一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，從邊界點角度出發(fā)，有效結(jié)合了點判別的特點，實現(xiàn)了快速判別流域內(nèi)數(shù)據(jù)點的目標(biāo)，并針對邊界點識別精度不高問題，提出加密算法，為分布式水文模型快速提取流域內(nèi)有效數(shù)據(jù)信息提供了支撐，大大節(jié)省了計算時間。本發(fā)明具有實施簡單、精度高、計算省時、操作性強等特點，是水文模型研究人員提取流域信息的理想方法，有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，屬于地球物理科學(xué)的水文分 支。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式水文模型用于預(yù)測流域內(nèi)水文情勢的空間分布，評價人類活動（水資源開 發(fā)利用、土地利用、面源污染等）的影響，為流域規(guī)劃與治理、水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供 支撐。而分布式水文模型需要用到高精度的流域內(nèi)地質(zhì)、地貌數(shù)據(jù)信息。
[0003] 如何提取流域內(nèi)地貌數(shù)據(jù)信息點與流域進行匹配，對計算效率具有重要的影響， 尤其對于大流域內(nèi)地質(zhì)、地貌數(shù)據(jù)信息的提取。傳統(tǒng)計算方法都是從點的角度出發(fā)，利用射 線法、夾角法來提取流域內(nèi)的點，理論簡單、實用，但這些方法需要對每一個點進行比較、計 算，計算量大，耗時耗力。另外還有從覆蓋矩陣邊界出發(fā)的掃描線法來判斷點的是否屬于流 域內(nèi)的點，該方法需要計算交點、對交點排序，存儲復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，利用邊 界信息來判斷點是否在流域內(nèi)，邊界上點相對于整個流域的信息點來說數(shù)量有限，計算量 大大減少。同時，在原數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上進行加密，提高了邊界點識別的精度。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，包括以下具體步驟：
[0007] 步驟1，基于流域邊界信息，確定一個覆蓋整個流域的矩陣范圍，提取該矩陣范圍 內(nèi)所覆蓋的數(shù)據(jù)信息，建立相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣；
[0008] 步驟2,基于步驟1中建立的數(shù)據(jù)矩陣，建立分辨率為數(shù)據(jù)矩陣N倍的初始化矩陣， 即數(shù)據(jù)矩陣中的每個像元點對應(yīng)初始化矩陣中的N*N矩陣；其中，N > 2 ;所述N的取值由 實際所需精度決定；
[0009] 步驟3,以流域邊界上的任意一點為起始點，順序判斷各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣 中的像元位置，對步驟2中建立初始化矩陣中的像元點進行插值，得到插值后的初始化矩 陣，具體為：
[0010] 301，判斷起始點所對應(yīng)的初始化矩陣中的像元位置；
[0011] 302,順序判斷其余各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣中的像元位置，對初始化矩陣中的 像元點進行插值，具體為：
[0012] A.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置相同，則不作 插值；
[0013] B.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置不在同一列， 則對當(dāng)前邊界點所在像元列、前一邊界點所在像元列、當(dāng)前和前一邊界點所對應(yīng)像元位置 的連線經(jīng)過的像元、矩陣的上邊界所包圍的范圍內(nèi)的所有像元點值均加1 ;其中，所述范圍 不包含最左側(cè)的像元列；
[0014] C.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置在同一列， 則：
[0015] a.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的上側(cè)，則不 作插值；
[0016] b.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的下側(cè)，則對 前一邊界點所對應(yīng)的像元位置到當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置之間的所有像元點值、當(dāng)前 邊界點所對應(yīng)的像元位置的像元點值均加1 ;
[0017] 步驟4,將步驟3中得到的插值后的初始化矩陣中所有像元點值除以2取余數(shù)，將 余數(shù)作為對應(yīng)像元點的像元值，得到新的初始化矩陣；
[0018] 步驟5,對步驟4中得到的新初始化矩陣進行重采樣，重采樣后的矩陣分辨率與數(shù) 據(jù)矩陣一致，其像元點值為所對應(yīng)新初始化矩陣中N*N矩陣中像元點值之和的1ΛΝ*Ν);
[0019] 步驟6,基于步驟5中的重采樣后的矩陣，根據(jù)矩陣中各像元點值的大小，判斷所 對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點是否在流域內(nèi)，具體為：
[0020] 若像元點值小于等于0.5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)；若像元點 值大于〇. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外；
[0021] 步驟7,根據(jù)步驟6中的判斷結(jié)果，若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)，則保留該點 對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息；若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外，則對該點的位置賦值為缺側(cè)數(shù)據(jù)；從 而完成流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的提取。
[0022] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，利用編程語言IDL實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息提取。
[0023] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述Ν的取值由實際所需精度決定。
[0024] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用邊界信息來判斷點是否在流域 內(nèi)，而不是數(shù)據(jù)點角度出發(fā)判斷每一數(shù)據(jù)點是否在流域邊界內(nèi)，邊界上點相對于整個流域 的信息點來說數(shù)量有限，計算量大大減少，節(jié)省計算時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0026] 下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0027] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、 "一個"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用 的措辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或 添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們 稱元件被"連接"或"耦接"到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以 存在中間元件。此外，這里使用的"連接"或"耦接"可以包括無線連接或耦接。這里使用 的措辭"和/或"包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0028] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括 技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。 還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文 中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
[0030] -種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，如圖1所示，包括以下具體步驟：
[0031] 步驟1，基于流域邊界信息，確定一個覆蓋整個流域的矩陣范圍，提取該矩陣范圍 內(nèi)所覆蓋的數(shù)據(jù)信息，建立相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣；
[0032] 步驟2,基于步驟1中建立的數(shù)據(jù)矩陣，建立分辨率為數(shù)據(jù)矩陣N倍的初始化矩陣， 即數(shù)據(jù)矩陣中的每個像元點對應(yīng)初始化矩陣中的N*N矩陣；其中，N > 2 ;所述N的取值由 實際所需精度決定；
[0033] 步驟3,以流域邊界上的任意一點為起始點，順序判斷各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣 中的像元位置，對步驟2中建立初始化矩陣中的像元點進行插值，得到插值后的初始化矩 陣，具體為：
[0034] 301，判斷起始點所對應(yīng)的初始化矩陣中的像元位置；
[0035] 302,順序判斷其余各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣中的像元位置，對初始化矩陣中的 像元點進行插值，具體為：
[0036] A.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置相同，則不作 插值；
[0037] B.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置不在同一列， 則對當(dāng)前邊界點所在像元列、前一邊界點所在像元列、當(dāng)前和前一邊界點所對應(yīng)像元位置 的連線經(jīng)過的像元、矩陣的上邊界所包圍的范圍內(nèi)的所有像元點值均加1 ;其中，所述范圍 不包含最左側(cè)的像元列；
[0038] C.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置在同一列， 則：
[0039] a.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的上側(cè)，則不 作插值；
[0040] b.若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的下側(cè)，則對 前一邊界點所對應(yīng)的像元位置到當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置之間的所有像元點值、當(dāng)前 邊界點所對應(yīng)的像元位置的像元點值均加1 ;
[0041] 步驟4,將步驟3中得到的插值后的初始化矩陣中所有像元點值除以2取余數(shù)，將 余數(shù)作為對應(yīng)像元點的像元值，得到新的初始化矩陣；
[0042] 步驟5,對步驟4中得到的新初始化矩陣進行重采樣，重采樣后的矩陣分辨率與數(shù) 據(jù)矩陣一致，其像元點值為所對應(yīng)新初始化矩陣中N*N矩陣中像元點值之和的1ΛΝ*Ν);
[0043] 步驟6,基于步驟5中的重采樣后的矩陣，根據(jù)矩陣中各像元點值的大小，判斷所 對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點是否在流域內(nèi)，具體為：
[0044] 若像元點值小于等于0. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)；若像元點 值大于〇. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外；
[0045] 步驟7,根據(jù)步驟6中的判斷結(jié)果，若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)，則保留該點 對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息；若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外，則對該點的位置賦值為缺側(cè)數(shù)據(jù)；從 而完成流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的提取。
[0046] 下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述，此實施例中具體針對珠 江流域、淮河王家壩流域進行數(shù)據(jù)提取。實施例中采用編程語言IDL，取N = 3倍的數(shù)據(jù)分 辨率進行加密，建立初始化矩陣。
[0047] 步驟1，利用流域邊界信息，確定流域的一個矩陣覆蓋范圍，利用該范圍提取矩陣 內(nèi)所覆蓋的地質(zhì)、地貌數(shù)據(jù)等信息，稱之為數(shù)據(jù)矩陣。
[0048] 步驟2,基于數(shù)據(jù)矩陣，利用編程語言IDL，選用分辨率為數(shù)據(jù)矩陣的3倍建立初始 化矩陣，即其像元大小為數(shù)據(jù)像元大小的1/3,數(shù)據(jù)矩陣中的像元對應(yīng)初始化矩陣?yán)锩嬉粋€ 3*3的小矩陣。
[0049] 步驟3,以流域邊界上的任意一點為起始點，順序判斷各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣 中的像元位置，對步驟2中建立初始化矩陣中的像元點進行插值，得到插值后的初始化矩 陣。
[0050] 步驟4,將步驟3中得到的插值后的初始化矩陣中所有像元點值除以2取余數(shù)，將 余數(shù)作為對應(yīng)像元點的像元值，得到新的初始化矩陣。
[0051] 步驟5,對步驟4中得到的新初始化矩陣進行重采樣，重采樣后的矩陣分辨率與數(shù) 據(jù)矩陣一致，其像元點值為所對應(yīng)新初始化矩陣中3*3矩陣中像元點值之和的1八3*3)。
[0052] 步驟6,基于步驟5中的重采樣后的矩陣，根據(jù)矩陣中各像元點值的大小，判斷所 對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點是否在流域內(nèi)，具體為：
[0053] 若像元點值小于等于0.5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)；若像元點 值大于〇. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外。
[0054] 步驟7,根據(jù)步驟6中的判斷結(jié)果，若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)，則保留該點 對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息；若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外，則對該點的位置賦值為缺側(cè)數(shù)據(jù)；從 而完成流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的提取。
[0055] 將采用本發(fā)明、基于點的識別方法進行數(shù)據(jù)信息提取所需的計算時間進行對比， 如表1所示。
[0056] 表1采用本發(fā)明、基于點的識別方法進行數(shù)據(jù)信息提取所需的計算時間
[0057]

【權(quán)利要求】
1. 一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，其特征在于，包括以下具體步驟： 步驟1，基于流域邊界信息，確定一個覆蓋整個流域的矩陣范圍，提取該矩陣范圍內(nèi)所 覆蓋的數(shù)據(jù)信息，建立相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣； 步驟2,基于步驟1中建立的數(shù)據(jù)矩陣，建立分辨率為數(shù)據(jù)矩陣N倍的初始化矩陣，即數(shù) 據(jù)矩陣中的每個像元點對應(yīng)初始化矩陣中的N*N矩陣；其中，N > 2 ; 步驟3,以流域邊界上的任意一點為起始點，順序判斷各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣中的 像元位置，對步驟2中建立初始化矩陣中的像元點進行插值，得到插值后的初始化矩陣； 步驟4,將步驟3中得到的插值后的初始化矩陣中所有像元點值除以2取余數(shù)，將余數(shù) 作為對應(yīng)像元點的像元值，得到新的初始化矩陣； 步驟5,對步驟4中得到的新初始化矩陣進行重采樣，重采樣后的矩陣分辨率與數(shù)據(jù)矩 陣一致，其像元點值為所對應(yīng)新初始化矩陣中N*N矩陣中像元點值之和的1/ (N*N); 步驟6,基于步驟5中的重采樣后的矩陣，根據(jù)矩陣中各像元點值的大小，判斷所對應(yīng) 數(shù)據(jù)矩陣中的點是否在流域內(nèi)，具體為： 若像元點值小于等于〇. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)；若像元點值大 于0. 5,則判斷對應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外； 步驟7,根據(jù)步驟6中的判斷結(jié)果，若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界內(nèi)，則保留該點對應(yīng) 的數(shù)據(jù)信息；若數(shù)據(jù)矩陣中的點在流域邊界外，則對該點的位置賦值為缺側(cè)數(shù)據(jù)；從而完 成流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的提取。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，其特征在于，步驟3中 所述對步驟2中建立初始化矩陣中的像元點進行插值，得到插值后的初始化矩陣，具體為： 301，判斷起始點所對應(yīng)的初始化矩陣中的像元位置； 302,順序判斷其余各邊界點所對應(yīng)初始化矩陣中的像元位置，對初始化矩陣中的像元 點進行插值，具體為： A. 若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置相同，則不作插 值； B. 若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置不在同一列，則對 當(dāng)前邊界點所在像元列、前一邊界點所在像元列、當(dāng)前和前一邊界點所對應(yīng)像元位置的連 線經(jīng)過的像元、矩陣的上邊界所包圍的范圍內(nèi)的所有像元點值均加1 ;其中，所述范圍不包 含最左側(cè)的像兀列； C. 若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置與前一邊界點所對應(yīng)的像元位置在同一列，則： a. 若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的上側(cè)，則不作插 值； b. 若當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置在前一邊界點所對應(yīng)的像元位置的下側(cè)，則對前一 邊界點所對應(yīng)的像元位置到當(dāng)前邊界點所對應(yīng)的像元位置之間的所有像元點值、當(dāng)前邊界 點所對應(yīng)的像元位置的像元點值均加1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，其特征在于，步驟1中 所述數(shù)據(jù)信息包括地質(zhì)、地貌數(shù)據(jù)信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，其特征在于，利用編 程語言IDL實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息提取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提取流域邊界內(nèi)數(shù)據(jù)信息的方法，其特征在于，所述N的 取值由實際所需精度決定。
【文檔編號】G06F19/00GK104091051SQ201410291125
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】劉京京, 吳志勇, 何海, 董亮, 林青霞, 徐華亭 申請人:河海大學(xué)