[发明专利]水动力模型数值模拟统一地理空间基准改化方法

说明书

本发明公开的水动力模型数值模拟统一地理空间基准改化方法，包括以下步骤：步骤1，获取独立坐标系下的数字高程网格数据；步骤2，设定条件参数，使用GAST水动力模型计算，得到条件参数下模型解算数值模拟结果；随后遍历时间切片数组，得到对应的GAST水动力模型解算数值模拟结果数组；步骤3，遍历GAST水动力模型解算数值模拟结果数组，依次进行转换数据格式、平移反变换处理、投影反解，得到地理空间坐标系下的数字水深数据。本发明方法计算过程简洁、结果准确可靠，可与其他多源地理信息数据在统一地理空间基准下快速集成整合，支持在地理时空场景下沿时间序列进行二三维动态水模拟演进过程的可视化呈现与预测分析。

技术领域

本发明属于水动力模型数值模拟领域、地理信息系统领域，具体涉及一种水动力模型数值模拟统一地理空间基准改化方法。

背景技术

水模拟方法主要分为两大类：水文学模拟方法和水动力学模拟方法；其中水文学模拟方法采用系统分析方式、概化汇水分区，但是难以模拟地表漫流过程；水动力学方法基于求解二维圣维南方程，采用水动力过程的数值模型进行水模拟计算，精确度和可靠度更高。

针对广域、大范围，高精度、小间距的地形进行数据描述，数字高程网格数会达到百万、千万乃至过亿的海量数据。由于海量地形高程网格数据进行水动力模型解算时，对计算机存储资源和时间消耗非常大，因此，通常需要对海量级的数字高程网格数据进行坐标转换等前处理，使原来具备地理空间坐标基准信息的高程网格数据丢失此类信息，导致模型计算结果难以恢复地理空间坐标基准信息，更难以与其他多源地理空间信息、资源进行集成整合，在统一地理空间基准下进行可视化呈现。

常用水动力数值计算模型有SWAT模型、SWMM模型、MIKE Urban模型、Indor Works模型、暴雨溢流模型(STORM)、基于GPU加速的地表水动力模型(GAST)等，这些模型在数值模拟计算时直接导入独立坐标系下的数字地形高程网格数据，解算结果数值主要反应水深、淹没范围，并不具备地理空间坐标基准信息。

将水动力模型计算的数值模拟结果与真实地理空间紧密结合，在统一地理空间基准下精准直观地反应水模拟的演进过程，可为水资源管理利用、水利防灾减灾等提供更加可靠的辅助决策。因此，发明一种实用、可靠、准确的水动力模型数数值模拟地理空间基准改化方法，从数据源头到解算结果全过程赋予水动力模型数值模拟地理空间特性，实现统一地理空间基准下的水动力模型数值计算结果的获取和空间场景的仿真可视化。

发明内容

本发明的目的是提供水动力模型数值模拟统一地理空间基准改化方法，解决了现有水动力模型解算时，数据源损失地理空间坐标基准信息，进而导致模型计算结果难以恢复地理空间坐标基准，难以与其他多源地理空间信息、资源进行集成整合、可视化等问题。

本发明所采用的技术方案是，水动力模型数值模拟统一地理空间基准改化方法，包括以下步骤：

步骤1，获取独立坐标系下的数字高程网格数据

选取采用水动力模型进行模拟实验验证的区域，获取所述区域地理空间坐标系下的数字高程地形数据，进行投影正解计算，设定网格间距进行差分计算，得到地图投影坐标系下的数字高程网格数据；随后进行平移正变换，数据格式转换后得到独立坐标系下的数字高程网格数据。

步骤2，基于步骤1得到的独立坐标系下的数字高程网格数据，设定初始条件参数，至少包括流速V₀、流量Q₀和时间T₀，使用GAST水动力模型计算，得到条件参数下的模型计算数值模拟结果D₀；随后遍历时间切片数组剩余条件参数，即设定流速V_i、流量Q_i和时间T_i条件参数(i＝1，2，3，…，n)，最后得到时间切片数组所对应的GAST水动力模型数值模拟结果数组D＝[D₀,D₁,D₂,…,D_n]。