一种基于gis的城市水文径流计算方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及图形处理领域，特别是一种基于GIS的城市水文径流计算方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 城镇化是人类社会发展进步的必然结果，进入21世纪以来，中国的城镇化急速增 长，在主要以经济为中心以及唯GDP导向的城市发展模式中，城市以摊大饼的方式扩张。随 着这种发展，城镇化出现越来越多的问题，城市安全面临严峻挑战，加之在近年全球气候变 化极端暴雨天气发生更频繁的影响下，城市规划中如何兼顾城市雨洪安全成为重大难题。 目前，雨洪安全问题的解决之道多是单一片面，采用工程性措施进行应用，针对洪水，建设 了防洪堤，针对涝灾，埋下了下水管道，但这种对抗式的处理方法之下，防洪堤再高、下水管 再粗也不能彻底解决中国城市的内涝问题。
[0003] 现有技术中，对水文径流的计算依赖于人工调研，这种方式缺乏科学分析，人的主 观性过强，对水文径流的计算不够准确，有可能因忽略了一些潜在径流，而导致存在误判或 漏判的问题。
【发明内容】
[0004] 本申请提供一种基于GIS的城市水文径流计算方法及系统，解决现有技术中对水 文径流的计算不够准确的问题。
[0005] 根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于GIS的城市水文径流计算方法，其 特征在于：包括以下步骤： 构建城市地表的数字高程模型；基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向； 根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计算此栅格的汇流累 计量；基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分。
[0006] 优选的，还包括：根据预设的用地属性，确定栅格的脆弱等级；将栅格的汇流累计 量等级值与脆弱等级值叠加相乘，依据所得的乘积值将栅格分级显示为对应的颜色。
[0007] 优选的，汇流累计量的等级级数与脆弱等级的级数相等。
[0008] 优选的，还包括：降低栅格数据分辨率。
[0009] 根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于GIS的城市水文径流计算系统，包 括：建模单元，用于构建城市地表的数字高程模型；判断单元，用于基于单流向法判断数字 高程模型内栅格的水流方向；计算单元，用于根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅 格的上游的栅格数量，计算此栅格的汇流累计量；汇流单元，用于基于自然断点分级法对栅 格的汇流累计量进行等级划分。
[0010] 优选的，还包括：脆弱等级单元，用于根据预设的用地属性，确定栅格的脆弱等级； 分级显示单元，用于将栅格的汇流累计量等级值与脆弱等级值叠加相乘，依据所得的乘积 值将栅格分级显示为对应的颜色。
[0011] 优选的，汇流累计量的等级级数与脆弱等级的级数相等。
[0012] 优选的，还包括：降低分辨率单元，用于降低栅格的分辨率。
[0013] 本申请的有益效果是，本申请构建城市地表的数字高程模型；基于单流向法判断 数字高程模型内栅格的水流方向；根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游 的栅格数量，计算此栅格的汇流累计量。由于本申请构建了数字高程模型，并基于数字高程 模型判断水流方向并计算汇流累计量，而使得对水文径流的计算更加准确。
[0014] 通过对汇流累计量进行级别划分，基于自然断点分级减少了同一级中的差异，增 加了级间的差异，使人肉眼不易识别的水文径流信息更直观可认。
[0015] 同时，把汇流累计量数据与用地脆弱性数据进行叠加，识别出了城市中需要重点 保护及处理的径流范围，可以对雨洪安全进行校核验证，并为后续的城市规划提供参考。
【附图说明】
[0016] 图1为实施例1的方法流程图； 图2为实施例1构建的数字高程模型示意图； 图3为实施例1的水文径流效果图； 图4为实施例2的方法流程图； 图5为实施例2对用地的脆弱性等级进行划分后的效果图； 图6为实施例2将栅格的汇流累计量等级值与脆弱等级值叠加相乘后的效果图； 图7为实施例2降低栅格的分辨率的前后对比图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0018] 实施例1 : 一种基于GIS的城市水文径流计算方法，如图1所示，包括以下步骤： 5101 :构建城市地表的数字高程模型； 5102 :基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向； 5103 :根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计算此栅格 的汇流累计量； 5104 :基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分。
[0019] 如图2所示，数字高程模型属于一种连续表面的栅格图，是描述地表起伏形态特 征的空间数据模型，由地面规则格网点的高程值构成的矩阵，形成栅格结构数据集。通过将 地理信息数据、遥感影像结合，进行矢量化处理，从而构建数字高程模型。单流向法假定一 个栅格中的水流只从一个方向流出，在基于3*3的栅格内，根据栅格间的最大距离权落实， 即高程落差，判断水流的方向。根据栅格的水流方向，可以统计流经此栅格的上游的栅格数 量，进而计算出此栅格的汇流累计量反映了该栅格的积水深度和范围，也反映了该栅格形 成地表汇流的难易程度。
[0020] 如图3所示，本实施例基于GIS中的自然断点法对栅格的汇流累计量进行等级划 分，可以做到，基于统计学方法，确定汇流累计量的自然聚类，将汇流累计量所组成的数据 集，划分成不同的子集，原则是减少每个子集内同一级中的差异、增加子集间的级之间的差 异，从而形成分级后的水文径流图。图中颜色较深的部分，其汇流累计量较大，对应的级数 也较高。
[0021] 在计算栅格的汇流累计量时，可基于GIS自带的一个功能，对汇流量累计量数据 进行过滤，从而消除因地表小坑洼而造成的汇流偏差。
[0022] 实施例2 : 如图4所示，本实施例包括以下步骤： 5201 :构建城市地表的数字高程模型； 5202 :基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向； 5203 :根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计算此栅格 的汇流累计量。
[0023] S204 :基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分； 5205 :根据预设的用地属性，确定栅格的脆弱等级； 5206 :将栅格的汇流累计量等级值与脆弱等级值叠加相乘，依据所得的乘积值将栅格 分级显示为对应的颜色。
[0024] 作为实施例1的改进，如图5所不，由于栅格代表着一块地表，地表本身具有相应 的用地属性，该用地属性预置在栅格中，因而可以根据这一地表本身的用地属性，进而确定 其脆弱等级，这一脆弱等级反映了该地表的易损程度。本实施例按照如下的对应表对用地 的脆弱性等级进行划分，将脆弱等级分为6个等级。
【主权项】
1. 一种基于GIS的城市水文径流计算方法，其特征在于：包括以下步骤： 构建城市地表的数字高程模型； 基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向； 根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计算此栅格的汇 流累计量； 基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括： 根据预设的用地属性，确定栅格的脆弱等级； 将栅格的汇流累计量等级值与脆弱等级值叠加相乘，依据所得的乘积值将栅格分级显 示为对应的颜色。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：汇流累计量的等级级数与脆弱等级的级 数相等。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括：降低栅格数据分辨率。
5. -种基于GIS的城市水文径流计算系统，其特征在于：包括： 建模单元，用于构建城市地表的数字高程模型； 判断单元，用于基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向； 计算单元，用于根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计 算此栅格的汇流累计量； 汇流单元，用于基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于：还包括： 脆弱等级单元，用于根据预设的用地属性，确定栅格的脆弱等级； 分级显示单元，用于将栅格的汇流累计量等级值与脆弱等级值叠加相乘，依据所得的 乘积值将栅格分级显示为对应的颜色。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于：汇流累计量的等级级数与脆弱等级的级 数相等。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于：还包括：降低分辨率单元，用于降低栅格 的分辨率。
【专利摘要】本申请公开了一种基于GIS的城市水文径流计算方法，包括以下步骤：构建城市地表的数字高程模型；基于单流向法判断数字高程模型内栅格的水流方向；根据栅格的水流方向，统计水流方向流经此栅格的上游的栅格数量，计算此栅格的汇流累计量；基于自然断点分级法对栅格的汇流累计量进行等级划分。同时，本申请还公开了基于GIS的城市水文径流计算系统，包括建模单元、判断单元、计算单元和汇流单元。本申请使得对水文径流的计算更加准确，规划更加合理、便于后续的城市规划。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104750936
【申请号】CN201510163447
【发明人】黄冕眉, 凌霄, 阮浩德, 刘青, 陈满, 熊晓冬, 陈静, 黄卓
【申请人】广东省城乡规划设计研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月9日