一种利用LiDAR点云的水域DEM快速精细生成算法

为了严格满足水域DEM质量检验中“高程一致性”与“自然光滑平整性”的两个基本要求,利用机载LiDAR点云数据快速生成精细水域DEM,通过分析三维点云数据的空间结构特征,运用基于Delaunay三角形外接圆半径及过滤阈值的设定、水域中心线的提取与带状水域点云聚类分块修复等方法,整体改进了水域点云的空洞边界快速识别与提取算法、块状水域点云修复算法及带状水域修复算法,并对测试案例成功实现了DEM成果的快速、精细提取。研究结果显示,改进后的水域数字高程模型生成算法能够较好地实现对斑块、带状水域精细DEM的快速提取,相比传统手工修复水域DEM的做法,工作效率得到了大幅提升,可为水域DEM的制作提供一定的借鉴。

基于DEM的宁波市皎口—周公宅水库水源保护区的划区定界方法

根据宁波市水库饮用水水源地的环境现状,以宁波市皎口水库和周公宅水库为例,采用空间分辨率为5 m的数字高程模型(DEM),利用ArcGIS的水文分析模型,生成研究区流域盆地和集水流域的范围,初步划定保护区范围;同时,结合分辨率为0.5 m的航测影像以及研究区自然和社会等多种数据,最终划定研究区饮用水水源一级、二级保护区的水域和陆域范围,为饮用水水源地保护工作提供参考。

面向“23·7”特大暴雨的北京市门头沟、房山、昌平流域单元划分

2023年7月末至8月初,北京市受台风影响,遭遇了历史罕见的特大暴雨并引发流域性特大洪涝灾害,造成了重大损失和影响。特大暴雨落区主要集中在西部山区,其中门头沟、房山、昌平区受灾严重,为快速响应灾后重建规划需求,本文提出基于2m分辨率的地形数字高程模型(DEM)数据、数字正射影像图(DOM)、沟渠、道路、2010年第一次水务普查成果等多源数据,面向深山区、浅山区的流域提取方法,应用于北京市受灾区域,划定了房山、门头沟、昌平区的山区流域单元,并基于流域单元数据进行了村庄及特大暴雨时期的人口分析等应用研究。经过试验证明,本文与传统水文模型提取算法相比,提取结果更符合实际地形,也和第一次水务普查成果进行比对,证明了本研究方法的可靠性。

基于机载点云数据的高精度水域DEM快速生成方法

由于水域内机载点云数据稀疏或缺失,在生产高精度DEM时需要对水域区域进行分别处理,人工操作工作量大,且难以保持水域内DEM高程的自然平缓过渡。目前将水域和其他区域分开处理的DEM数据生产方法,不仅增加了数据处理的难度和工作量,也会引入水域和其他区域的DEM接边误差,影响数据质量。为此,提出一种基于机载点云数据的高精度水域DEM快速生成方法。该方法首先利用水域边界与原始机载点云数据,通过分段插值拟合生成水域内点云数据;进而,将插值生成的水域点云数据与原始点云数据进行合并获得完整点云数据;最后,利用合并后的完整点云数据生产高精度DEM数据。通过实验分析发现,该方法能够实现水域与其他区域的DEM一体化生产,提升DEM数据处理自动化水平,且能保证水域DEM的高程精度与自然平滑过渡要求。

一种海陆部水域面DEM自动填平方法研究

本文针对海陆部水域面区域格网点高程填平对数字高程模型（DEM）生成的影响，分析归纳了海陆部水域面DEM高程填平应遵循的相关规则，提出了一种海陆部水域面DEM自动填平方法。介绍了该方法的总体思路，并利用该方法进行海陆部水域面自动选取、水域面高程自动核查和水域面格网点高程值自动赋值填平实验。实验结果表明，该方法简洁实用，生成的DEM符合实际地表形态。

基于DEM的小流域坡长计算方法研究

基于坡地水文学、GIS空间分析原理、流域侵蚀地貌学等理论方法,对小流域坡长提取及不同坡长计算方法进行对比研究。并基于格网DEM分析目前国内外坡长的不同算法,来揭示坡长在小流域的空间分布规律。

基于DEM的丹江口水源区治理区小流域划分研究

简要介绍了基于数字高程模型(DEM)自动提取流域特征的原理和方法,并以丹江口水源区治理区1∶5万DEM数据为基础,在Arc Map软件的水文模块(Hydrology)环境下,通过不同阈值参数的对比分析,对提取数字河网水系及流域边界、子流域归并等进行了探索,最后共提取小流域624个。

基于多源数据的山前水系提取实验:以济南市及邻区为例

河流水系的准确提取是研究构造地貌与水文地质的一项重要基础工作。以济南及邻区作为研究区,以SRTMDEM(shuttle radar topography mission digital elevation model)90 m分辨率原始高程数据和Landsat 8 OLI_TIRS卫星影像作为源数据,通过对比不同方法[数字高程模型(digital elevation model,DEM)、归一化差异水体指数(normalized difference water index,NDWI)、改进的归一化差异水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)]的特点及在各地貌区的应用效果,尝试了一种能够自动提取上述地区水系的方法。结果表明:在区内的山地丘陵区和平原区,所对应的最优水系提取方法分别为基于DEM和MNDWI的提取方法,二分区的分界线可通过地形起伏度进行确定。通过对比研究区的断层和水系分布,认为研究区内的早中更新世断裂对河流造成的影响已经衰减,并且河流已达到了新的平衡状态。

采煤塌陷地水域淹没范围模拟分析

采煤塌陷改变了矿区周边的地形地貌特征,使大量的耕地、园地变成水域。选择山东省龙口采煤塌陷区为研究对象,运用ArcGIS软件采集五期1:1万等高线和离散高程点数据,生成1×1 m2正方形网格的数字地面模型(DEM),以地表没有发生塌陷前的1978年DEM为标准高程数据,与其他各期DEM数据进行差值运算处理,得到不同时期采煤塌陷区面积。然后根据水利部门48年来的观测数据,计算出采煤塌陷区不同频率年份丰水期水文特征值,采用"无源淹没"分析法,计算给定水位条件下的采煤塌陷区水域淹没范围。

基于地形参数的湖泊水储量估算方法——以纳木错为例

湖泊水储量通常采用观测水位和实测水下地形数据相结合的方法进行估算,因此对于无资料或资料匮乏区域很难获得湖泊水储量信息。为了探讨针对这一问题的解决方法,以西藏自治区纳木错为例,基于湖泊水面以上和水下地形具有相似性的特性,利用湖泊水面以上的数字高程模型(digital elevation model,DEM)构建高程与面积的关系以及面积与体积增量的关系,进而对湖泊水下高程—面积—体积增量递推计算,最终构建面积—体积模型从而估算湖泊水储量。试验结果表明,利用湖泊周围地形构建的基于面积的湖泊水储量估算模型具有较高的精度,以纳木错湖盆DEM求得其湖面面积,计算得其水储量为1115.70亿m 3,该结果与基于实测水深数据建立的纳木错水下地形DEM计算的水储量(1019.50亿m 3)相比,绝对误差为96.20亿m 3,相对误差为9.40%。该文为无资料地区水上和水下的地形特征参量基本一致的自然湖泊水储量的估算提供了方法参考。

柴汶河河流袭夺前水系的重建

分水岭迁移和河流袭夺是河流演化研究中的一个重要内容.针对柴汶河袭夺河流域进行袭夺前水系的重建与恢复的问题,首先,基于ArcGIS软件对分辨率为30 m的原始DEM数据进行处理,利用均值变点分析法确定柴汶河袭夺河流域的最佳集水面积阈值,提取与实际较为符合的河网水系;然后,基于二次曲线内插法相似原理对被连接分水线所途经的栅格单元重新赋值;最后,以流域地貌特征演化对河流袭夺机理佐以验证.研究结果表明:当集水面积阈值为0.54 km^(2)时,提取的河网水系最接近于实际水系;利用内插法等算法得到的结果可知,通过抬高袭夺处的高程来重建恢复袭夺前水系流域的方法是科学可行的.根据其流域地貌演化可知,古柴汶河上游的河流纵比降大于古沂河上游,对应的下蚀和溯源侵蚀能力强,故易能首先切穿分水岭,袭夺古沂河上游.

水源保护区划界的遥感与GIS技术研究

科学合理地划定水源地的保护范围是一项技术含量较高的工作。以厦门市饮用水源中的北溪引水渠 (管道 )和坂头水库为例 ,根据饮用水源保护区划分原则 ,研究基于数字化的地形图建立数字高程模型并自动生成汇水区盆地和流域范围的 GIS技术、获取相关自然环境专题信息的遥感技术、以及综合利用社会和自然等多种数据源进行保护区范围界定的方法。重点探讨数字高程模型的建立以及汇水区盆地和流域边界自动生成的 GIS方法。

基于数字高程模型的混合流向算法

从数字高程模型提取的汇水网络和汇水区等信息是分布式水文模型及应用分析的基础参数,基于地表汇水模拟的算法是提取该类信息的主要方法,其中,水流方向的确定对提取结果有着直接的影响。单流向算法因其易于实现、易于确定上游汇水区等特性,得到了广泛应用,然而单流向算法在坡度平缓区域会产生不自然的平行径流,能模拟地表水流分散径流特点的多流向算法可以在一定程度上避免此问题,但多流向算法使得不同区域的汇水单元可能存在交叉。本文结合两类流向算法各自的优点和适用性,设计实现了一种混合流向算法,以期在不同的地形条件下模拟得到更加合理的水流分配。首先,使用基于模板的形态检测方法,在给定阈值的基础上,对数字地形进行了分类,DEM被划分为山谷、山脊、鞍部、缓坡和陡坡5类。对陡坡、山谷和山脊区域运用单流向算法;对缓坡和鞍部区域采用多流向算法确定径流方向并进行水量分配。本文选取了黄土地貌和中低山丘陵的两个流域作为研究区,利用并采用了30m和90m两个分辨率的DEM。本文研究将混合流向算法与现有其他算法的结果进行比较。相比于多流向算法,该算法结果中的分散效应受到明显的抑制,相比于单流向算法,非自然的平行径流也大幅减少。同时,混合流向算法在较大分辨率DEM上(30m)改进效果更加明显。

基于航空摄影测量的新安江水库水域面积及库容变化分析

采用航空摄影测量技术获得2001年和2011年新安江水库摄影水位以上的地形数据,通过构建DEM计算新安江水库水域面积和库容。从平面和立体两个不同的角度,分析了新安江水库2001年和2011年水域面积的变化与相应区域的库容变化。从平面上分析了水域面积变化,从立体上分析了库容变化,对水域和库容的变化都进行了定量分析与定位分析,校核了新安江水库现有的水位-库容曲线模型,为新安江水库调度提供了参考。

喀斯特山区地表水时空变化分析——以贵阳市为例

本研究选择贵阳市2000年、2010年、2020年3期landsat7ETM数据,通过归一化水体指数(NDWI)、改进归一化水体指数(MNDWI)和支持向量机(SVM)提取贵阳市地表水面积,通过数字高程模型(DEM)获得贵阳市河网信息,利用混淆矩阵对NDWI、MNDWI、SVM法进行精度评价,分析地表水时空变化特征及其驱动因素。结果表明:2000-2020年贵阳市地表水面积缩减42.46 km^(2),面积变化百分比为28%;2010-2020年地表水缩减面积最大,缩减面积达到23.96 km^(2),面积变化百分比为17.99%,近20 a贵阳市地表水呈缩减趋势。采用Pearson相关性分析,降雨量、蒸发量、径流量、是影响地表水面积变化的次要因素,气温、人口密度、生产总值是影响面积变化的主要因素。本研究可为喀斯特山区水资源的保护和利用提供参考。

无地形资料地区电力工程内涝水位估算方法

随着新能源事业的快速发展,光伏和光热工程点也在迅速增多,特别是在光热资源较为丰富的内蒙古地区;但是受地方土地利用规划的限制,部分场区位于地势相对较低的区域,此时内涝积水成为影响工程布局及工程造价的重要限制条件。同时,当低洼地区的范围较大时,用常规测量方法进行地形测量及内涝积水的分析会造成工程前期成本的大幅增加,甚至导致工期的延长。本文选择了以DEM数据为基础,应用Arcgis软件分析区域内涝积水的方法,再辅以现场实测校核点对所得内涝水位进行校准,在满足工程要求的前提下极大减小了测量投入和工程工期;可以为低洼地区电力工程内涝积水的分析计算提供一定的参考。根据本文分析,当工程所在区域地势对比较大时计算结果可以达到较高的精度。但同时也需要指出,最终内涝水位在一定程度上受高程校核精度的影响,并且较低设计频率的内涝水位以及地势平坦地区内涝水位的模拟结果精度相对较差,在工程应用中需要予以注意。

库区水位变动下白沙碉变形体稳定性研究

渗流场与应力场的耦合分析是库区水位变动下变形体稳定性研究的热点和难点问题。基于岩体不连续性的离散元方法可以模拟流体在不透水岩体之间的裂隙中的流动,是一种完全的流固耦合分析方法。以金沙江溪洛渡水电站右岸白沙碉变形体为研究对象,通过岸坡岩体力学特性试验给出参数建议值;在充分考虑岸坡区域地质条件特征的基础上,采用离散元方法的应力–渗流耦合分析理论,结合溪洛渡水电站水库调度曲线,研究库水位变动下变形体的稳定性变化过程,并开展基于渗流场计算的极限平衡对比分析。分析结果表明,随库水位增加,变形体的孔隙水压力不断增大,稳定性则逐渐减低;当水位为600 m时,变形体发生失稳;离散元与极限平衡分析结果基本一致,但离散元动态地反映水在裂隙中的流动过程,相对极限平衡分析更能反映实际情况。