[发明专利]一种基于分型插值的河床微观形态观测分析方法

说明书

本发明提供本发明公开了一种基于分型插值的河床微观形态观测分析方法，包括对观测点进行量测获取测点坐标，利用测得的坐标构建初始河床底部结构；构建水平A、B两方向的压缩变换式并计算压缩变换系数a_x、c_y和压缩调整参数b_x、d_y；构建考虑竖直C方向在内的压缩变换式并计算插值模型中的各项系数α_x,y、β_x,y、γ_x,y、η_x,y；确定垂直比例因子λ_x,y，计算A、B方向上的压缩变换值ζ_x(A)和σ_y(B)；由迭代函数系计算分形曲面上的压缩变换值f_x,y(A,B,C)，利用Matlab由ζ_x(A),σ_y(B),f_x,y(A,B,C)三点数据绘制分形曲面。本发明可通过现有观测系统对河床的若干有限个测点间进行分形插值处理，使河床网格两节点间避免出现线性或平滑过渡的现象，使分析得到的河床形态更符合实际情况，有利于进一步研究床面形态对水流等的扰动。

技术领域

本发明涉及水利工程实验技术领域，具体是一种基于分型插值的河床微观形态观测分析方法。

背景技术

水下地形的量测通常需获取水下待测点的深度和平面位置。深度一般由测量人员乘坐测量床至测点，使用测深杆、测深锤和回声测深仪等对测点的深度进行测量；平面位置则使用GPS来获取测点的平面坐标。使用测深仪与GPS相结合的方法是目前常见的确定测点三维坐标的方法，相较之前的测量方法可大大减少工作量，但是由于水流情况、经济效益和人员安全等因素的限制，实现高精度的水下地形观测往往存在较大的困难，通常只能获取一定数量的测点信息，无法获取大量且密集的地形数据，从而无法实现高精度的水下地形描述，进而无法解决对水下地形精度要求较高的各类实际问题。

传统的线性插值方法在相邻插值节点之间多通过直线或光滑曲线相连接，但这往往与实际情况不符，多数情况下两节点之间并非线性变化或是平滑过渡的，节点间也未必存在单一的规律性变化。传统线性插值的问题在于无法通过已知的部分信息和特征去刻画两相邻已知网格结点间的局部具体特征，也无法拟合出曲面的整体形态，由此对河床微观地形观测分析的准确性造成了一定的误差。

水下测点是研究河床形态发展和变化最简易直观的途径，一方面通常由于复杂的环境因素而为观测工作增加风险和难度，另一方面若大量增加测点个数，经济效益将会减少，为解决这两方面的问题，故需要对传统的河床形态分析方法进行优化。

发明内容

针对前述背景技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于分形插值的河床微观形态观测分析方法，以解决目前河床底部测点数量不够而导致的观测结构精度不高，河床结构不够细化的问题，实现在现有水下观测系统下的河床微观结构分析。

本发明提供了一种基于分形插值的河床微观形态观测分析系统，包括以下步骤：

首先利用现有的河床底部观测系统对典型断面所设观测点进行量测，获取观测点的平面位置数据和深度数据以构建初始的河床底部结构。

记各观测点的原始插值数据集三维坐标为(A_x,B_y,C_x,y)并保存。

再构建分形插值曲面的数学模型：

先分别确定X、Y为平面直角坐标系A、B两方向上的结点个数。

令S＝[a,b]，T＝[c,d]，则设U＝S×T＝{(A,B):a≤A≤b,c≤B≤d}，将U以ΔA、ΔB为步长划分网格，其中坐标轴上的点需满足以下条件：