專(zhuān)利名稱(chēng)：一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水資源管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與濕地恢復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種描述 濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法，特別是基于可視化技術(shù)的濕地生態(tài)系統(tǒng)管理決 策支持與濕地生態(tài)水文科普教育。
背景技術(shù)：
近年來(lái)濕地的保護(hù)與恢復(fù)成為改善生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要途徑，而在具體的實(shí)施過(guò) 程中需要了解濕地植被的生態(tài)水文響應(yīng)。傳統(tǒng)的方法從模型、統(tǒng)計(jì)的角度分析生態(tài)水文響 應(yīng)，預(yù)測(cè)水文環(huán)境對(duì)濕地植被的生理生態(tài)影響。傳統(tǒng)的方法輸出結(jié)果表現(xiàn)為數(shù)字或二維尺 度的圖件，缺乏形象的描述。一些動(dòng)畫(huà)技術(shù)雖然具備可視化的形式卻缺乏定量的生態(tài)水文 響應(yīng)機(jī)理，無(wú)法提供具有明確物理意義的描述。因此有必要開(kāi)發(fā)出一種新型實(shí)用的方法，綜合生態(tài)水文響應(yīng)機(jī)理與三維可視化表 現(xiàn)形式，對(duì)濕地植被的生態(tài)水文響應(yīng)進(jìn)行三維可視化表達(dá)。特別是對(duì)于一些不具備專(zhuān)業(yè)知 識(shí)的決策者和中小學(xué)生來(lái)說(shuō)，定量的、三維的、可視化的濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)描述將更有 助于他們理解水文環(huán)境對(duì)濕地植被的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于通過(guò)三維可視化的形式準(zhǔn)確地描述 濕地植被的生態(tài)水文響應(yīng)，解決當(dāng)前方法在描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)時(shí)無(wú)法兼顧定量化 與形象化的問(wèn)題，為此，本發(fā)明提供一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置及 方法。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明的第一方面是提供一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三 維可視化裝置，該裝置的技術(shù)方案包括輸入模塊、紋理編輯模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、控制模塊、三維 可視化計(jì)算模塊和顯示模塊，其中數(shù)據(jù)庫(kù)與輸入模塊連接，數(shù)據(jù)庫(kù)接收輸入模塊輸出的地物分布數(shù)據(jù)，并以二進(jìn)制 的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；輸入模塊對(duì)地物分布數(shù)據(jù)中的地下水埋深的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里 金方法(DK)插值，生成與數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小、范圍一致的地下水埋深格網(wǎng)；輸入模塊 通過(guò)基于數(shù)字高程模型的洪水淹沒(méi)模擬，利用洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有源淹沒(méi) 情況下的地表水深；紋理編輯模塊和控制模塊分別與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，紋理編輯模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)接收地物分 布數(shù)據(jù)并存入三維可視化計(jì)算模塊，對(duì)植被紋理進(jìn)行編輯，生成并輸出植被紋理數(shù)據(jù)；控制 模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)提取生態(tài)水文模型，并通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)模型編輯，生成并輸出生態(tài)水文模 型的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)接收并建立植被紋理數(shù)據(jù)和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息；所述生態(tài)水文模 型形式表現(xiàn)為:H = f (gwd, swd, GffDi, SffDi, Hi) ；D = f (gwd, swd, GffDi, SffDi, Di)，其中 H、D 分別表示植被高度和群落密度，gwd、swd為當(dāng)前環(huán)境下的地下水埋深和地表水深，GWDpSWDi 為第i種情況下的地下水埋深和地表水深，Hi, Di為該i種情況下的植被高度和群落密度；對(duì)選擇的不同植被建立模型數(shù)組，模型編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序一致羅三維可視化計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，三維可視化計(jì)算模塊接收植被紋理和生態(tài)水 文模型的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行柵格計(jì)算，生成并輸出每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型、植被高度以及 該群落的植被密度；顯示模塊與三維可視化計(jì)算模塊連接，顯示模塊根據(jù)三維可視化計(jì)算模塊輸出的 植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度進(jìn)行植被三維可視化。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明的第二方面是提供使用描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三 維可視化裝置的三維可視化方法，該方法的步驟如下步驟Sl 以文件的形式讀入數(shù)字高程模型、地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)、植被分布矢量 數(shù)據(jù)；對(duì)地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里金方法(DK)插值，生成與數(shù)字高程模型網(wǎng)格大 小、格網(wǎng)范圍一致的地下水埋深格網(wǎng)；利用洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有源淹沒(méi)情 況下的洪水淹沒(méi)范圍和地表水深；步驟S2 根據(jù)植被分布矢量數(shù)據(jù)，建立植被分布矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟S3 從數(shù)據(jù)庫(kù)中選定需要建立生態(tài)水文模型的植被，根據(jù)所選擇植被在不同 地下水埋深、地表水深情況下的植被高度、群落密度建立其生態(tài)水文模型；步驟S4 從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇需要三維可視化的植被，然后通過(guò)文件的形式為各種植 被選擇其對(duì)應(yīng)的紋理圖像，建立紋理數(shù)組，紋理編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序一致；利用 Adobe Photoshop軟件對(duì)紋理圖像進(jìn)行處理，然后輸出為位圖格式的紋理數(shù)據(jù)；步驟S5 首先建立需要三維可視化的植被編號(hào)數(shù)組，植被編號(hào)與其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的 順序一致，并結(jié)合植被分布矢量數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字高程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)與植被分布范圍進(jìn)行拓?fù)?分析，獲得拓?fù)浞治鼋Y(jié)果，則根據(jù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果判斷數(shù)字高程模型上每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被 編號(hào)，如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為當(dāng)前植 被編號(hào)，如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為0 ； 然后遍歷數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，對(duì)植被類(lèi)型屬性不為0的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)水文 響應(yīng)計(jì)算根據(jù)該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到該結(jié)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被編號(hào)和生態(tài)水文模 型，利用生態(tài)水文模型判斷該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)地下水埋深與地表水深符合此模型的第幾種水文情 況，并由此得到該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度；步驟S6 根據(jù)上述得到的數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度， 利用紋理繪制技術(shù)進(jìn)行三維可視化，首先根據(jù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到它的植被編號(hào) 和紋理編號(hào)，并利用植被高度表示紋理大小、群落密度表示格網(wǎng)密度；然后根據(jù)格網(wǎng)密度在 數(shù)字高程模型網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理繪制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置及方法，以便綜合 濕地植被生態(tài)水文模型與三維可視化表現(xiàn)形式，提供定量的、三維的、可視化的濕地植被生 態(tài)水文響應(yīng)描述。本發(fā)明的特征在于將濕地植被生態(tài)水文模型與三維可視化表現(xiàn)形式相結(jié) 合，實(shí)現(xiàn)了濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化描述。本發(fā)明技術(shù)可以根據(jù)二維的植被分 布矢量數(shù)據(jù)得到不同地下水埋深、地表水深環(huán)境下的植被個(gè)體高度、群落密度的植被三維 可視化。(1)通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)了多種類(lèi)型植被對(duì)于地下水埋深、地表水深的響應(yīng)建模，使
6得植被生態(tài)水文響應(yīng)具有明確的物理意義。(2)通過(guò)三維可視化計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了多種類(lèi)型植被的生態(tài)水文響應(yīng)與三維可視化 視覺(jué)效果的關(guān)聯(lián)，使得植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化可以定量化。(3)通過(guò)顯示模塊實(shí)現(xiàn)了地下水埋深、地表水深對(duì)多種類(lèi)型植被影響的三維表達(dá)， 使得植被生態(tài)水文響應(yīng)具有三維的可視化表現(xiàn)形式。(4)通過(guò)雙克里金方法(DK)克服了濕地區(qū)域鉆孔數(shù)量少而引起的地下水埋深插 值效果差的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置示意圖。圖2是本發(fā)明的描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1示出本發(fā)明一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置，實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明裝置在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，所需的基本的硬件條件為一臺(tái)主頻為1. 66GHz,內(nèi)存為512M的計(jì) 算機(jī)；所需軟件條件為MiCrOSOftViSual C++6. 0編程環(huán)境。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)包括輸入 模塊1、紋理編輯模塊2、數(shù)據(jù)庫(kù)3、控制模塊4、三維可視化計(jì)算模塊5和顯示模塊6，其中數(shù)據(jù)庫(kù)3與輸入模塊1連接，數(shù)據(jù)庫(kù)3接收輸入模塊1輸出的地物分布矢量數(shù)據(jù)， 并以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)3中。輸入模塊1對(duì)地物分布數(shù)據(jù)中的地下水埋深的鉆孔 數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里金方法(DK)插值，生成與數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小、范圍一致的地下水埋深 格網(wǎng)；輸入模塊1通過(guò)基于數(shù)字高程模型的洪水淹沒(méi)模擬，模擬無(wú)源或有源情況下的洪水 淹沒(méi)范圍和水深；紋理編輯模塊2和控制模塊4分別與數(shù)據(jù)庫(kù)3連接，紋理編輯模塊2從數(shù)據(jù)庫(kù)3接 收通過(guò)Microsoft sqlserver 2000存儲(chǔ)的地物分布矢量數(shù)據(jù)(shapefile格式文件)并存 入三維可視化計(jì)算模塊5，對(duì)植被紋理進(jìn)行編輯，生成并輸出植被紋理數(shù)據(jù)；控制模塊4從 數(shù)據(jù)庫(kù)3接收生態(tài)水文模型，并通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)模型編輯，生成并輸出生態(tài)水文模型數(shù) 據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)3接收植被紋理數(shù)據(jù)和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)，建立植被紋理和生態(tài)水文的數(shù)據(jù) fn息ο三維可視化計(jì)算模塊5與數(shù)據(jù)庫(kù)3連接，三維可視化計(jì)算模塊5接收植被紋理和 生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行柵格計(jì)算，生成并輸出每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型、植被高 度以及該群落的植被密度。顯示模塊6與三維可視化計(jì)算模塊5連接，顯示模塊6根據(jù)三維可視化計(jì)算模塊 5輸出的植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度進(jìn)行植被三維可視化。輸入模塊1的地物分布矢量數(shù)據(jù)包括水文環(huán)境、植被分布、地形三部分，其中所述水文環(huán)境是地下水埋深和地表水深，所述地下水埋深的具體表現(xiàn)形式為點(diǎn)坐 標(biāo)(X，ι, ζ)，分別表示橫坐標(biāo)X、縱坐標(biāo)y和地下水埋深Z ；所述地表水深具體表現(xiàn)形式點(diǎn)坐 標(biāo)(χ，y, ζ)，分別表示橫坐標(biāo)χ、縱坐標(biāo)y和ζ值表示地表水深。
所述植被分布是某一種類(lèi)型植被的空間分布范圍，為shapefile格式數(shù)據(jù)。所述地形是數(shù)字高程模型(DEM)，為ArcGIS的二進(jìn)制格式規(guī)則格網(wǎng)柵格數(shù)據(jù)。水 文環(huán)境的地表水深通過(guò)洪水淹沒(méi)模型模擬得到；針對(duì)濕地區(qū)域鉆孔數(shù)量比較少的特點(diǎn)，本 發(fā)明通過(guò)對(duì)離散鉆孔的水位埋深進(jìn)行雙克里金(Double Kriging，簡(jiǎn)稱(chēng)DK)插值，得到數(shù)字 高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的地下水埋深。地形數(shù)據(jù)來(lái)源于相關(guān)數(shù)據(jù)中心或部門(mén)。圖2是本發(fā)明的描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法的流程圖，按照?qǐng)D 2的步驟描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的步驟如下步驟Sl 以文件的形式讀入數(shù)字高程模型、地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)、植被分布矢量 數(shù)據(jù)。對(duì)地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里金方法(DoubleKriging，簡(jiǎn)稱(chēng)DK)插值，生成與 DEM網(wǎng)格大小、格網(wǎng)范圍一致的地下水埋深格網(wǎng)，利用洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有 源淹沒(méi)情況下的洪水淹沒(méi)范圍和地表水深。所述DK插值方法先利用現(xiàn)有技術(shù)的克里金 (Kriging)，以鉆孔地下水埋深數(shù)據(jù)為觀測(cè)數(shù)據(jù)，插值生成與數(shù)字高程模型范圍一致、網(wǎng)格 大小為5倍的地下水埋深格網(wǎng)；然后再次利用現(xiàn)有技術(shù)的克里金，以地下水埋深網(wǎng)格結(jié)點(diǎn) 為觀測(cè)數(shù)據(jù)，插值生成與數(shù)字高程模型范圍一致、網(wǎng)格大小一致的地下水埋深格網(wǎng)。通過(guò)基 于數(shù)字高程模型的洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)(降水)或有源淹沒(méi)(潰壩)情況下的 洪水淹沒(méi)范圍、地表水深。無(wú)源淹沒(méi)通過(guò)比較數(shù)字高程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)高程Ztl與洪水高程 Z1來(lái)確定，如果Ztl ^ Z1則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不淹沒(méi)，反之Z1 ^ Z0則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)淹沒(méi)并且該網(wǎng)格結(jié) 點(diǎn)的地表水深SZ1-Ztlt5有源淹沒(méi)通過(guò)種子蔓延算法實(shí)現(xiàn)步驟如下對(duì)于一個(gè)給定的洪水淹 沒(méi)起始網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，然后利用種子蔓延算法找出DEM上所有淹沒(méi) 網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)并計(jì)算地表水深Z1-Ztl，所述模擬無(wú)源為降水，所述模擬有源為潰壩。步驟S2 根據(jù)步驟Sl讀入的植被分布矢量數(shù)據(jù)(shapefile格式數(shù)據(jù))，建立植被 分布矢量數(shù)據(jù)的Microsoft sqlserver 2000數(shù)據(jù)庫(kù)3。步驟S3 從數(shù)據(jù)庫(kù)3中選定需要建立生態(tài)水文模型的植被(可以多選)，根據(jù)所選 擇植被在不同地下水埋深、地表水深情況下的植被高度、群落密度建立其生態(tài)水文模型。生 態(tài)水文模型形式表現(xiàn)為=H = f(gwd, swd, GffDi, SffDi, Hi) ；D = f(gwd, swd, GffDi, SffDi, Di)， 其中H、D分別表示植被高度和群落密度，gwcUswd為當(dāng)前環(huán)境下的地下水埋深和地表水深， GffDi, SffDi為第i種情況下的地下水埋深和地表水深，Hi, Di為該種情況下的植被蓋度和群 落密度。某種植被在不同情況(如，生長(zhǎng)狀況好、一般、差)下的水文環(huán)境及其對(duì)應(yīng)的植被 狀況可以通過(guò)野外調(diào)查或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)得到。對(duì)選擇的不同植被建立模型數(shù)組，模型編號(hào) 與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)3中的順序一致。步驟S4 從數(shù)據(jù)庫(kù)3中選擇需要三維可視化的植被(可以多選)，然后通過(guò)文件的 形式為各種植被選擇其對(duì)應(yīng)的紋理圖像，建立紋理數(shù)組，紋理編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順 序一致。利用Adobe Photoshop軟件對(duì)紋理圖像進(jìn)行處理，然后輸出為位圖格式的紋理數(shù) 據(jù)，所述紋理圖像是普通植被照片。步驟S5 首先建立需要三維可視化的植被編號(hào)數(shù)組，植被編號(hào)與其在數(shù)據(jù)庫(kù)3中 的順序一致，并結(jié)合植被分布的矢量數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字高程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)與植被分布范圍進(jìn)行 拓?fù)浞治?，獲得拓?fù)浞治鼋Y(jié)果，則根據(jù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果判斷DEM上每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被編號(hào)， 如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為當(dāng)前植被編 號(hào)，如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為0。然后遍歷數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，對(duì)植被類(lèi)型屬性不為0的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)水文響應(yīng) 計(jì)算根據(jù)該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被編號(hào)和生態(tài)水文模型，利用 生態(tài)水文模型判斷該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)地下水埋深與地表水深符合此模型的第幾種水文情況，并由 此得到該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度。步驟S6 根據(jù)上述得到的數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度， 利用紋理繪制技術(shù)進(jìn)行三維可視化。首先根據(jù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到它的植被編號(hào) 和紋理編號(hào)，并利用植被高度表示紋理大小、群落密度表示格網(wǎng)密度。然后根據(jù)格網(wǎng)密度在 數(shù)字高程模型結(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理繪制。所述群落是植被分布圖上各個(gè)多邊形所包含的范圍，格 網(wǎng)密度通過(guò)群落內(nèi)的數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小來(lái)控制。例如，當(dāng)群落密度為50%時(shí)，紋理繪制 時(shí)的數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小是原始大小的1/0. 5 = 2倍。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置，其特征在于該裝置的技術(shù)方案包括輸入模塊、紋理編輯模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)水文模型控制模塊、三維可視化計(jì)算模塊和顯示模塊，其中數(shù)據(jù)庫(kù)與輸入模塊連接，數(shù)據(jù)庫(kù)接收輸入模塊輸出的地物分布數(shù)據(jù)，并以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；輸入模塊對(duì)地物分布數(shù)據(jù)中的地下水埋深的鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里金方法(DK)插值，生成與數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小、范圍一致的地下水埋深格網(wǎng)；輸入模塊通過(guò)基于數(shù)字高程模型的洪水淹沒(méi)模擬，利用洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有源淹沒(méi)情況下的地表水深；紋理編輯模塊和控制模塊分別與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，紋理編輯模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)接收地物分布數(shù)據(jù)并存入三維可視化計(jì)算模塊，對(duì)植被紋理進(jìn)行編輯，生成并輸出植被紋理數(shù)據(jù)；控制模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)提取生態(tài)水文模型，并通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)模型編輯，生成并輸出生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)接收并建立植被紋理數(shù)據(jù)和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息；所述生態(tài)水文模型形式表現(xiàn)為H＝f(gwd，swd，GWDi，SWDi，Hi)；D＝f(gwd，swd，GWDi，SWDi，Di)，其中H、D分別表示植被高度和群落密度，gwd、swd為當(dāng)前環(huán)境下的地下水埋深和地表水深，GWDi、SWDi為第i種情況下的地下水埋深和地表水深，Hi、Di為該i種情況下的植被高度和群落密度；對(duì)選擇的不同植被建立模型數(shù)組，模型編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序一致；三維可視化計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，三維可視化計(jì)算模塊接收植被紋理和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行柵格計(jì)算，生成并輸出每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度；顯示模塊與三維可視化計(jì)算模塊連接，顯示模塊根據(jù)三維可視化計(jì)算模塊輸出的植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度進(jìn)行植被三維可視化。
2.如權(quán)利要求1所述的三維可視化裝置，其特征在于輸入模塊的地物分布數(shù)據(jù)包括 水文環(huán)境、植被分布、地形三部分，其中所述水文環(huán)境是地下水埋深和地表水深，所述地下水埋深的具體表現(xiàn)形式為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)(X，1，ζ)，分別表示橫坐標(biāo)χ、縱坐標(biāo)y和地下水埋深ζ ；所述地表水深具體表現(xiàn)形式為 網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(X，1，ζ)，分別表示橫坐標(biāo)χ、縱坐標(biāo)y和ζ值表示地表水深；所述植被分布是某一種類(lèi)型植被的空間分布范圍，為shapefile格式矢量數(shù)據(jù)；所述地形是數(shù)字高程模型，為ArcGIS的二進(jìn)制格式規(guī)則格網(wǎng)柵格數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的三維可視化裝置，其特征在于所述無(wú)源淹沒(méi)通過(guò)比較數(shù)字高 程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)高程Ztl與洪水高程Z1來(lái)確定，如果Ztl ^ Z1則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不淹沒(méi)，反之 Z1彡Z0則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)淹沒(méi)并且該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的地表水深為Z1-Zc^
4.如權(quán)利要求2所述的三維可視化裝置，其特征在于所述有源淹沒(méi)通過(guò)種子蔓延算 法實(shí)現(xiàn)步驟如下對(duì)于一個(gè)給定的洪水淹沒(méi)起始網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，然后 利用種子蔓延算法找出數(shù)字高程模型上所有淹沒(méi)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)并計(jì)算地表水深Z1-Ztlt5
5.如權(quán)利要求2所述的三維可視化裝置，其特征在于所述雙克里金方法插值是利用 克里金(Kriging)，以鉆孔地下水埋深數(shù)據(jù)為觀測(cè)數(shù)據(jù)，插值生成與數(shù)字高程模型范圍一 致、網(wǎng)格大小為5倍的地下水埋深格網(wǎng)；然后再次利用克里金，以地下水埋深格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)為觀 測(cè)數(shù)據(jù)，插值生成與數(shù)字高程模型范圍一致、網(wǎng)格大小一致的地下水埋深格網(wǎng)。
6.一種使用權(quán)利要求1所述描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置的三維可視化方法，其特征在于該描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法的步驟如下所 述步驟Sl 以文件的形式讀入數(shù)字高程模型、地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)、植被分布矢量數(shù)據(jù)； 對(duì)地下水埋深鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行雙克里金方法(DK)插值，生成與數(shù)字高程模型網(wǎng)格大小、格網(wǎng) 范圍一致的地下水埋深格網(wǎng)；利用洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有源淹沒(méi)情況下的洪 水淹沒(méi)范圍和地表水深；步驟S2 根據(jù)植被分布矢量數(shù)據(jù)，建立植被分布矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟S3 從數(shù)據(jù)庫(kù)中選定需要建立生態(tài)水文模型的植被，根據(jù)所選擇植被在不同地下 水埋深、地表水深情況下的植被高度、群落密度建立其生態(tài)水文模型；步驟S4 從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇需要三維可視化的植被，然后通過(guò)文件的形式為各種植被選 擇其對(duì)應(yīng)的紋理圖像，建立紋理數(shù)組，紋理編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序一致；利用Adobe Photoshop軟件對(duì)紋理圖像進(jìn)行處理，然后輸出為位圖格式的紋理數(shù)據(jù)；1步驟S5 首先建立需要三維可視化的植被編號(hào)數(shù)組，植被編號(hào)與其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序 一致，并結(jié)合植被分布矢量數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字高程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)與植被分布范圍進(jìn)行拓?fù)浞?析，獲得拓?fù)浞治鼋Y(jié)果，則根據(jù)拓?fù)浞治鼋Y(jié)果判斷數(shù)字高程模型上每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被編 號(hào)，如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為當(dāng)前植被 編號(hào)，如果網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不在當(dāng)前植被分布范圍內(nèi)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性賦值為0 ；然 后遍歷數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，對(duì)植被類(lèi)型屬性不為0的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)水文響 應(yīng)計(jì)算根據(jù)該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到該結(jié)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被編號(hào)和生態(tài)水文模型， 利用生態(tài)水文模型判斷該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)地下水埋深與地表水深符合此模型的第幾種水文情況， 并由此得到該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度；步驟S6 根據(jù)上述得到的數(shù)字高程模型上所有網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被高度和群落密度，利用 紋理繪制技術(shù)進(jìn)行三維可視化，首先根據(jù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型屬性得到它的植被編號(hào)和紋 理編號(hào)，并利用植被高度表示紋理大小、群落密度表示格網(wǎng)密度；然后根據(jù)格網(wǎng)密度在數(shù)字 高程模型網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理繪制。
7.如權(quán)利要求6所述的描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法，其特征在于 輸入模塊的雙克里金方法(DK)插值是利用克里金，以鉆孔地下水埋深數(shù)據(jù)為觀測(cè)數(shù)據(jù)，插 值生成與數(shù)字高程模型范圍一致、網(wǎng)格大小為5倍的地下水埋深格網(wǎng)；然后再次利用克里 金，以地下水埋深網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)為觀測(cè)數(shù)據(jù)，插值生成與數(shù)字高程模型范圍一致、網(wǎng)格大小一致 的地下水埋深格網(wǎng)。
8.如權(quán)利要求6所述的描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法，其特征在于 通過(guò)基于數(shù)字高程模型的洪水淹沒(méi)模型模擬得到無(wú)源淹沒(méi)或有源淹沒(méi)情況下的洪水淹沒(méi) 范圍和地表水深；無(wú)源淹沒(méi)通過(guò)比較數(shù)字高程模型上網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)高程Ztl與洪水高程Z1來(lái)確 定，如果Ztl ^ Z1則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)不淹沒(méi)，反之Z1 ^ Ztl則該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)淹沒(méi)并且該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的地 表水深為Z1-Ztl ；有源淹沒(méi)通過(guò)種子蔓延算法實(shí)現(xiàn)步驟如下對(duì)于一個(gè)給定的洪水淹沒(méi)起始 網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，把該網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)作為種子點(diǎn)，然后利用種子蔓延算法找出數(shù)字高程模型上所有淹 沒(méi)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)并計(jì)算地表水深Z1-Ztlt5
9.如權(quán)利要求6所述的描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化方法，其特征在于 所述生態(tài)水文模型形式表現(xiàn)為=H = f(gwd, SwdjGffDi, SffDi, Hi) ；D = f (gwd, swd, GffDi, SffDi,Di)，其中H、D分別表示植被高度和群落密度，gwd, swd為當(dāng)前環(huán)境下的地下水埋深和地表 水深，GWDpSWDi為第i種情況下的地下水埋深和地表水深，HpDi為該i種情況下的植被蓋 度和群落密度；對(duì)選擇的不同植被建立模型數(shù)組，模型編號(hào)與植被在數(shù)據(jù)庫(kù)中的順序一致。
全文摘要
一種描述濕地植被生態(tài)水文響應(yīng)的三維可視化裝置及方法，數(shù)據(jù)庫(kù)與輸入模塊連接接收并存儲(chǔ)地物分布數(shù)據(jù)；紋理編輯模塊和生態(tài)水文模型控制模塊分別與數(shù)據(jù)庫(kù)連接接收地物分布數(shù)據(jù)并存入三維可視化計(jì)算模塊，生成并輸出植被紋理數(shù)據(jù)；生態(tài)水文模型控制模塊接收生態(tài)水文模型，生成并輸出生態(tài)水文模型數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)接收植被紋理數(shù)據(jù)和生態(tài)水文模型數(shù)據(jù)，建立植被紋理和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息；三維可視化計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，接收植被紋理和生態(tài)水文模型的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行柵格計(jì)算，生成并輸出每個(gè)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度；顯示模塊與三維可視化計(jì)算模塊連接，對(duì)植被類(lèi)型、植被高度以及該群落的植被密度進(jìn)行植被三維可視化。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101916397SQ201010223350
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者周德民, 宮輝力, 李小娟, 潘云 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)