一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法及水动力模拟方法与流程

1.本发明涉及水动力模拟技术领域，具体涉及一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法及水动力模拟方法。


背景技术：

2.糙率又称粗糙系数，是综合反映管渠壁面粗糙情况对水流影响的一个系数，通常以n表示，其值一般由实验数据测得，使用时可查表选用。在河流或管渠已有流速资料的情况下，也可以由谢才
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曼宁公式反求n值，与查表所得的n值相互验证而加以选定。
3.水动力模型，是描述水流受力与运动相互关系的数学模型，其依据流体力学基本方程，建立数学模型，用于对流动水的动力过程进行数值模拟。
4.糙率是建立水动力模型的重要参数，糙率取值的准确性，直接关系到河道数值模拟成果的准确性。但在河道计算数值模拟过程中，通常采用的是综合糙率(综合河道所有因素确定而得)，该综合糙率与河道的实时糙率存在较大的误差，会导致水动力模型模拟成果的准确性降低，并使得精确模拟河道洪水期水动力目的难以实现。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，以解决现有水动力模型不能精准模拟河道洪峰期水动力的技术问题。
6.本发明所采用的技术方案为：一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，包括如下步骤：
7.s100：获取目标河段的遥感影像数据；
8.s200：对所述遥感影像数据进行预处理，并获得多个像元；
9.s300：根据光谱特征对所述像元进行分类识别；
10.s400：以分类监督的方式将不同类别的像元划分为不同的植被区；
11.s500：根据目标河段的预测水位信息和植被区分布初次率定局部糙率的取值范围；
12.s600：根据上游河段和下游河段的水流信息再次率定局部糙率的取值。
13.优选的，所述s200中的像元具有单一的光谱特征。
14.优选的，所述s300中采取周围像元代替的方法处理形成孤点和孤岛的像元。
15.优选的，所述s400中植被区包括乔木区、灌木区和/或杂草区。
16.优选的，所述s400中分类监督时用的训练样本包括各个下垫面的植被及光谱特征。
17.本发明的第二目的在于提供一种基于植株分布的水动力模拟方法，包括如下步骤：
18.s100：获取并处于目标河道的地形数据和水文数据；
19.s200：于低流量和低水位状态下，利用所述目标河道的水文数据验证局部糙率的率定；
20.s300：逐渐提高目标河道的流量和水位，验证不同下垫面条件下目标河道的局部糙率。
21.本发明的有益效果：
22.本发明基于对遥感影像数据的机器学习，通过对河道防洪堤内影像像元的光谱特征的识别分类，确定河道防洪堤内两侧植被和水体的分布，精确率定河道防洪堤内水流过境时的局部糙率，从而实现河道洪水期水动力的精确模拟。
附图说明
23.图1为本发明的基于植株分布的河道局部糙率率定方法的流程图；
24.图2为河道两侧的植被区分布图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.实施例，如图1、图2所示，一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，该方法用于对洪峰过境时对河道的局部糙率进行精确率定；该方法包括如下步骤：
30.s100：获取目标河段的遥感影像数据。
31.s200：对遥感影像数据进行预处理，并获得多个像元。
32.s300：根据光谱特征对像元进行分类识别。
33.s400：以分类监督的方式将不同类别的像元划分为不同的植被区。
34.s500：根据目标河段的预测水位信息和植被区分布初次率定局部糙率的取值范围。
35.s600：根据上游河段和下游河段的水流信息再次率定局部糙率的取值。
36.本技术基于对遥感影像数据的机器学习，获取河道内不同下垫面上各种植被的像元的光谱特征，并通过对目标河段影像中各个像元的光谱特征进行识别分类，确定目标河
段内植被和水体的分布，并根据植被的分布精确率定河道防洪堤内水流过境时的局部糙率，从而实现河道洪水期水动力的精确模拟。
37.在一具体实施例中，s200中的像元具有单一的光谱特征。
38.在一具体实施例中，s300中采取周围像元代替的方法处理形成孤点和孤岛的像元。
39.在一具体实施例中，s400中植被区包括乔木区、灌木区和/或杂草区。
40.在一具体实施例中，s400中分类监督时用的训练样本包括各个下垫面的植被及光谱特征。
41.具体实施例1，如图1、图2所示，一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，该方法包括如下步骤：
42.s100：获取目标河段的高清遥感影像数据；其中，目标河段两侧分布有不同的植被，比如乔木、灌木和杂草。
43.s200：对遥感影像数据进行预处理，并将遥感影像数据划分为多个像元；其中，每个像元具有单一的光谱特征。
44.s300：根据光谱特征对像元进行分类识别；其中，对于存在同物但光谱特征差别较大的现象，进行二次分类；同时，对于使用滤波工具后依旧存在的一些孤点和孤岛，采取周围像元代替的方法。
45.s400：以分类监督的方式将不同类别的像元划分为不同的植被区；其中，分类监督所用的训练样品选择光谱特征不同且明显的下垫面。
46.s500：根据上游河段的水流信息预测目标河段的预测水位信息，并根据预测水位信息和目标河段两侧的植被区分布，通过查表的方式确定目标河段的局部糙率的取值范围，完成目标河段局部糙率的初次率定。
47.s600：根据上游河段的水流信息和下游河段的水流信息，利用谢才
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曼宁公式反求目标河段的局部糙率值，完成目标河段的局部糙率值的率定。
48.实施例，一种基于植株分布的水动力模拟方法，该方法包括如下步骤：
49.s100：获取并处于目标河道的地形数据和水文数据；
50.s200：于低流量和低水位状态下，利用目标河道若干点位的水文数据验证局部糙率的率定；其中，数位数据包括水位和流速。
51.s300：逐渐提高目标河道的流量和水位，验证不同下垫面条件下目标河道的局部糙率。
52.本技术采用分区计算河道糙率，模拟成果精度更高，与真实河道更贴近；本技术在考虑了不同下垫面的条件下，河道试用于不同流量条件下的河道精确模拟。
53.相较于现有技术，本技术至少具有以下有益技术效果：
54.本技术基于对遥感影像数据的机器学习，确定河道防洪堤内两侧乔木、灌木、杂草或水体的分布，进而明确河道防洪堤内局部糙率的取值分布，达到精确模拟河道洪水期水动力的目的。
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s100：获取目标河段的遥感影像数据；s200：对所述遥感影像数据进行预处理，并获得多个像元；s300：根据光谱特征对所述像元进行分类识别；s400：以分类监督的方式将不同类别的像元划分为不同的植被区；s500：根据目标河段的预测水位信息和植被区分布初次率定局部糙率的取值范围；s600：根据上游河段和下游河段的水流信息再次率定局部糙率的取值。2.根据权利要求1所述的一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，其特征在于，所述s200中的像元具有单一的光谱特征。3.根据权利要求1所述的一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，其特征在于，所述s300中采取周围像元代替的方法处理形成孤点和孤岛的像元。4.根据权利要求1所述的一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，其特征在于，所述s400中植被区包括乔木区、灌木区和/或杂草区。5.根据权利要求1所述的一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法，其特征在于，所述s400中分类监督时用的训练样本包括各个下垫面的植被及光谱特征。6.一种基于植株分布的水动力模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s100：获取并处于目标河道的地形数据和水文数据；s200：于低流量和低水位状态下，利用所述目标河道的水文数据验证局部糙率的率定；s300：逐渐提高目标河道的流量和水位，验证不同下垫面条件下目标河道的局部糙率。

技术总结
本发明公开了水动力模拟技术领域的一种基于植株分布的河道局部糙率率定方法及水动力模拟方法，包括获取目标河段的遥感影像数据；对遥感影像数据进行预处理，并获得多个像元；根据光谱特征对像元进行分类识别；以分类监督的方式将不同类别的像元划分为不同的植被区；根据目标河段的预测水位信息和植被区分布初次率定局部糙率的取值范围；根据上游河段和下游河段的水流信息再次率定局部糙率的取值。本发明基于对遥感影像数据的机器学习，通过对河道防洪堤内影像像元的光谱特征的识别分类，确定河道防洪堤内两侧植被和水体的分布，精确率定河道防洪堤内水流过境时的局部糙率，从而实现河道洪水期水动力的精确模拟。从而实现河道洪水期水动力的精确模拟。从而实现河道洪水期水动力的精确模拟。


技术研发人员：廖庭庭 杨志炎
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/7/12