本發明屬于河道水下地形建模，具體涉及一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法。

背景技術：

1、社會經濟的快速發展，對生態環境帶來不可忽視的負面影響，同時伴隨著工民業排水等多重侵害，導致部分河段淤泥沉積嚴重，影響城市防洪排澇功能。

2、近年來，河段保護管理不斷加強，水下地形測量工作積極開展。通過水下地形測量構建水下地形數字高程模型，根據兩期水下地形數字高程模型對比分析，可發現淤泥沉積嚴重的河道，助力清淤工作的開展，減輕城市防洪排澇壓力。清淤完成后，考慮到測量成本，一般只對清淤河段進行斷面測量，因此，清淤之后的水下地形數字高程模型需要基于部分新的斷面數據進行河道水下地形重構，以便后期對河段保護管理、河段管理范圍內建設項目等提供科學依據。

3、基于部分新的斷面數據進行河道水下地形重構，最重要的是根據新的斷面數據及上下游水下地形數據對清淤部分河段進行采樣點的加密，以提高新的水下地形數字高程模型的質量。現有技術中，水下地形數據插值方法有很多，如提取的河道兩岸邊界線和深泓線，加密河道兩岸邊界線和深泓線之間的中間線，與河道實測斷面線相交，定向插值生成河道高程點；在固定斷面間利用樣條插值方法添加邏輯斷面，沿河道方向添加縱向線形成格網，采用克里金插值算法插值出固定斷面中格網點的高程；通過將特征地形界線納入河道網格剖分過程，基于距離加權法對插補橫斷面節點進行高程插值；通過按從上游至下游、左岸至右岸的順序插值增補斷面，基于相鄰實測斷面間交叉節點河底高程，對節點坐標與河底高程進行編碼匹配，實現河道地形精細化內插計算。這些方法數據處理步驟復雜、自動化程度不高、計算效率及精度低。

4、因此，基于以上現有技術中還存在的一些問題，本申請在該方向上進行了進一步的研究。

技術實現思路

1、針對以上現有技術中的不足，本發明提供了一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，僅對清淤部分河段進行采樣點的加密，簡化數據處理步驟，提高計算效率，提升河道水下地形數字高程的質量。

2、為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決。

3、一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，包括以下步驟：s10：清淤區域邊界繪制：根據清淤實際工作范圍，對河道清淤范圍進行繪制；s20：清淤區域上下游河段范圍提取：提取清淤區域上下游分界線、，根據、之間的距離沿河道中心線分別向上游、下游延伸，距離不足要求時到河段起點或終點截止，得到上下游河段邊界線、，根據、得到清淤區域上下游河段范圍。s30：數字高程模型地形數據提取：將原數字高程模型地形數據格式進行轉換，根據清淤區域上下游河段范圍提取原數字高程模型中的高程點數據，并去掉清淤區域內的高程點數據；s40：布設采樣點：布設橫向、縱向插補斷面，清淤區域上下游分界線、與縱向插補斷面的交點處布設邊界采樣點，測量斷面與縱向插補斷面的交點處布設斷面采樣點，清淤區域內的橫縱插補斷面的交點處布設普通采樣點；s50：采樣點高程計算：根據原數字高程模型計算邊界采樣點高程值，用spline插值擬合方法計算斷面采樣點高程值，根據邊界采樣點、斷面采樣點的高程計算普通采樣點高程值；s60：數字高程模型重構：將提取的地形數據、新測的斷面數據、加密的采樣點數據合并，生成數字高程模型，并與原數字高程模型融合。

4、進一步的，步驟s20中，包括以下步驟：s21：河道中心線提取：根據河道范圍提取河道中心線。s22：清淤范圍上下游分界線提取：找到清淤區域在河道最上游、最下游的點a、b，過點a、b并垂直河道中心線得到清淤區域上下游分界線、。s23：清淤區域上下游河段邊界提取：計算得到的、之間距離為，以、為起始線，沿河道中心線分別向上游、下游延伸距離，距離不足則到河段起點或終點截止，得到上下游河段邊界線、，根據、得到清淤區域上下游河段范圍。其中、需滿足以下條件，即：。

5、進一步的，步驟s30中，包括以下步驟：s31：數字高程模型地形數據轉換：將原數字高程模型從柵格格式轉化為矢量格式，得到高程點數據。s32：清淤周邊區域高程點數據提取：根據清淤區域上下游河段范圍提取高程點數據，并去掉清淤區域內的高程點數據。

6、進一步的，步驟s40中，包括以下步驟：s41：橫縱斷面布設：沿河道流向，設置插補橫向斷面間距，根據清淤區域上下游分界線、距離，布設橫向插補斷面；沿斷面方向，設置插補縱向斷面間距，布設縱向插補斷面。s42：采樣點布設：清淤區域上下游分界線、與縱向插補斷面的交點處布設邊界采樣點；測量斷面與縱向插補斷面的交點處布設斷面采樣點；清淤區域內，在橫縱插補斷面的交點處布設普通采樣點。

7、進一步的，步驟s50中，包括以下步驟：s51：邊界采樣點高程值計算：根據邊界采樣點的橫縱坐標，從原數字高程模型中提取對應的高程值。s52：斷面采樣點高程值計算：對清淤范圍內的幾個斷面的測量數據分別按斷面進行spline插值擬合。每一個斷面，將測量數據整理成（,?）形式，其中為測量數據到河道左岸邊界的距離，?為測量數據的高程值，為測量數據序號，斷面采樣點到河道左岸邊界的距離為，對應高程值為。是插值節點，在區間中，；其中，是待定的系數。

8、其中，（,?）滿足：

9、。

10、s53：普通采樣點高程值計算：計算相鄰的實測斷面或上下游分界線之間的普通采樣點高程，第個橫向插補斷面上第個（從河道左岸到右岸）普通采樣點高程值為，其上游實測斷面或分界線上第個（從河道左岸到右岸）采樣點高程值為，其下游實測斷面或分界線上第個（從河道左岸到右岸）采樣點高程值為，普通采樣點到其上游實測斷面或分界線的距離為，相鄰實測斷面或分界線之間的距離為，根據兩者距離關系計算普通采樣點高程，即：

11、。

12、進一步的，步驟s60中，包括以下步驟：s61：數字高程模型：將提取的地形數據、新測的斷面數據、加密的采樣點數據合并，生成清淤區域上下游河段范圍的數字高程模型。s62：數字高程模型融合：將生成的數字高程模型（新dem）與原數字高程模型（原dem）進行融合，生成的數字高程模型（新dem）像元高程值為，原數字高程模型（原dem）像元高程值為。當有值時，融合的數字高程模型（dem）像元高程值為；當無值時，融合的數字高程模型（dem）像元高程值為，即：

13、。

14、本發明的技術效果：選取清淤段及上下游區域進行數據插值，減少了數據計算工作量。通過邊界采樣點、斷面采樣點計算清淤區域內的基本采樣點高程簡化了數據處理步驟，提高計算效率。根據清淤段測量的斷面數據及原數字高程模型進行重構，得到了低成本、高質量的清淤后河段水下地形數字高程模型，便于后期對河段保護管理、河段管理范圍內建設項目等提供科學依據。

技術特征：

1.一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，步驟s20中，還包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述的一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，步驟s30中，還包括以下步驟：

4.根據權利要求3所述的一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，步驟s40中，還包括以下步驟：

5.根據權利要求4所述的一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，步驟s50中，還包括以下步驟：

6.根據權利要求5所述的一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，其特征在于，步驟s60中，還包括以下步驟：

技術總結
一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，包括以下步驟：S10：清淤區域邊界繪制；S20：清淤區域上下游河段范圍提取；S30：數字高程模型地形數據提取；S40：布設采樣點；S50：采樣點高程計算；S60：數字高程模型重構。本發明提供了一種基于斷面數據的河道水下地形重構方法，僅對清淤部分河段進行采樣點的加密，簡化數據處理步驟，提高計算效率，提升河道水下地形數字高程的質量。

技術研發人員：方佳琳,周華,王金龍,任耶西,葉勇
受保護的技術使用者：寧波弘泰水利信息科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/10