一种基于河流特征点的河流形态相似性识别方法

技术领域

本发明涉及对比水文学和水文径流模拟技术领域，具体为一种基于河流特征点的河流形态相似性识别方法。

背景技术

水文学是地球物理学和自然地理学的分支学科，研究存在于大气层中、地球表面和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境及人类活动之间相互的联系和作用，是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系，地球表层的水由地球内部逸出，经过约35亿年的积聚和演变，逐渐形成今天的水圈，水圈的形成不仅改变了岩石圈的面貌，使大气圈中的现象变得复杂多样，而且导致生物圈的出现，因此，水的出现和水圈的形成，是地球自然历史中最重大的事件，水文学的研究领域十分宽广，从大气中的水到海洋中的水，从陆地表面的水到地下水，都是水文科学的研究对象；水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系，也是水文学的研究领域；水文科学不仅研究水量，而且研究水质，不仅研究现时水情的瞬息动态，而且探求全球水的生命史，预测它未来的变化趋势。

利用相似流域径流比拟是研究无资料地区的径流过程和水循环过程的有效手段，具有重要的实践意义，其中，比较流域的相似性是关键环节之一，在目前的研究中，对流域或河流的相似性比较，通常关注的地形指标有面积、坡度、横纵比等指标，缺乏对河流形态相似性的精确比较，因此，需要构建一种能够对河流形态相似性进行快速精确识别的方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于河流特征点的河流形态相似性识别方法，在同一平面直角坐标系中，将不同河流的位置、方位角和尺度统一后进行计算，具有与ArcGIS高度融合、使用方便、计算快速和识别准确的优点，很好的解决了河流形态相似比较速度慢、且识别精确度低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于河流特征点的河流形态相似性识别方法，具体包括以下步骤：

S1、利用DEM数据和ArcGIS工具获得河流的矢量文件；

S2、获取待识别河流的特征点；

S3、调整待识别河流的位置、方位角和尺度；

调整位置：将待识别河流进行整体平移，使其终点与平面直角坐标系的原点重合；

调整方位角：以河流终点即平面至直角坐标系的原点为圆心，将待识别河流的重心点统一旋转到相同的方位角；

调整尺度：以河流终点为起始点，将待识别河流的特征点的重心点缩放到相同的尺度；

S4、计算待识别河流特征点之间的相似性。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中，调整待识别河流的位置、方位角和尺度的先后顺序能够任意变化。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S2中的特征点包括干流与支流的交汇点以及干流的终点，获取方法是利用ArcGIS工具进行提取，在平面直角坐标系内计算特征点的坐标数据，并用坐标数据来定义每个特征点，同时生成待识别河流特征点的重心点。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中调整位置的具体步骤为：利用ArcGIS工具，将所有特征点的坐标数据减去其河流终点的坐标数据，实现对待识别河流的整体平移，使该河流的终点平移到平面直角坐标系统的原点。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中调整方位角的具体步骤为：利用ArcGIS工具计算待识别河流特征点的重心点与其河流终点的方位角以及该方位角与180°方位角的差值，以河流终点为圆心按照此差值对河流特征点进行统一旋转，即使得河流特征点的重心点与河流终点的方位角呈180°，使所有待识别河流的方位角度保持一致。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中调整尺度的具体步骤为：利用ArcGIS工具计算待识别河流特征点的重心点到其河流终点的欧氏距离以及该距离缩放到100米时的倍数，按照此倍数对该河流特征点进行缩放，即使得待识别河流的重心点到其河流终点的距离均为100米。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S4的具体步骤为：利用Hausdorff距离，计算待识别河流特征点之间的相似性，即不同河流特征点之间Hausdorff距离。

(三)有益效果

本发明涉及对比水文学和水文径流模拟技术领域，在同一平面直角坐标系中，将不同河流的位置、方位角和尺度统一后进行计算，消除不利于计算的差别因素，具有与ArcGIS高度融合、使用方便、计算快速和识别准确的优点，很好的解决了河流形态相似比较速度慢、且识别精确度低的问题。

附图说明

图1为本发明的工作线路原理图；

图2为本发明亚洲1级河流的特征点示意图；

图3为本发明经过平移、旋转和缩放处理后河流空间分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于河流特征点的河流形态相似性识别方法，具体包括以下步骤：

S1、利用DEM数据和ArcGIS工具获得河流的矢量文件；

S2、单独参看图2，获取待识别河流的特征点；

S3、单独参看图3，调整待识别河流的位置、方位角和尺度；

调整位置：将待识别河流整体平移，使其终点与平面直角坐标系的原点重合；

调整方位角：以河流终点为圆心，将待识别河流的特征点的重心点统一旋转到相同的方位角；

调整尺度：以河流终点为起始点，将待识别河流的特征点的重心点缩放到相同的尺度；如图3所示；

S4、计算待识别河流特征点之间的相似性。

所述步骤S3中，调整待识别河流的位置、方位角和尺度的先后顺序能够任意变化。

作所述步骤S2中的特征点包括干流与支流的交汇点以及干流的终点，获取方法是利用ArcGIS工具进行提取，在平面直角坐标系内计算特征点的坐标数据，并用坐标数据来定义每个特征点，同时生成待识别河流特征点的重心点。

所述步骤S3中调整位置的具体步骤为：利用ArcGIS工具，将所有特征点的坐标数据减去其河流终点的坐标数据，实现对待识别河流的整体平移，使该河流的终点平移到平面直角坐标系统的原点。

所述步骤S3中调整方位角的具体步骤为：利用ArcGIS工具计算待识别河流特征点的重心点与其河流终点的方位角以及该方位角与180°方位角的差值，以河流终点为圆心按照此差值对河流特征点进行统一旋转，即使得河流特征点的重心点与河流终点的方位角呈180°，使所有待识别河流的方位角度保持一致。

所述步骤S3中调整尺度的具体步骤为：利用ArcGIS工具计算待识别河流特征点的重心点到其河流终点的欧氏距离以及该距离缩放到100米时的倍数，按照此倍数对该河流特征点进行缩放，即使得所有待识别河流的重心点到其河流终点的距离均为100米。

所述步骤S4的具体步骤为：利用Hausdorff距离，计算待识别河流特征点之间的相似性，即不同河流特征点之间的Hausdorff距离。

如表1所示。

表1亚洲1级河流的河流形态相似矩阵表

综上，本发明在同一平面直角坐标系中，将不同河流的位置、方位角和尺度统一后进行计算，消除不利于计算的差别因素，具有与ArcGIS高度融合、使用方便、计算快速和识别准确的优点，很好的解决了河流形态相似比较速度慢、且识别精确度低的问题。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。