(jí)值與脆弱等級(jí)值疊加相乘，依據(jù)所得的 乘積值將柵格分級(jí)顯示為對(duì)應(yīng)的顏色。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于：匯流累計(jì)量的等級(jí)級(jí)數(shù)與脆弱等級(jí)的級(jí) 數(shù)相等。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于：還包括：降低分辨率單元，用于降低柵格 的分辨率。
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種基于GIS的城市水文徑流計(jì)算方法，包括以下步驟：構(gòu)建城市地表的數(shù)字高程模型；基于單流向法判斷數(shù)字高程模型內(nèi)柵格的水流方向；根據(jù)柵格的水流方向，統(tǒng)計(jì)水流方向流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，計(jì)算此柵格的匯流累計(jì)量；基于自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)柵格的匯流累計(jì)量進(jìn)行等級(jí)劃分。同時(shí)，本申請(qǐng)還公開了基于GIS的城市水文徑流計(jì)算系統(tǒng)，包括建模單元、判斷單元、計(jì)算單元和匯流單元。本申請(qǐng)使得對(duì)水文徑流的計(jì)算更加準(zhǔn)確，規(guī)劃更加合理、便于后續(xù)的城市規(guī)劃。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號(hào)】CN104750936
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510163447
【發(fā)明人】黃冕眉, 凌霄, 阮浩德, 劉青, 陳滿, 熊曉冬, 陳靜, 黃卓
【申請(qǐng)人】廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日