基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，屬于地球物理科學門類的水文科學類。本發(fā)明是一種通過IDL程序語言實現(xiàn)利用高精度的DEM資料對流域進行升尺度的子流域劃分方法，很好地利用了IDL面向矩陣，運算效率高的特點。通過對DEM的分析，獲得子流域劃分結(jié)構、子流域間拓撲關系、子流域控制點、控制范圍、集水面積、子流域間河道長度、坡度等地質(zhì)、地貌特征，為流域徑流模擬提供支撐。同時，利用強大的地理信息系統(tǒng)軟件MapInfo對子流域劃分結(jié)果顯示?；贗DL生成了子流域拓撲關系、子流域控制點位置，利用MapInfo的編程語言MapBasic展示子流域的拓撲關系。
【專利說明】基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種利用編程語言IDL和MapInfo進行子流域劃分、分析、顯示的方法，屬于地球物理下水文分支【技術領域】。
【背景技術】
[0003]分布式水文模型是預測流域內(nèi)水文情勢的空間分布，評價人類活動(水資源開發(fā)利用、土地利用、面源污染等)的影響，為流域規(guī)劃與治理、水資源可持續(xù)開發(fā)利用科學指導的有效方法?；贓ffiM的分布式水文模型是水文模型研究的熱點問題。基于EffiM的流域內(nèi)子單元的劃分對模擬精度有重要的影響，根據(jù)需要進行有效的流域劃分具有重要意義。傳統(tǒng)的子單元劃分多是基于格網(wǎng)的劃分，精度低，并不能滿足現(xiàn)實需要。日本學者Yamazaki等于2009年提出基于格網(wǎng)的自然子流域劃分，自然子流域劃分具有單元內(nèi)和單元間水文過程清晰的特點，子流域作為獨立單元，容易進行產(chǎn)匯流計算，很多模型選擇自然子流域劃分，因此研究子流域劃分及地形、地貌信息對流域模擬很重要。子流域劃分最基本的方法是利用ArcGIS進行子流域劃分，但隨著人們對子流域劃分結(jié)果的要求越來越高，單獨依據(jù)ArcGIS進行的子流域劃分并不能滿足應用要求。本發(fā)明利用IDL和Mapinfo相結(jié)合的技術結(jié)合日本學者提出的方法進行子流域劃分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:考慮到以往子流域劃分不靈活，提取信息不完善等缺陷，本發(fā)明提供一種基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，利用面向矩陣的IDL編程語言進行子流域劃分，并通過MapInfo對劃分結(jié)果進行展示，同時，利用MapInfo輔助語言MapBasic顯示子流域拓撲結(jié)構。
[0005]技術方案:一種基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法利用面向矩陣運算的程序語言IDL對高精度DEM進行提取分析，獲得流域的子流域劃分、子流域拓撲關系等指標，利用MapInfo的MapBasic編程語言讀取子流域拓撲信息、出口點信息，對子流域劃分結(jié)果進行顯示。具體包括如下步驟:
第一步:從中國科學院數(shù)據(jù)應用環(huán)境網(wǎng)站上下載研究區(qū)域的高精度DEM數(shù)據(jù)((30m或90m))，利用ArcGIS對研究區(qū)數(shù)據(jù)進行合并處理，基于研究流域邊界提取研究流域內(nèi)的DEM。利用Hydrology 模塊的填掛功能生成研究區(qū)無掛地DEM,利用Hydrology模塊的生成流向、匯流累積量功能生成研究區(qū)的流向、匯流累積量。利用ArcGIS中柵格轉(zhuǎn)ASCII工具，將流域DEM、流向、匯流累積量分別導出為ASCII碼，供IDL處理。
[0006]第二步:編寫生成子流域控制點及拓撲關系的程序，按照網(wǎng)格劃分，利用IDL的where函數(shù)獲得網(wǎng)格內(nèi)匯流累積量最大的點的位置，作為子流域控制點，最終生成每個大網(wǎng)格的子流域控制點位置文件。利用控制點沿流向向下游搜索，并記錄搜索路徑，獲得該網(wǎng)格控制點的下游控制點，記錄控制點之間的拓撲關系，即為子流域間拓撲關系，生成拓撲關系文件。利用控制點位置文件及DEM信息獲得控制點高程，作為子流域的代表高程。利用控制點的搜索路徑，計算上游子流域到下游子流域間的河道長度。利用控制點間河道長度和控制點高程差，得到河道坡度信息。
[0007]第三步:編寫子流域生成程序。首先，利用子流域拓撲關系生成子流域的上游子流域，將子流域控制點的匯流累積量將去上游子流域的匯流累積量，獲得子流域的匯流面積。其次，對子流域集水面積進行由小到大排序，利用IDL編寫基于矩陣的流向追蹤程序，依次對排序單元進行流向追蹤，創(chuàng)建初始矩陣，判斷流向流入控制點的網(wǎng)格，將子流域控制區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格賦值為子流域編號。最后，得到每個子流域的控制區(qū)域，生成子流域控制區(qū)域文件。
[0008]第四步:利用第三步中生成的子流域控制矩陣文件，按照各子流域控制區(qū)的邊界，生成子流域的mif文件格式,方便MapInfo導入。
[0009]第五步:打開MapInfo,利用工具----表----1mport工具將mif文件導入到
MapInfo中，生成流域的子流域劃分tab文件。
[0010]第六步:編寫MapBasic程序，讀取子流域拓撲關系文件、子流域控制點位置文件，生成子流域的拓撲關系圖。與第六步的子流域劃分圖疊加在一起，就生成了流域的拓撲關系圖。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，利用面向矩陣的IDL編程語言進行子流域劃分，并通過MapInfo對劃分結(jié)果進行展示；編程語言IDL簡單、方便、計算效率高，容易被研究者所掌握，研究者可根據(jù)自己的需要進行不同的子流域劃分。同時，本發(fā)明利用高精度DEM提取了子流域的有效信息，對徑流模擬提供有效支撐。利用Ma·pInfo對子流域化法結(jié)果進行展示、出圖，方便研究者使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的研究區(qū)王家壩站以上流域邊界；
圖2為本發(fā)明實施例的王家壩站以上流域子流域劃分；
圖3為本發(fā)明實施例的王家壩站以上流域子流域拓撲關系展示；
圖4為本發(fā)明實施例的研究區(qū)外洲站以上流域邊界；
圖5為本發(fā)明實施例的外洲站以上流域子流域劃分；
圖6為本發(fā)明實施例的外洲站以上流域子流域拓撲關系展示。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0014]I軟件安裝 Cl) IDL 安裝:
第一步:下載IDL7.0，解壓縮到本地文件。
[0015]第二步:雙擊解壓縮文件里面的安裝文件idl70winx86_32.exe,點擊下一步。
[0016]第三步:同意IDL協(xié)議，點擊下一步。[0017]第四步:選擇安裝路徑或默認安裝路徑，點擊下一步。
[0018]第五步:選擇IDL擴展模塊，根據(jù)需要選擇安裝。點擊下一步，開始安裝。
[0019]第六步:提示是否要導入License,選擇是，進入License導入界面,選擇第三項，從本機導入License。點擊next,選擇本機上IDL安裝包里面的License,導入License。注意:Li cense里面的計算機名要改為本機名。
[0020]第七步:從開始菜單里面，啟動IDL License管理器，選擇Start/Stop/Reread,先點擊 Stop 停止 License,接著 Start License,點擊 Reread License,在下方出現(xiàn) ServerStart Successful。表不啟動成果。
[0021]第八步:點擊IDL啟動界面，啟動IDL。
[0022](2) Maplnfo安裝:第一步:下載正版MapInfol0.0版本軟件,解壓縮到本地文件。
[0023]第二步:雙擊解壓縮文件里面的安裝文件setup, exe,點擊下一步。
[0024]第三步:輸入安裝包里面的序列號和注冊碼，點擊下一步。
[0025]第四步:選擇安裝路徑，點擊下一步，完成安裝。
[0026]第五步:在完成安裝后，將安裝包里面的micore.dll覆蓋到安裝目錄，完成安裝。
[0027]第六步:啟動Maplnfo。
[0028](3) MapBasic 安裝:
第一步:下載MapBasic軟件，將其解壓到本地文件夾。
[0029]第二步:雙擊SETUP.EXE，進入安裝頁面，點擊下一步。
[0030]第三步:進入軟件設置界面，輸入MapBasic的注冊碼，點擊下一步。
[0031]第四步:設置軟件安裝路徑，最后完成安裝。
[0032]2具體實施步驟:
第一步:從中國科學院數(shù)據(jù)應用環(huán)境網(wǎng)站上下載研究區(qū)域的高精度DEM數(shù)據(jù)(90m)，利用ArcGIS對研究區(qū)數(shù)據(jù)進行合并處理，基于王家壩流域邊界提取研究流域內(nèi)的DEM。利用Hydrology模塊的填掛功能生成研究區(qū)無掛地DEM,利用Hydrology模塊的生成流向、匯流累積量功能生成研究區(qū)的流向、匯流累積量。利用ArcGIS中柵格轉(zhuǎn)ASCII工具，將流域DEM、流向、匯流累積量分別導出為ASCII 5馬，供IDL處理。
[0033]第二步:編寫生成子流域控制點及拓撲關系的程序，按照網(wǎng)格劃分，利用IDL的where函數(shù)獲得網(wǎng)格內(nèi)匯流累積量最大的點的位置，作為子流域控制點，最終生成每個大網(wǎng)格的子流域控制點位置文件。利用控制點沿流向向下游搜索，并記錄搜索路徑，獲得該網(wǎng)格控制點的下游控制點，記錄控制點之間的拓撲關系，即為子流域間拓撲關系，生成拓撲關系文件。利用控制點位置文件及DEM信息獲得控制點高程，作為子流域的代表高程。利用控制點的搜索路徑，計算上游子流域到下游子流域間的河道長度。利用控制點間河道長度和控制點高程差，得到河道坡度信息。
[0034]第三步:編寫子流域生成程序。首先，利用子流域拓撲關系生成子流域的上游子流域，將子流域控制點的匯流累積量將去上游子流域的匯流累積量，獲得子流域的匯流面積。其次，對子流域集水面積進行由小到大排序，利用IDL編寫基于矩陣的流向追蹤程序，依次對排序單元進行流向追蹤，創(chuàng)建初始矩陣，判斷流向流入控制點的網(wǎng)格，將子流域控制區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格賦值為子流域編號。最后，得到每個子流域的控制區(qū)域，生成子流域控制區(qū)域文件。
[0035]第四步:利用第三步中生成的子流域控制矩陣文件，按照各子流域控制區(qū)的邊界，生成子流域的mif文件格式,方便Maplnfo導入。
[0036]第五步:打開Maplnfo,利用工具----表----1mport工具將mif文件導入到
Maplnfo中，生成流域的子流域劃分tab文件。
[0037]第六步:編寫MapBasic程序，讀取子流域拓撲關系文件、子流域控制點位置文件，生成子流域的拓撲關系圖。與第六步的子流域劃分圖疊加在一起，就生成了流域的拓撲關系圖。
[0038]3實列介紹:
實例1:選擇王家壩水文站以上流域(如圖1所示)進行劃分，王家壩水文站位于淮河中游豫皖兩省交界處，集水面積為3.6萬km2，是淮河干流第一大站，它是淮河的晴雨表，在歷次淮河流域抗洪搶險工作中發(fā)揮了巨大的作用。
[0039]淮河地處我國南北氣候過渡帶，淮河以北屬暖溫帶區(qū)，淮河以南屬北亞熱帶區(qū)，氣候溫和，多年平均降水量約為830mm，年內(nèi)降水時空分布不均，其中最大年降水量約為最小年降水量的兩倍，汛期(6、月)降水約占全年降水的60%~ 80%，集水面積為27萬km2。
[0040]第一步:從國際科學數(shù)據(jù)服務平臺(http://datamirror.csdb.cn/dem/f iles/ys.jsp)下載DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS合并功能將數(shù)據(jù)合并，并利用王家壩站的邊界提取出王家壩站流域內(nèi)DEM。利用ArcGIS的填洼、流向、匯流累積量功能生成無洼地DEM，流域內(nèi)流向、匯流累積量，并導出為相應ASCII文件。
[0041]第二步:利用生成子流域控制點及拓撲關系的程序，生成王家壩站子流域控制點及拓撲關系。生成子流域的高程、子流域間河道長度、河道坡度等信息，結(jié)果分別如表1、2、3所示，其中數(shù)據(jù)所在行列即為圖2大網(wǎng)格化法子流域所在位置的數(shù)據(jù)。下面的表同理。
[0042]第三步:利用子流域分割程序，對流域進行分割，獲得子流域控制面積(如表3)，子流域控制區(qū)矩陣。
[0043]第四步:利用子流域控制區(qū)矩陣，生成子流域的邊界文件mif文件。
[0044]第五步:將mif文件導入Maplnfo,生成子流域的tab文件,如圖2所示。
[0045]第六步:利用編寫的MapBasic程序，讀取生成的子流域控制點文件及子流域拓撲關系文件，生成子流域拓撲關系圖，如圖3所示。疊加在子流域圖上，即為最終圖形。
[0046]表1王家壩以上流域提取的子流域面積信息(km2)
【權利要求】
1.一種基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一:獲取研究區(qū)域DEM ； 步驟二:利用ArcGIS的數(shù)據(jù)合并功能將獲取的分塊數(shù)據(jù)合并為一個大的DEM ;基于研究區(qū)的流域邊界提取研究區(qū)的內(nèi)的DEM ;利用ArcGIS的hydrology模塊的填掛、生成流向、匯流累積量功能獲得全流域無洼地DEM、流向、匯流累積量； 步驟三:利用ArcGIS的柵格轉(zhuǎn)ASCII工具，將生成的高精度DEM、流向、匯流累積量結(jié)果導為ASCII碼，以方便IDL讀取； 步驟四:利用IDL編寫程序，讀取匯流累積量，對流域進行網(wǎng)格劃分，利用IDL提取各網(wǎng)格范圍內(nèi)的匯流累積量信息，利用where函數(shù)確定匯流累積量最大的點，即子流域的出口點，稱之為控制點；利用各網(wǎng)格的子流域劃分控制點，生成流域子流域出口控制點文件；利用控制點沿流向向下游搜索，并記錄搜索路徑，獲得該網(wǎng)格控制點的下游控制點，記錄控制點之間的拓撲關系，即為子流域間拓撲關系，生成拓撲關系文件；利用控制點位置文件及DEM信息獲得控制點高程，作為子流域的代表高程；利用控制點的搜索路徑，計算上游子流域到下游子流域間的河道長度；利用控制點間河道長度和控制點高程差，得到河道坡度信息； 步驟五:子流域邊界生成，利用子流域拓撲關系生成子流域的上游子流域，將子流域控制點的匯流累積量減去上游子流域的匯流累積量，獲得子流域的匯流面積；對子流域匯流面積進行由小到大排序，生成的子流域出口控制點的匯流累積量和；利用IDL編寫基于矩陣的流向追蹤程序，依次對排序單元進行流向追蹤，創(chuàng)建初始矩陣，判斷流向流入控制點的網(wǎng)格，將子流域控制區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格賦值為子流域編號；最后，得到每個子流域的控制區(qū)域，生成子流域控制區(qū)域文件； 步驟六:利用步驟四中生成的子流域控制矩陣文件，生成流域的mif文件； 步驟七:將步驟六中生成的mif文件導入到MapInfo中，生成流域的子流域劃分文件；步驟八:編寫MapBasic程序，讀取子流域拓撲關系文件、子流域控制點位置文件，生成子流域的拓撲關系圖。
2.如權利要求1所述的基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，其特征在于，獲取研究區(qū)域DEM，是從中國科學院數(shù)據(jù)應用環(huán)境網(wǎng)站上下載研究區(qū)域DEM。
3.如權利要求1所述的基于IDL和Mapinfo的子流域劃分與信息提取方法，其特征在于，編寫MapBasic程序，讀取子流域拓撲關系文件、子流域控制點位置文件，生成子流域的拓撲關系圖；與第六步的子流域劃分圖疊加在一起，就生成了流域的拓撲關系圖。
【文檔編號】G06F9/44GK103677826SQ201310662799
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】劉京京, 吳志勇, 何海, 鞠琴, 董亮, 吳曉韜 申請人:河海大學