[发明专利]水文模型与GIS模型的二元结构共享方法

说明书

技术领域

本发明属于水文模型与GIS模型集成技术领域，尤其涉及水文模型与GIS通过二元结构共享实现完全集成的方法。

技术背景

随着水专业模型和GIS技术不断的发展，GIS界渴求提高GIS的分析功能，同时水科学研究人员对精确地理信息的要求也越来越多，因此促成了水文模型同GIS模型集成的研究。该研究已成为改进GIS技术的控件分析和建模能力研究的重要组成部分。

目前，水文模型和GIS集成的表现形式主要分为四种类型：

(1)GIS功能嵌入水文模型，如：RiverCAD、HEC-RAS。

(2)水文模型嵌入GIS平台，如：USACE的HEC-SAS、ESRI的ArcGIRD。

(3)水文模型与GIS的松散耦合，多个单独的软件集成，如GIS软件包和水文/水利建模程序或者统计软件集成。

(4)水文模型与GIS的紧密耦合，定制统一的应用程序界面，将多个软件的功能集成在一起。

以上四种集成方法都只是单纯的技术驱动，采用开放简单的接口，以数据的形式进行集成。耦合程度是浅表性的，是数据上的集成而不是结构上的集成。因此使得这类集成方式在结构上造成了一下三大问题：

(1)时空特征问题：水文模型是时间上连续的过程性模型，GIS模型多为与时间无关的非过程性模型。

(2)拓扑关系问题：拓扑是研究地理实体在空间上的重要基础，是记录了各对象之间的控件结构关系。水文模型中研究的地理对象往往是一些复杂的地理对象，这些复杂对象是由很多个简单地理对象(点、线、面)组成，不仅对象间存在拓扑关系，单个对象内部有特定的拓扑关系。因此用传统GIS的拓扑关系来描述复杂对象，工作讲非常繁琐，而且复杂水文分析难以实现。

(3)GIS地理分析功能不足的问题：GIS在对非过程性静态模型，如数字高程模型、空间统计分析模型等，分析功能已经非常完善。而对过程性动态模型，如水文模型，分析能力不足。

发明内容

造成现有集成方式问题的原因在于水文模型与GIS模型结构不同。GIS模型的数据结构属于空间对象并联式离散结构，主要指点、线、面及像元等最基本的GIS构模对象，因此GIS模型属于简单对象模型。水文模型结构属于地理对象串、并联混合式有机整体结构，主要指水系、河道、断面、山区、平原、城镇、农田、林地、草地等最基本的水文地理单元及其特定的组合水文地理对象，水文模型属于复杂对象模型。在讨论水文模型与GIS模型集成问题方面，将水文模型与GIS模型之间不同的模型对象结构称之为二元结构。

本发明解决上述二元结构差异问题所采用的技术方案是：在兼容现有的水文模型与GIS模型结构的基础上，以水文模型及应用需求为主，以GIS模型为支撑，可以构建相同地理空间的双对象二元结构共享体。

主要包括以下几个步骤：

包括一下步骤：

(1)对真实地理对象进行地理对象解析以及模型模拟对象解析。

(2)在现有GIS模型对象引进另一个对象簇，即水文模型对象簇系列，使得一个GIS模型对象对应一个水文模型对象，内部实现一一对应的关系。

(3)在步骤(2)基础上形成的共同体，定义为双对象共享体，是二元结构共享方法的核心。

本发明能够有效的解决现有集成方式产生的三大类问题：

(1)二元结构共享方法的核心在于共享体，共享体内部强调地理对象与模型对象的一一对应，实现了将拉格朗日运动观与欧拉运动观两种不同的时空概念在共享体中兼容与共享，解决了两者时空特征不同的问题。

(2)共享体的实质就是复杂对象，因此将传统GIS的拓扑关系转换为复杂对象内部的属性特征，从而简化了描述拓扑关系的工作。

(3)共享体内部强调地理对象与模型对象的一一对应，共享体即含有GIS对象的结构，又含有水文模型对象的结构特征，并且解决了两种时态的兼容与共享，因此在提高了GIS对过程性动态模型，如水文模型的分析能力。

附图说明

图1是GIS模型对象结构与水文模型对象结构存在重合部分。

图2是双对象结构共享体示意图。

图3是双对象二元结构共享关系示意图。

图4是双对象结构共享体构成流程图。

具体实施方式

(1)GIS模型的解析方法论