水文泥沙数据场可视化关键技术研究.pdf

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1、第45卷第2期人民长江VO1．45．NO．22014年1月YangtzeRiverJan．，2014文章编号：1001—4179(2014)02—0086—04水文泥沙数据场可视化关键技术研究叶松，黄艳芳，张煜，沈定涛(1．长江科学院空间信息技术应用研究所，湖北武汉430010；2．长江勘测规划设计研究院建筑设计院，湖北武汉430010)摘要：在分析水文泥沙数据场特点的基础上，对基于数字地球球体模型实现水文泥沙数据场可视化表达的方法和关键技术进行了研究。提出了一种改进的反距离加权算法，实现了在散点数据空间内内插或外推无数据区域的数据分布情况，并将其演变为二维数据场。工程

2、应用表明，基于数字地球球体模型的水文泥沙数据场可视化方法，能很好地表现流域范围内水沙运动特点。关键词：水文泥沙分析；数据场；三维可视化；数字水文中图法分类号：TP391文献标志码：A水库泥沙问题是水电站的关键技术难题之一。在间内内插数据使其成为二维数据场。应用表明，基于梯级水库管理运行过程中，随着水文泥沙监测和研究数字地球球体模型的水文泥沙数据场可视化方法，能工作的不断展开，积累了大量的水文泥沙数据。水文很好地表现流域范围内水沙运动特点。对水文泥沙数泥沙数据场是流域内水沙运动特性的反映，其数据来据场进行后处理和高效可视化，可有效地管理和使用源主要包括：①原型河道观测数据

3、。即分布于流域中水文泥沙观测资料及研究分析成果，充分发挥它们在各个水文测站的监测数据，包括各测站实测的水位、流工程管理和梯级水电站运行调度过程中的作用，特别量、含沙量、断面流速、降雨量、蒸散发、床沙颗粒级配是在工程泥沙调度、河势稳定控制、泥沙预测预报、河数据；②物理模型试验数据。③数学模型计算成果。床演变预测方面的作用。从维度上划分，水文泥沙数据场主要划分为标量场和1可视化方法矢量场，其中，标量场要素占绝大部分。传统的水文泥沙数据可视化方法是以数据报表和水文泥沙数据场可视化技术是以数字地球技术为图表方式予以表现的，其成果的合理性和准确性难以基础，在高精度数字地形景观基础

4、上，将水文泥沙原型把握，尤其是数据场的细节部分未能充分表现。迄今河道观测数据、物理模型试验数据、数学模型计算成为止，尚没有一个成熟、完整、通用的三维可视化平台果，运用数据预处理技术，包括数据格式转换、空间插能够把水文泥沙数据场进行统一展示与分析。同时，值、坐标匹配技术，形成不同显示条件下的物理标量场随着数字地球、数字城市、数字流域等应用走向成熟，和矢量场，其结合计算机图形图像编程技术，生成可视使越来越多的目光聚焦在各类基于数字地球球体数据动画中的一系列关键帧图片，然后以一定的时间间隔的三维表达上。为此，有必要研究基于数字地球球体顺序播放，形成水文泥沙数据场动态可视化结果

5、(见数据场的可视化方法。图1)。为了更好地表达水文泥沙数据的空间特征，本文在上述可视化方法中，动态可视化、空间数据内插提出一种改进的反距离加权算法，实现在散点数据空以及基于球面坐标系数据场可视化技术为技术难点，收稿日期：2013—12—18基金项目：“十二五”科技支撑项目“地质灾害监测预警与风险评估技术方法研究”(2012BAK10B00)子课题“山洪灾害监测预警关键技术及集成研究与示范”课题编号(2012BAK10B04)作者简介：叶松，男，工程师，主要从事空间信息技术应用研究工作。E—mail：ysyesong@gmail．con第2期叶松，等：水文泥沙数据场可视化

6、关键技术研究87下文分别一一讨论。面、线性插值、双线性插值、克里金插值等多种算法，以空流泥水水适上各算法的基本原理及适用性在本文中不做赘述。间场沙位淹航数据震视可水分析区计一维水动力学模型计算结果的数据，自上游到下杳化化。算询地游按照水面沿程线呈一维数据点分布。由于数据稀分形析少，直接可视化难以获得良好的视觉效果，必须进行空TTT间数据内插，进而得到布满整个河道的数据场。l数字流域景观l空间数据插值1空闯分析由于河道蜿蜒曲折，河道水面宽窄自上而下不一I数据场动态可视化l坐标匹配与系统集成l致，一般的插值算法难以获得较好的可视化效果。常：规的反距离加权算法在河湾处存在问题

7、。在图2中，Gis组件()DenGI／D3I)DBMS数据库管理系统利用反距离加权插值获得0点的数值，在插值半径为r：l一——、时，由于在河道弯折处，0点的数值获得A点的“贡献”～域基础空—间／实体模型面(丽毁据库数学模型大于曰点，但其反距离权重却是曰点大于A点，出现了lMDDOMIG、、DRG原型观测④(：：：)、错误的权重值。为解决这类歧义问题，本文采用一种改进的反距离加权算法，现描述如下：图1水文泥沙数据场可视化方法(1)在河道地形DEM基础上，设定一高程水位2关键技术线，采用种子填充算法，计算河道淹没线，经矢量化得到淹没多边形，并