基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法及装置

1.本申请涉及数据处理领域，具体涉及一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法及装置。


背景技术：

2.水文预报和水动力预报的耦合是水文研究的热点问题之一。耦合过程是先利用水文模型进行流域产汇流预报/模拟，再通过二维水动力学模型预报/模拟流域洪水过程，即利用水文模型考虑产汇流过程，计算流域出口断面水位值；利用水动力模型考虑地表洪水演进过程，水动力模型基于栅格数据可以对地形变化及地表建筑物的特征进行精细描述，因此可用于预测洪水特征值的空间分布和动态过程，也可用于分析洪水演进过程对农田、工业设施、城市基础设施及建筑物、人的生命的影响。而水文模型的计算结果通常为流域出口断面的径流过程(即流量过程)，因此需经过空间离散化处理，才能应用于二维水动力学模型。
3.发明人发现，地表径流流域空间离散化实际上是汇流计算的反向计算。汇流计算指根据给定流域上一场降雨的水位值的时空分布，推求流域出口断面径流量的变化过程(或称流量过程)。地表径流流域空间离散化是通过流域出口断面流量过程推出流域上的水位值的时空分布。然而，目前尚未有成熟的空间离散化方法，常用的方式为流域平均分配径流量，此方法的缺点是未考虑流域的地形空间差异，会直接导致空间计算结果出现较大误差，并导致计算的稳定性较差。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的问题，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法及装置，能够基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了流域地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题。
5.为了解决上述问题中的至少一个，本申请提供以下技术方案：
6.第一方面，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法，包括：
7.根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
8.根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
9.根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
10.根据所述分配比例计算水位值的栅格数据并将水位值分配到每个栅格内，以进行二维水动力模拟计算。
11.进一步地，所述根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，包括：
12.根据预设基于正方形规则网格的dem数据计算每个栅格八个方向的八向高程差。
13.进一步地，计算权重的具体公式为：
[0014][0015]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；z0是当前计算栅格内的高程；z
k
(k＝1,2,
…
，8)是八个方向栅格的高程。
[0016]
进一步地，计算不同栅格水位值的分配比例的具体公式为：
[0017][0018]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；p
i,j
为不同栅格水位值的分配比例。
[0019]
进一步地，将水位值分配到每个栅格内的具体公式为：
[0020]
ep
i,j
＝p
i,j
*nr，
[0021]
其中，ep
i,j
表示水位值的栅格值；nr为某一时刻的流域出口断面水位值。
[0022]
第二方面，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置，包括：
[0023]
地表径流过程确定模块，用于根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
[0024]
八向高程差计算模块，用于根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
[0025]
分配比例确定模块，用于根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
[0026]
水位值栅格数据计算模块，用于根据所述分配比例将水位值分配到每个栅格内，并进行二维水动力模拟计算。
[0027]
进一步地，所述八向高程差计算模块包括：
[0028]
正方形规则网格计算单元，用于根据预设基于正方形规则网格的dem数据计算每个栅格八个方向的八向高程差。
[0029]
进一步地，计算权重的具体公式为：
[0030][0031]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；z0是当前计算栅格内的高程；z
k
(k＝1,2,
…
，8)是八个方向栅格的高程。
[0032]
进一步地，所述分配比例确定模块中计算不同栅格水位值的分配比例的具体公式为：
[0033][0034]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；p
i,j
为不同栅格水位值的分配比例。
[0035]
进一步地，所述水位值栅格数据计算模块将水位值分配到每个栅格内的具体公式为：
[0036]
ep
i,j
＝p
i,j
*nr，
[0037]
其中，ep
i,j
表示水位值的栅格值；nr为某一时刻的流域出口断面水位值。
[0038]
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的步骤。
[0039]
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的步骤。
[0040]
由上述技术方案可知，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法及装置，通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本申请实施例中的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的流程示意图；
[0043]
图2为本申请实施例中的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的结构图；
[0044]
图3为本申请一具体实施例中的正方形规则网格示意图；
[0045]
图4为本申请一具体实施例中的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的流程示意图；
[0046]
图5为本申请实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0048]
考虑到现有技术中存在的问题，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法及装置，通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0049]
为了能够基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，本申请提供一种基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的实施例，参见图1，所述基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法具体包含有如下内容：
[0050]
步骤s101：根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
[0051]
步骤s102：根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
[0052]
步骤s103：根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
[0053]
步骤s104：根据所述分配比例计算水位值的栅格数据并将水位值分配到每个栅格内，以进行二维水动力模拟计算。
[0054]
从上述描述可知，本申请实施例提供的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法，能够通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0055]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的一实施例中，所述根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，包括：
[0056]
根据预设基于正方形规则网格的dem数据计算每个栅格八个方向的八向高程差。
[0057]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的一实施例中，
[0058]
计算权重的具体公式为：
[0059][0060]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；z0是当前计算栅格内的高程；z
k
(k＝1,2,
…
，8)是八个方向栅格的高程。
[0061]
计算不同栅格水位值的分配比例的具体公式为：
[0062][0063]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；p
i,j
为不同栅格水位值的分配比例。
[0064]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的一实施例中，将水位值分配到每个栅格内的具体公式为：
[0065]
ep
i,j
＝p
i,j
·
nr，
[0066]
其中，ep
i,j
表示水位值的栅格值；nr为某一时刻的流域出口断面水位值。
[0067]
为了能够基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，本申请提供一种用于实现所述基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的全部或部分内容的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的实施例，参见图2，所述基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置具体包含有如下内容：
[0068]
地表径流过程确定模块10，用于根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
[0069]
八向高程差计算模块20，用于根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
[0070]
分配比例确定模块30，用于根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
[0071]
水位值栅格数据计算模块40，用于根据所述分配比例将水位值分配到每个栅格内，并进行二维水动力模拟计算。
[0072]
从上述描述可知，本申请实施例提供的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置，能够通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0073]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的一实施例中，所述八向高程差计算模块20包括：
[0074]
正方形规则网格计算单元，用于根据预设基于正方形规则网格的dem数据计算每个栅格八个方向的八向高程差。
[0075]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的一实施例中，所述分配比例确定模块30中
[0076]
计算权重的具体公式为：
[0077][0078]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；z0是当前计算栅格内的高程；z
k
(k＝1,2,
…
，8)是八个方向栅格的高程。
[0079]
计算不同栅格水位值的分配比例的具体公式为：
[0080][0081]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；p
i,j
为不同栅格水位值的分配比例。
[0082]
在本申请的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的一实施例中，所述水位值栅格数据计算模块40将水位值分配到每个栅格内的具体公式为：
[0083]
ep
i,j
＝p
i,j
*nr，
[0084]
其中，ep
i,j
表示水位值的栅格值；nr为某一时刻的流域出口断面水位值。
[0085]
为了更进一步说明本方案，本申请还提供一种应用上述基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置实现基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的具体应用实例，参见图3和图4，具体包含有如下内容：
[0086]
步骤s1，数据准备：通过集总式水文模型计算得到流域出口断面的地表径流过程(流量过程线)，再通过水位
‑
流量过程线计算得到径流量即水位值(nr，单位：米)。
[0087]
步骤s2，基于dem的栅格数据计算每个栅格八个方向的八向高程差，根据高程差之和计算权重，确定表征不同栅格八向高程差的权重(w
i,j
)。
[0088]
计算权重的具体公式为：
[0089][0090]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；z0是当前计算栅格内的高程；z
k
(k＝1,2,
…
，8)是八个方向栅格的高程。
[0091]
步骤s3，采用下式确定不同栅格径流量的分配比例(pr
i,j
)，根据各栅格所分配的权重计算流域内所有栅格的分配比例：
[0092][0093]
其中，w
i,j
是栅格(i，j)的权重；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；p
i,j
为不同栅格水位值的分配比例。
[0094]
步骤s4，采用下式将地表径流过程即流域产流量(水位值)分配到具体的每个栅格内:
[0095]
ep
i,j
＝p
i,j
*nr，
[0096]
其中，ep
i,j
表示水位值的栅格值；nr为某一时刻的流域出口断面水位值。
[0097]
根据本发明实施例，首先通过集总式水文模型计算流域出口断面的地表径流过程；再根据不同栅格八向高程差的权重进行空间离散化计算；本发明提出了根据高程差之和计算权重，用以表征每个栅格的水位值分配比例。本发明方法基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0098]
从硬件层面来说，为了能够基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，本申请提供一种用于实现所述基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
[0099]
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(communications interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置与核心业务系统、用户终端以及相关数据库等相关设备之间的信息传输；该逻辑控制器可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该逻辑控制器可以参照实施例中的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的实施例，以及基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
[0100]
可以理解的是，所述用户终端可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(pda)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。
[0101]
在实际应用中，基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的部分可以在如上述内容所述的电子设备侧执行，也可以所有的操作都在所述客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器。
[0102]
上述的客户端设备可以具有通信模块(即通信单元)，可以与远程的服务器进行通信连接，实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。
[0103]
图5为本申请实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图5所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图5是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
[0104]
一实施例中，基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法功能可以被集成到中央处理器9100中。其中，中央处理器9100可以被配置为进行如下控制：
[0105]
步骤s101：根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
[0106]
步骤s102：根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
[0107]
步骤s103：根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
[0108]
步骤s104：根据所述分配比例计算水位值的栅格数据并将水位值分配到每个栅格内，以进行二维水动力模拟计算。
[0109]
从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0110]
在另一个实施方式中，基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将基于八向高程差的地表径流流域空间离散化装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法功能。
[0111]
如图5所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图5中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图5中没有示出的部件，可以参考现有技术。
[0112]
如图5所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
[0113]
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
[0114]
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
[0115]
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
[0116]
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
[0117]
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
[0118]
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
[0119]
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的基于八向高程差的地表径流流域空间离散化方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
[0120]
步骤s101：根据预设水文模型得到流域出口断面的地表径流过程信息，并根据预设水位
‑
流量过程对应规则确定对应的水位值；
[0121]
步骤s102：根据预设数字高程模型计算每个栅格八个方向的八向高程差，其中，根据高程差之和计算权重；
[0122]
步骤s103：根据所述每个栅格的权重计算不同栅格水位值的分配比例；
[0123]
步骤s104：根据所述分配比例计算水位值的栅格数据并将水位值分配到每个栅格内，以进行二维水动力模拟计算。
[0124]
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，通过基于不同八向高程差确定流域水位值的分配比例，充分考虑了地形空间差异对流域产流量的影响，降低了传统方法中平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。
[0125]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0126]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0127]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
[0128]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0129]
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。