基于规则格网DEM的库容计算与精度分析VIP免费

收稿日期:2008Ο06Ο03基金项目:三峡工程开发总公司重点科研项目(三峡水库动库容研究2005073-kj04)作者简介:谭德宝(1966Ο),男,湖北巴东人,教授级高级工程师,主要从事空间信息技术应用研究,(电话)027Ο82820076(电子信箱)Tandb@cjw.com.cn。文章编号:1001Ο5485(2009)03Ο0049Ο04基于规则格网DEM的库容计算与精度分析谭德宝1,申邵洪2(1.长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉410010;2.武汉大学遥感信息工程学院,武汉430079)摘要:水库库容是库区水资源储量的重要指标,也是水利枢纽设计和运营管理重要参数之一。传统的库容计算方法是在已有的地形图上采用求积仪法进行,当精度要求较高时,需到现场实测更大比例尺的地形图。基于此,重点讨论和分析了基于数字高程模型的库容计算方法,重点分析了数字高程模型的组织、内插精度和库容计算方法及精度等问题,并将求积仪法和数字高程模型法的基本原理和优缺点进行了对比分析,从理论上讨论了两种方法的适用范围、条件及精度。以长江三峡水利枢纽为实例,将自行设计软件和商用软件库容计算模块进行了对比分析,实验结果表明,基于数字高程模型的库容计算方法具有适用范围广、计算速度快,能满足高精度要求等优点。关键词:3S技术;DEM;库容计算;精度中图分类号:TP79文献标识码:A库容曲线是一项必不可少的基本资料,根据它可得知水库蓄水量和进行水量平衡计算,以便进行水库优化调度,使水库保持合理的防洪库容和兴利库容。由此可知,水库库容是水库优化调度的重要参数,它的精度直接影响到水库的防洪安全及发电、灌溉等经济效益[1]。过去由于受测量手段和计算方法等制约,通常只能施测少量断面,结合原有地形图求出库容,有的甚至直接用求积仪在万分之一或更小比例尺的地形图上量算。传统测算水库库容曲线的方式,主要是在测量部门测绘库区的1∶5000或1∶10000地形图上进行的,先将所要测量的等高线用彩色画笔勾绘出来,用求积仪量出各等高线包围的面积,每条等高线量3次,取其平均值,即为等高线所包围的面积,再利用相关公式即可计算出水库的库容曲线。其缺点是耗时、费力、重复工作量大、精度不高。以3S(RS,GPS,GIS)技术为基础技术平台,采用摄影测量方法获取大范围大比例尺DEM,成为计算水库库容的一项新技术[2],本文重点分析和讨论了基于规则格网DEM库容计算的数据采集,数据组织,模型建立,同时对库容计算及其精度进行了分析,并通过实验对库容及精度进行了探讨。1数字高程模型及精度评定数字高程模型(DEM)是数字地形模型的子集,是地理空间定位的数据集合,是利用一个任意坐标场中大量选择的已知点坐标(X,Y,Z)及属性值对连续地面的一个统计表示,即DEM就是地形表面简单的数字表示,描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列,实质上是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表示[3]。DEM主要有3种表现形式,基于等高线的DEM,基于三角网的DEM(TriangleΟbasedDEM)和规则格网的DEM(GridΟbasedDEM),如图1所示。规则格网的DEM由于其数据结构简单,使用方便,故在工程中使用较多。本文主要讨论基于规则格网DEM的库容计算。图1数字高程模型Fig.1DigitalElevationModel国家测绘局颁发的《1∶50000数字高程模型(DEM)生产技术规定》就明确规定每幅图DEM至少要有28个高程检测点用于计算DEM内插高程中误差(相对于高程点),具体做法是选取28个高程点不参加DEM建模,然后再根据所选取的点的(X,Y)坐标内插出这些点的高程Zk,设原图高程Z,则DEM相对于高程点的内插精度按下式统计[4]:第26卷第3期长江科学院院报Vol.26No.32009年3月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMar.2009σDEM=1n(Z-Zk)2。(1)2库容精度评定2.1传统库容计算方法过去水库库容曲线确定,是在库区地形图上采用求积仪量算出各级高程下的面积,进而计算出各级高程下的容积,从而得到库容曲线。具体计算步骤如下:相邻两等高线间的库容计算大多采用棱台公式Vt=h3(P1+P2+P1P2)。(2)式中:Vt为相邻两等高线间的库容;h为相邻两等高线间的高差;P1,P2为相邻两等高线各自包围的面积。水库的总库容V:V=V1+V2+V3+⋯+Vn=Σnt=1Vt。(3)将误差传播定律应用于(2)式,得到σ2V=h3×(σ2P1+σ2P2+σP1×σP2)。(4)式中:σV是计算...