高原无资料地区河道管理范围划定技术研究

河湖管理范围划定是加强河湖管理的重要基础性工作。该文以拉月曲上游段为例,以数字高程模型(DEM)为数据基础,采用ArcGIS软件对DEM进行地形信息提取,通过水文分析计算推求水面线,对水面线成果进行插值后提取插值栅格与DEM交线,结合人工修正方式最终确定河道管理范围线,为高原无资料地区河道的管理范围划定提供研究思路和技术支撑。     

基于ArcGIS的河道地形图高程数据质量检查

高程是描述河道数字化地形图的基础数据,其数据质量直接影响河道地形图的成果应用,因此河道数字化地形图的高程数据质量检查尤为重要。但在河道地形图生产过程中,由于地形数据量大且复杂,高程数据的质量检查与修改工作十分困难。以溪洛渡库区部分河道地形图为例,利用ArcGIS软件提取河道地形图中的高程数据,借助ArcGIS中的3D analyst工具建立河道数字高程模型,并对其分层设色;通过颜色对比,可以快速、准确地找到异常的点或线,高效完成河道地形图高程数据质量检查工作。     

基于GIS的黑龙江省多年平均降水量空间插值分析比较

以黑龙江省分辨率为90m的数字高程模型(DEM)的数据为基础,结合ArcGIS软件,分析黑龙江省83个气象站点1971—2018年的降水资料,采用克里金法(Kriging)、反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、全局多项式插值法(GPI)和趋势面法(TS)五种方法进行空间插值模拟.结果表明,黑龙江省年平均降水量东多西少,具有自边缘到中心逐渐增加的特征.西南部和西北部(漠河和北极村)的降水量大多在500mm以下,部分中部地区的降水量超过700mm.总体年平均降水量在400mm—700mm之间,大部分地区属于半湿润区.在该研究区域中,通过克里金指数模型插值方法获得结果的准确性优于其他插值方法.     

空间插值方法在锦州湾海水富营养化评价中的应用

采用空间插值和营养指数方程相结合的方法,对锦州湾海域海水富营养化状态进行评价.选择反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)和普通克里金(OK)三种插值方法及相应的关键参数,对2009年8月份锦州湾附近表层海水的高锰酸盐指数(COD)、无机氮(DIN)和无机磷(DIP)指标进行空间插值,通过交叉验证筛选出精度最高的插值方法.结果表明:(1)从插值精度上看,除了RBF法的薄盘样条(TPS)函数精度较低外,其余方法精度差别不显著;(2)从等值线图对空间变化趋势的表现效果上来看,OK法效果较好.最后利用OK法所得的插值结果评价锦州湾海水的富营养化状态,得出营养指数E≥1的海域面积占调查海域的2.4％,与传统的评价方法相比,所绘出的富营养化空间分布图可直观、准确地反映该海域的富营养化状况,为海水水质评价工作提供了新思路.     

ArcGIS与Surfer提取等深线的对比分析

介绍了利用ArcGIS与Surfer进行等深线提取的基本流程,从插值方法、地图整饰、白化处理与数据格式转换等几个关键技术出发,对ArcGIS与Surfer两个软件的等深线提取功能进行了对比分析,并比较了黄河口区域水深等值线的提取结果.结果表明:在相同插值方法与参数设置的情况下,ArcGIS与Surfer提取的等深线在空间分布上基本一致;两种软件各具特点,在实际应用中,应该根据具体情况选择使用软件.     

基于ArcGIS的边坡沉降分析及三维模拟

本文以贵州三板溪水电站边坡所获得的基础数据为例,结合三板溪水电站的边坡变形观测的工作实践,利用ArcGIS中的空间分析和三维分析模块,进行数据的综合处理和分析,通过采用反距离加权插值算法,生成DEM(数字高程模型)。在此基础上,生成三板溪水电站边坡的沉降等值线图、沉降三维模拟图。结果表明,以ArcGIS生成沉降曲线图的方法比传统方法更快捷、准确,沉降三维模拟图更直观和逼真,可及时、精确、高效地将沉降信息和变形情况反映给大坝监测中心,是一种快速、直观表达沉降观测成果的有效方法。     

降雨空间插值方法在东江流域的比较运用

利用东江流域46个站点的已知实测降雨量,运用基于ArcGIS的三种空间插值方法(IDW、Spline、Krige)选取不同数目雨量站对东江流域降雨量进行空间插值并检验插值结果的优劣。结果表明:三种插值方法的插值结果基本能反映流域降雨量的空间分布特征,IDW法更适合东江流域的降雨量空间插值;东江流域的降雨空间插值受已知降雨量站点数目大小影响,各站点降雨量空间插值精度因插值方法的选择而异。     

场次降雨空间插值方法对比研究

选用反距离加权法(IDW)、局部多项式法(LPI)、普通克里金法(OK)、经验贝叶斯克里金法(EBK)、协克里金法(CK)共5种方法,进行场次降雨空间插值效果对比研究。分析不同降雨量等级(12 h、24 h时段下小雨、中雨、大雨、暴雨)和时间尺度(场次、24 h、12 h、6 h、3 h、1 h)对空间插值精度的影响,确定不同情况下适用的场次降雨空间插值方法。以安徽屯溪流域为对象,对2010—2018年23个雨量站的汛期逐时降雨量进行了空间插值验证研究,结果表明：(1)随着降雨量等级的增大,各方法插值结果的精度均不断提升;(2)随着时间尺度的减小,降雨数据空间自相关性减弱,各方法插值效果逐渐变差;(3)整体而言,不同降雨量等级和时间尺度下,考虑高程因素的CK法插值效果最优,EBK法、LPI法次之,OK法和IDW法最差。研究认为,对屯溪这类山丘区流域的场次降雨空间插值问题,考虑高程因素影响的协克里金法更为适合。     

中国流域降水数据的空间插值方法评估

降水量的空间分布信息在水资源管理、旱涝灾害预测和可持续发展等研究领域具有重要价值。以中国1 915个气象站在1981～2010年间的平均降水量观测数据为基础,选取了反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、全局多项式法(GPI)、局部多项式法(LPI)、普通克里金法(Ordinary Kriging)、简单克里金法(Simple Kriging)、泛克里金法(Universal Kriging)以及经验贝叶斯克里金法(EBK)8种空间内插方法进行评估。研究依据DEM数据的流域分析结果,对我国三大流域的降水量进行区域插值,同时采用交叉验证方法,对中国范围整体插值精度以及分区后三大流域的插值精度分别进行了验证。结果表明:对全国范围内采用经验贝叶斯克里金插值法取得了较好的效果;三大流域中,对黄河流域采用泛克里金法最优,对长江流域采用普通克里金法最优,珠江流域采用径向基函数法最优。最后以流域内的城市为例进行验证,结果表明各流域的最优空间插值方法具备有效性和指导价值。     

基于地形修正的降水空间插值方法及其应用

获取精准的降水空间分布信息对于水资源管理和洪涝灾害预报预警具有重要意义。地形变化对降水空间分布有显著影响,然而传统的降水空间插值方法难以考虑这种影响。基于黄土高原气象站1988～2017年长序列降水观测数据和高精度地形数据,建立了综合考虑站点与插值目标网格的位置、高程及坡向关系的降水空间插值方法(Angular Distance Aspect Gradient Weighting method, ADAGW),并在黄土高原地区进行应用。结果表明：相较于传统空间插值方法,ADAGW方法能够更有效地捕捉复杂地形下的降水空间分布。该方法在日尺度、月尺度、年尺度上的空间插值结果的决定性系数(R²)和均方根误差(RMSE)均优于传统降水空间插值方法;地形对于降水分布的影响与时间尺度有关,当时间尺度较长时,地形因素对降水分布的影响更为明显。该方法考虑了高程及坡向对降水空间分布的影响,有助于获取更精准的面雨量分布。     

GIS技术在水力学模型构建中的应用

以无结构不规则网格水力学模型和ArcGIS软件为例,介绍了GIS技术在水力学模型构建的数据前处理中的应用,包括网格拓扑关系的建立、网格高程和建筑物面积属性提取、道路高程和宽度的提取、河道宽度及河段上下游关系提取等的方法和技巧,充分利用软件中的分析工具,避免了手工逐一提取存在的耗时和误差问题,为提高水力学模型构建效率和准确性提供了参考。     

多维线性插值方法的构建及应用

根据全国2010年607个气象站点的日降水量资料以及各站点平面分布与高程信息,构建了多维线性空间插值方法。在不同插值控制站点数目(n=4,8,12)情景下,分析了多维线性空间插值方法与反距离权重插值、样条插值和克里格插值法(球面模型和高斯模型)在我国年降水量空间插值中的应用情况。对比发现,不同的控制站点情境下,各种插值方法的插值结果差异显著,但随着控制站点数目的增加,各插值结果的差异性减小;多维线性插值方法在多种情景下都表现出较好的插值精度。     

河道湖泊地形的数字重构研究

以鄱阳湖实测地形散点、河道大断面及SRTM基础数据,结合遥感图像判断河道主流线、滩槽分界线,开发了由CAD格式河道大断面线性数据提取河道高程结点并转化为含地理信息高程结点的算法。采用正交网格曲线插值算法完成了河道断面曲面内插高程结点,重构了鄱阳湖流域湖泊及河道的数字地形。重构后的地形数据与实测数据相比较在河槽高程、形态及面积吻合较好;能满足在数字地球模型上进行三维仿真的需要,表明该方法的具有可行性和实用性。     

考虑高程的雨量反距离权重插值法研究

在普通反距离权重插值法的基础上,采用考虑高程的反距离权重插值法,在山区和山区、平原混合地形区分别进行了雨量插值。结果表明:1在山区,考虑高程的反距离权重插值法可明显提高插值精度,且搜索半径越小,插值越精确;2在山区、平原混合地形区,普通的反距离权重插值法精度较高,但是搜索半径变小时,误差也有一定减小;3通过贵州西部地区插值结果的对比,认为权重指数α=2时结果比较理想。     

四川省降水空间分布的插值分析

降水的空间分布特征是区域生态研究的重要内容,基于GIS的空间插值是获取降水分布特征的主要方法,以四川省49个气象站(其中15个为校验站点)2000~2007年的年平均降水量和四川省DEM为数据源,选取了反距离加权法(IDW)、普通克里金法(Ordinary Kriging,OK)和考虑高程、坡度、坡向的协克里金法(Co-Kriging,CK)3种空间内插方法,对四川省降水的最优空间插值方法的选取进行了探讨。结果表明:考虑高程、坡度、坡向的协克里金插值取得了较好的效果;四川省降水存在较大的空间变异性,有明显由东往西递减的趋势,最大降水量主要分布于东北部的达州、巴中地区以及东南部的乐山、雅安地区。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

稀疏样本下冬春季月平均气温空间插值研究——以新疆玛纳斯河流域为例

针对我国典型高寒山区——新疆天山中段玛纳斯河流域积雪-融雪过程模拟中气温空间数据的制备问题,以气象站点稀少的玛纳斯河流域为研究区域,利用最小二乘相关分析法开展了冬、春季(2015年11月-2016年4月)气温环境变量分析,通过共线性检测确定了纬度、海拔、坡度、坡向、NDVI 5个环境变量组成了最优因子集,构建了基于广义回归神经网络(GRNN)的月平均气温空间插值模型。采用区域内139个站点中的119个观测站点数据作为训练数据对GRNN模型进行训练,确定了冬、春季6个月的区域气温空间插值模型。利用剩余的20个观测站点数据作为检验样本,以均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)为评价指标,对模型的回归误差进行分析。结果表明:本模型6个月的平均RMSE值为1. 46,优于传统的地理加权回归克里金(GWRK)方法(其平均RMSE值为2. 22)。此外,从不同月份的气温空间插值分布图来看,本文模型空间插值后的气温变化趋势与实际变化趋势一致。从气温的空间分布情况来看,各空间点的气温与其海拔高程呈正相关,且随地表覆盖类型变化。这也表明本文提出的插值策略并组合建立的GRNN模型对于稀疏气象站点条件下的气温空间插值精度更高,一致性较好。     

基于ArcGIS土方量计算原理的挖填土方施工图绘制方法研究

利用ArcGIS软件良好的空间分析能力,通过数字高程模型DEM方法进行土石方工程土方量计算。基于ArcGIS土方量计算原理开展挖填土方施工图绘制方法研究,提出了挖填土方方格网施工图的绘制方法。结合长春四化桥景观工程实例,应用该方法进行了土方量计算和施工图绘制,为工程技术人员提供了一种准确、高效绘制挖填土方施工图的新思路。     

河道地形数据GIS入库方法

针对CAD河道地形数据的空间分析能力弱、使用范围窄等特点,采用GIS技术对CAD河道地形数据进行转换和入库。在数据转换和入库过程中对涉及的高程点数据获取、等高线高程确定、高程数据粗差探测等方面进行研究,实现了在少量人工质量控制的前提下高效率地将CAD河道地形数据向GIS数据自动转换与入库。该高程数据提取方法具有准确、快捷和实用的特点。     

基于PSO-CV算法的信息扩散插值模型及其在黄河源区的应用

根据有限的雨量站观测资料进行空间插值是探索降水空间特征的有效手段。介绍了一种基于信息扩散理论的空间插值模型,并在已有经验信息扩散插值模型的基础上,考虑其关键参数估计的不足,提出一种基于粒子群算法(PSO)与交叉验证(CV)相结合的最优信息扩散插值模型。以黄河源区为例,引入反距离加权法、普通克里金法、泛克里金法及考虑高程的协克里金法作为对比参照,分别从年、季、月和日4种时间尺度评价了信息扩散插值模型的插值效果。结果表明,整体来看最优信息扩散插值模型的精度最高,反距离加权法的精度最低,经验信息扩散插值模型与其他3种空间插值方法的精度差异不大,不同方法间的精度差异随着时间尺度的减小而减小。