本發(fā)明涉及流域防洪調(diào)度領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成方法。

背景技術(shù)：

我國地域遼闊，河流眾多，受季風(fēng)氣候影響洪澇災(zāi)害頻繁。近年來，受氣候變化影響，極端天氣系統(tǒng)及洪澇災(zāi)害事件頻發(fā)，洪澇災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失仍比較嚴(yán)重，防洪工程體系的防洪壓力進(jìn)一步增大。對現(xiàn)有防洪工程體系進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度，對于提高現(xiàn)有防洪工程體系防洪能力、減輕洪澇災(zāi)害意義重大。

流域防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)是提高流域防洪工程體系防洪能力、減輕洪災(zāi)損失的重要非工程措施之一，在防汛工作中發(fā)揮了巨大作用。流域防洪調(diào)度概化圖是對流域防洪工程系統(tǒng)進(jìn)行抽象和概化的直觀體現(xiàn)，能表現(xiàn)出流域系統(tǒng)中的集水區(qū)、水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道等實體及其相互之間的水力聯(lián)系。流域防洪調(diào)度概化圖是流域防洪調(diào)度方案制定和決策的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的流域防洪調(diào)度概化圖制作方法是相關(guān)人員根據(jù)所研究流域防洪工程系統(tǒng)的特點，結(jié)合各集水區(qū)、水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道等實體對象及其相互之間的水力聯(lián)系，對相對重要的實體對象及其相互聯(lián)系進(jìn)行概化，然后手工或利用某一繪圖軟件繪制生成。該傳統(tǒng)方法存在以下缺點：(1)工作量大，制圖效率低；(2)生成的概化圖內(nèi)容固定，當(dāng)資料細(xì)化或特定防汛工作要求概化圖更新時需要人工重新繪制生成，更新不便；(3)生成的概化圖無地理位置信息，無法與現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加并進(jìn)行相關(guān)的空間分析。例如，當(dāng)前的流域防洪調(diào)度概化圖一般僅僅反映了流域內(nèi)各概化對象的拓?fù)溥壿嬯P(guān)系，而忽略了各對象的實際地理位置關(guān)系，因此不能基于該概化圖對流域內(nèi)的防洪保護(hù)對象分布、實時降雨分布、實時災(zāi)情分布情況等信息進(jìn)行綜合分析。此外，當(dāng)前流域防洪調(diào)度概化圖均基于一定精細(xì)程度的資料，針對某一模擬精度要求，對流域中相對重要的水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道等實體對象進(jìn)行抽象和概化而忽略其他次要對象的影響后制定的固定概化圖，不能隨著資料的精細(xì)程度的提高、實時雨水災(zāi)情的變化而導(dǎo)致的防汛重點對象和地區(qū)的變化而實時調(diào)整。比如，對于某一水庫，若其規(guī)模相對較小而忽略其影響進(jìn)而并未在前述固定概化圖中進(jìn)行概化，而根據(jù)實時雨水災(zāi)情需要考慮該水庫防洪調(diào)度方案時，就需要根據(jù)流域防汛工作需求重新制定流域防洪調(diào)度概化圖，在一定程度上影響了流域防洪調(diào)度決策的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有流域防洪調(diào)度決策支持系統(tǒng)中流域防洪調(diào)度概化圖普遍存在的上述問題，提供一種基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成方法，能根據(jù)用戶關(guān)注的對象及相應(yīng)資料的精細(xì)程度的改變，動態(tài)生成防洪調(diào)度概化圖，且相應(yīng)概化圖中的對象能在一定的地理坐標(biāo)系統(tǒng)中與對象的相應(yīng)實際地理位置相對應(yīng)，便于與現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加并進(jìn)行相關(guān)的空間分析。

具體的技術(shù)方案為：

基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成方法，包括以下過程：

(1)輸入基礎(chǔ)資料，基礎(chǔ)資料包括流域基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)；

(2)設(shè)定流域內(nèi)重點關(guān)注的區(qū)域范圍以及各類對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)；

所述的重點關(guān)注區(qū)域，為整個流域，或者流域內(nèi)用戶勾畫出的某一范圍；

各類對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)，包括需要重點考慮的水文站級別、水庫級別、分洪閘級別；

(3)抽象和概化實體對象；根據(jù)步驟(2)中重點關(guān)注的區(qū)域范圍以及各類對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中基于對象的屬性信息篩選出滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)實體，對各類實體進(jìn)行抽象和概化，生成概化圖實體要素圖層；

(4)分析確定流域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，構(gòu)建對象鄰接表；

(5)提取各實體對象間的區(qū)間集水區(qū)域；

(6)保存和輸出流域防洪調(diào)度概化圖。

其中，所述的步驟(4)分析確定流域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，構(gòu)建對象鄰接表，包括以下過程：采用深度優(yōu)先遍歷法，針對流域出口斷面相應(yīng)的實體對象，計為A，沿其各條匯入河流向上游搜索，若該河流存在概化實體對象，計為B，則首先將實體對象B至實體對象A的河道概化為一個實體連接，計為B—A，以能反映河道走向的多段線表示，并將該實體連接保存至對象鄰接表，見表1：

表1對象鄰接表

然后采用遞歸思想針對實體對象B，沿其各條匯入河流向上游搜索；若該河流上無概化的實體對象，則搜索實體對象的其他匯入河流，直至遍歷該實體對象A的所有匯入河流。

其中，所述的步驟(5)提取各實體對象間的區(qū)間集水區(qū)域，包括以下過程，在對象鄰接表中查找出以流域出口斷面相應(yīng)的實體對象，計為A，為終止節(jié)點的所有實體連接，相應(yīng)連接的起始節(jié)點即為實體對象A上游的相鄰實體對象；

根據(jù)流域出口斷面相應(yīng)的實體對象A及其上游的相鄰實體對象，采用小流域提取方法利用步驟(1)中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)提取得到實體對象A與其上游相鄰實體對象之間的區(qū)間集水區(qū)域；

對該區(qū)間集水區(qū)域進(jìn)行概化，計為D，以正方形符號表示，并添加到概化圖實體要素圖層，其中區(qū)間集水區(qū)域概化對象的地理坐標(biāo)與該區(qū)間集水區(qū)域的形心地理坐標(biāo)一致；

該區(qū)間集水區(qū)域上由降雨產(chǎn)生的徑流將直接匯合到實體對象A，因此將該區(qū)間集水區(qū)域D至實體對象A的匯流關(guān)系概化為一個虛連接，計為D—A，以連接正方形符號和實體對象A的虛線段表示，并將該虛連接保存至對象鄰接表，見表1；

采用遞歸思想，針對實體對象A上游的各相鄰實體對象，采用上述方法分別查找得到其上游的相鄰實體對象，提取相應(yīng)的區(qū)間集水區(qū)域；若某一實體對象上游沒有相鄰實體對象，則直接采用小流域提取方法提取得到該實體對象上游的集水區(qū)域；

對各區(qū)間集水區(qū)域進(jìn)行概化，添加到概化圖實體要素圖層，并將各區(qū)間集水區(qū)域與下游出庫斷面處實體對象的匯流關(guān)系概化為虛連接保存至對象鄰接表。

其中，所述的步驟(6)保存和輸出流域防洪調(diào)度概化圖，包括以下過程，將重點關(guān)注的區(qū)域范圍內(nèi)概化后的集水區(qū)、水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道要素對象存儲于空間數(shù)據(jù)庫中，形成相應(yīng)的流域防洪調(diào)度概化圖專題圖層；利用GIS平臺的空間信息和屬性信息的集成管理能力，將該流域防洪調(diào)度概化圖與各概化要素的屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而實現(xiàn)空間、屬性特征和拓?fù)潢P(guān)系的統(tǒng)一存儲和管理。

本發(fā)明提供的基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成方法，利用GIS平臺的空間信息和屬性信息的集成管理能力，根據(jù)用戶需求動態(tài)生成既包含流域內(nèi)各對象的實際地理位置信息又能各反映各對象的拓?fù)溥壿嬯P(guān)系的流域防洪調(diào)度概化圖，提高了流域防洪調(diào)度概化圖繪制的自動化程度，方便了流域防洪調(diào)度概化圖的制作,可以提高流域防洪調(diào)度決策的效率，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的流域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的實體對象間區(qū)間集水區(qū)域提取流程圖；

圖4為本發(fā)明提供的實體對象上游區(qū)間集水區(qū)域提取的遞歸子流程圖。

具體實施方式

結(jié)合實施例說明本發(fā)明的具體實施方式。

基于GIS的流域防洪調(diào)度概化圖動態(tài)生成方法，具體步驟如圖1所示，具體為：

(1)輸入基礎(chǔ)資料。包括流域基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，如DEM數(shù)據(jù)，水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道等對象的矢量數(shù)據(jù)和屬性信息等；

(2)設(shè)定流域內(nèi)重點關(guān)注的區(qū)域范圍以及各類對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)。重點關(guān)注區(qū)域既可以是整個流域，也可以是流域內(nèi)用戶勾畫出的某一范圍。各對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)包括需要重點考慮的水文站級別，如中央報汛站、地方報汛站、重點站等；水庫級別，如大(1)型、大(2)型、中型、小(1)型、小(2)型等；分洪閘級別，如大(1)型、大(2)型、中型、小(1)型、小(2)型等；

(3)抽象和概化實體對象。根據(jù)步驟(2)中重點關(guān)注的區(qū)域范圍以及各對象的抽象和概化標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中基于對象的屬性信息篩選出滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)等實體，對各類實體進(jìn)行抽象和概化，生成概化圖實體要素圖層。其中水庫類實體以圓形符號表示，水文站以三角形符號表示，分洪閘以帶叉線的矩形符號表示，蓄滯洪區(qū)以面狀區(qū)域加帶叉線的矩形符號表示。各概化實體要素與真實實體對象具有相同的地理坐標(biāo)，如水文站概化對象的地理坐標(biāo)與相應(yīng)水文站的地理坐標(biāo)一致，水庫概化對象的地理坐標(biāo)與水庫大壩的地理坐標(biāo)一致，分洪閘概化對象的地理坐標(biāo)與相應(yīng)分洪閘的地理坐標(biāo)一致，蓄滯洪區(qū)概化對象的面狀區(qū)域與相應(yīng)蓄滯洪區(qū)的實際范圍一致，帶叉線矩形符號的地理坐標(biāo)與相應(yīng)蓄滯洪區(qū)分洪口門的地理坐標(biāo)一致。

(4)分析確定流域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，構(gòu)建對象鄰接表。采用深度優(yōu)先遍歷法，針對流域出口斷面相應(yīng)的實體對象，計為A，沿其各條匯入河流向上游搜索，若該河流存在概化實體對象，計為B，則首先將實體對象B至實體對象A的河道概化為一個實體連接，計為B—A，以能大致反映河道走向的多段線表示，并將該實體連接保存至對象鄰接表(見表1)，然后采用遞歸思想針對實體對象B，沿其各條匯入河流向上游搜索；若該河流上無概化的實體對象，則搜索實體對象的其他匯入河流，直至遍歷該實體對象A的所有匯入河流，流程圖如圖2所示。

(5)提取各實體對象間的區(qū)間集水區(qū)域。在對象鄰接表中查找出以流域出口斷面相應(yīng)的實體對象，計為A，為終止節(jié)點的所有實體連接，相應(yīng)連接的起始節(jié)點即為實體對象A上游的相鄰實體對象。根據(jù)流域出口斷面相應(yīng)的實體對象A及其上游的相鄰實體對象，采用小流域提取方法利用步驟1中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)提取得到實體對象A與其上游相鄰實體對象之間的區(qū)間集水區(qū)域。對該區(qū)間集水區(qū)域進(jìn)行概化，計為D，以正方形符號表示，并添加到概化圖實體要素圖層，其中區(qū)間集水區(qū)域概化對象的地理坐標(biāo)與該區(qū)間集水區(qū)域的形心地理坐標(biāo)一致。該區(qū)間集水區(qū)域上由降雨產(chǎn)生的徑流將直接匯合到實體對象A，因此將該區(qū)間集水區(qū)域D至實體對象A的匯流關(guān)系概化為一個虛連接，計為D—A，以連接正方形符號和實體對象A的虛線段表示，并將該虛連接保存至對象鄰接表，見表1。采用遞歸思想，針對實體對象A上游的各相鄰實體對象，采用前述方法分別查找得到其上游的相鄰實體對象，提取相應(yīng)的區(qū)間集水區(qū)域。若某一實體對象上游沒有相鄰實體對象，則直接采用小流域提取方法提取得到該實體對象上游的集水區(qū)域。對各區(qū)間集水區(qū)域進(jìn)行概化，添加到概化圖實體要素圖層，并將各區(qū)間集水區(qū)域與下游出庫斷面處實體對象的匯流關(guān)系概化為虛連接保存至對象鄰接表。流程如圖3和圖4所示。

(6)保存和輸出流域防洪調(diào)度概化圖。將重點關(guān)注的區(qū)域范圍內(nèi)概化后的集水區(qū)、水文站、水庫、分洪閘、蓄滯洪區(qū)、河道等要素對象存儲于空間數(shù)據(jù)庫中，形成相應(yīng)的流域防洪調(diào)度概化圖專題圖層。利用GIS平臺的空間信息和屬性信息的集成管理能力，將該流域防洪調(diào)度概化圖與各概化要素的屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而實現(xiàn)空間、屬性特征和拓?fù)潢P(guān)系的統(tǒng)一存儲和管理。根據(jù)特定需要，可在GIS平臺中將流域防洪調(diào)度概化圖輸出成特定格式的圖片文件。