一种湖泊网格自动划分方法

1.本发明涉及湖泊管理领域，特别涉及一种湖泊网格自动划分方法。


背景技术：

2.湖泊网格划分有利于湖泊的巡查和管理，与陆地网格划分相比水域网格划分有其特殊性，需要遵守一定的划分原则。陆地网格划分有较多的参考依据，例如：以道路作为网格线对城市进行网格划分；以植被类型对陆地进行网格划分；以土地用途对陆地进行网格划分等。但是水域划分参考依据少，划分难度大，通常从划分目的出发确定划分原则。网格划分的影响因素主要是湖泊管理范围内的行政区划、湖泊形态和面积等因素。
3.科学的湖泊网格划分一般需要遵循以下原则：分级原则、属地完整原则、属地内规则原则、完整性原则。目前采用的湖泊区域网格划分方法一般是针对小区域范围的网格划分，主要包括规则网格法、行政区划分法和手动划分法。
4.规则网格法将湖泊区域划分成规则排列的网格单元，且网格单元大小相同，该划分方法简单，容易进行空间分析，但由于湖泊边界线是不规则曲线，很多湖泊的内部存在岛屿，规则网格对于这种情况无法处理，加之不同的湖泊湖湾河汊复杂程度各异，敞水区、圩区分布情况不同，规则网格划分法无法进行合理划分。
5.行政区划分是按照行政区划范围划分湖泊网格，根据省-市-县-乡(镇)-村逐级划分，每个层级都负责对应的网格，安排相应的巡查人员。该划分方法的网格层次清晰，有利于分级管理和网格编码，但划分后网格灵活度不高，划分的湖泊区域不均匀。
6.手动划分是目前应用最广的湖泊网格划分方式，在选定湖泊的划分区域之后，根据湖泊形态、水域面积等情况，手动将湖泊区域划分为面积相当的网络。该划分方式灵活性高，能够针对每个湖泊的特点进行网格划分，但网格的编码复杂，构建网格的效率比较低。


技术实现要素：

7.发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种湖泊网格自动划分方法，通过方形网格对分级后的湖泊水域分割，得到了规则和不规则两类网格，不规则网格抽象成图，同时考虑湖泊边界和湖心岛两种区域，采用深度优先搜索的思想进行合并调整，实现计算机自动划分，能够提高湖泊网格自动划分方法的合理性、灵活性和效率。
8.技术方案：本发明的一种湖泊网格自动划分方法，包括：将湖泊水域按照行政区进行逐级划分，划分到县一级；利用方形网格对县一级的湖泊区域进行均匀划分；对划分后湖泊边界产生的不规则网格合并，若存在湖心岛，则对湖心岛周围不规则网格合并；对合并后的网格进行编码；
9.其中湖泊边界网格合并采用四方向相邻规则结合深度优先搜索方法。
10.进一步，湖泊边界网格合并采用四方向相邻规则结合深度优先搜索方法包括：
11.s101，设定湖泊边界不规则网格面积s’与规则网格面积s关系为：s'∈[0.5s,1.5s]，建立各网格之间的关系：设任意不规则网格与其上下左右四个方向的网格存在连接
关系，将网格抽象成无向图，无向图的顶点代表网格，边代表网格间的连接关系；
[0012]
s102，在不规则网格中任意选择一个网格v作为起始网格，计算当前网格v的面积，将访问设为ture；
[0013]
s103，在当前网格v所有邻接网格中找到尚未访问网格v’，计算网格v’面积，如果当前网格v面积属于[0.5s,1.5s]范围，则网格v和v'不合并，以网格v'作为当前网格继续访问邻接网格；否则，网格v和v’合并，将合并后的新网格作为当前网格继续访问邻接网格；
[0014]
s104，若当前网格的所有邻接网格全部访问完毕，则回退一步，将前一步网格作为探查的当前网格；
[0015]
s105，重复步骤s103-s104，直到起始网格的邻接网格全部被访问则结束合并。
[0016]
进一步，湖心岛周围不规则网格合并规则为：
[0017]
s201，以面积ns为分界点，将湖心岛分为大岛屿和小岛屿，大岛屿面积s”＞ns，合并规则与湖泊边界不规则网格合并规则相同，n为系数；
[0018]
s202，小岛屿面积s”∈(0,ns]，若湖心岛在单个网格内，对网格无影响；
[0019]
若湖心岛跨越两个网格，采用四方向相邻规则将两个网格合并；
[0020]
若湖心岛跨越四个网格，且四个网格都不满足均衡要求，则采用八方向相邻规则将四个网格合并。
[0021]
进一步，利用规则网格对县一级的湖泊区域进行均匀划分规则为：
[0022]
将湖泊按照水域面积5km2、50km2、400km2三个分界点划分为四级，各级对应的划分网格边长分别为0.5km、1km、1.5km、2km。
[0023]
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明结合现有的湖泊网格划分方式，确立湖泊划分的基本原则，先通过行政区进行逐级划分然后再合并，实现了湖泊网格的计算机自动划分，有效的提高了湖泊网格划分的效率；在合并的过程中，将网格抽象成图，既可以选用四方向相邻，又可以选用八方向相邻，提高了合并过程的灵活性；通过本发明方法，多种形态的湖泊都可以快速的进行划分，最后得到的各个网格形态大小相当，无拓扑错误；凭借本方法的高效率，可以用大小不同的网格对同一湖泊进行划分，得到多种划分结果，最后对比选出最优的划分结果。
附图说明
[0024]
图1为本发明流程图；
[0025]
图2为湖泊区域网格分级示意图；
[0026]
图3为利用规则网格对县一级的湖泊区域进行分割后的结果；
[0027]
图4为将网格抽象为图的示意图；
[0028]
图5为湖泊边界不规则网格合并后的结果；
[0029]
图6为小型岛屿周围的不规则网格合并后的结果；
[0030]
图7为大型岛屿周围的不规则网格合并后的结果；
[0031]
图8为网格编码样式；
[0032]
图9为不同网格边长下的太湖区域划分结果，以及江苏省管湖泊网格化管理信息平台上的太湖区域划分结果。
具体实施方式
[0033]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。
[0034]
如图1所示流程图，本实施例所述的一种湖泊网格自动划分方法，包括：将湖泊水域按照行政区进行逐级划分，划分到县一级；利用方形网格对县一级的湖泊区域进行均匀划分；对划分后湖泊边界产生的不规则网格合并，若存在湖心岛，则对湖心岛周围不规则网格合并；对合并后的网格进行编码；其中湖泊边界网格合并采用四方向相邻规则结合深度优先搜索方法。
[0035]
本实施例中将湖泊区域按照行政区划进行分级，对于面积广阔，跨省、市、县的湖泊，先按照省-市-县(区)进行逐级划分，在县(区)的基础上进行最后一级网格的划分，如图2所示，第一级网格为湖泊全部水域构成的多边形区域，二、三、四级网格分别是以省、市、县(区)的行政区划边界划分的网格。
[0036]
五级网格在四级网格的基础上，利用规则网格对县(区)一级的湖泊区域进行均匀划分。对于不同的湖泊，网格大小主要参考湖泊的水域面积。将湖泊按照水域面积5km2、50km2、400km2三个分界点划分为四级，各级对应的划分网格边长分别为0.5km、1km、1.5km、2km，如表1所示。
[0037]
表1湖泊面积与网格边长关系
[0038]
面积边长0～5km20.5km5～50km21km50～400km21.5km400km2以上2km
[0039]
网格划分是对县(区)一级的湖泊区域进行分割，管理湖泊的面积一般比水域面积大，所以将网格的左边界和下边界与湖泊的左边界和下边界相隔一定距离，如图3所示，距离为a米，a的取值为湖泊丰水期与枯水期湖岸线距离差的平均值，湖泊水域被划分成面积相同的规则单元和面积不一的不规则单元，湖泊区域内部被分割成规则方形网格，阴影部分为边界分割产生的不规则网格，面积大小各异。
[0040]
为了满足属地内规则原则下，需要对不规则网格合并，确保所有的网格面积均衡。深度优先搜索方法能够遍历连通图中的所有顶点，为确保不规则网格全部合并，采用深度优先搜索算法，在遍历不规则网格的同时，对不规则网格进行合并。湖泊边界不规则网格合并采用四方向相邻规则结合深度优先搜索方法包括：
[0041]
s101，约定湖泊边界不规则网格面积s’与规则网格面积s关系为：s'∈[0.5s,1.5s]，建立各网格之间的关系：设任意不规则网格与其上下左右四个方向的网格存在连接关系，将网格抽象成无向图，无向图的顶点代表网格，边代表网格间的连接关系，抽象示意图如图4所示。
[0042]
s102，在不规则网格中任意选择一个网格v作为起始网格，计算当前网格v的面积，将访问设为ture；
[0043]
s103，在当前网格v所有邻接网格中找到尚未访问网格v’，计算网格v’面积，如果当前网格v面积属于[0.5s,1.5s]范围，则网格v和v'不合并，以网格v'作为当前网格继续访
问邻接网格；否则，网格v和v’合并，将合并后的新网格作为当前网格继续访问邻接网格；
[0044]
s104，若当前网格的所有邻接网格全部访问完毕，则回退一步，将前一步网格作为探查的当前网格；
[0045]
s105，重复步骤s103-s104，直到起始网格的邻接网格全部被访问则结束合并。
[0046]
对湖泊边界不规则网格合并后的结果如图5所示，从合并结果可知不规则网格与规则网格的面积相差较小，满足属地内规则原则。
[0047]
湖心岛通常会横跨多个网格，且湖心岛的大小不一，为了满足完整性原则，需要对网格进行合并。对于不同的岛屿合并规则不同，湖心岛周围不规则网格合并规则为：
[0048]
s201，以面积ns为分界点，将湖心岛分为大岛屿和小岛屿，大岛屿面积s”＞ns，合并规则与湖泊边界不规则网格合并规则相同，n为系数；
[0049]
s202，小岛屿面积s”∈(0,ns]，若湖心岛在单个网格内，对网格无影响；
[0050]
若湖心岛跨越两个网格，采用四方向相邻规则将两个网格合并；
[0051]
若湖心岛跨越四个网格，且四个网格都不满足均衡要求，则采用八方向相邻规则将四个网格合并。
[0052]
利用规则网格对县一级的湖泊区域进行均匀划分规则为：
[0053]
如图6所示的四个湖心岛1、2、3、4，面积s”∈(0,ns]，湖心岛1在单个网格内，对网格无影响。湖心岛2跨越两个网格，采用四方向相邻规则将该两个网格合并。湖心岛3跨越四个网格，利用八方向相邻规则将该四个网格合并。湖心岛4的面积很小，其周围的四个网格面积均满足均衡要求，则不需要网格合并。
[0054]
如果湖心岛的面积s”＞ns，这种岛屿沿岸的不规则网格数量很多，需要进行合并处理。合并的方式参照湖泊边界网格合并。唯一与湖泊边界情况不同的是，湖心岛产生的不规则网格在外部围绕湖心岛。图7展示的是大型岛屿周围不规则网格合并前后的结果，a所示的湖心岛外围不规则网格经过合并后得到b所示的结果。
[0055]
相比于手动划分，计算机自动划分能够高效地对网格进行编码。每一个网格的编码具有唯一性并且严密。本实施例参考城市网格编码原则，按照中华人民共和国城镇建设行业标准《城市市政综合监管信息系统单元网格划分与编码规则》进行湖泊网格编码。编码总共九位，前六位为县(区)及其以上的行政区划代码，按照gb/t2260标准执行，后面三位为最后一级网格按从上到下，从左到右的顺序代码。编码样式如图8所示。
[0056]
利用本实施例所述网格自动划分方法对太湖水域进行网格自动划分，网格边长分别选用1.5km、2km和2.5km，分别对应图9中的a、b和c。d是江苏省管湖泊网格化管理信息平台中的太湖水域手动划分结果。得到的划分结果图中，湖泊被县(区)级的行政区划线划分成了七个水域，所有网格覆盖了湖泊的全部水域，满足划分的分级原则、属地完整原则、属地内规则原则、完整性原则。
[0057]
与手动划分相比，自动划分的网格更加规整，编码速度快，提高了湖泊网格划分的效率。从本发明选取的三种方案可以看出，网格边长太小，边界区域的网格合并后形状复杂，增加了湖泊巡查管理的难度。而网格边长大太，会增大每个湖泊巡查人员的任务量。本发明凭借划分效率高的特点，可以任意的调整网格边长，进行对比分析，找到最优的划分方案。