建立三维地形模型的方法研究——利用梯度的离散点插值

着重于离散点插值方法的研究，通过多面函数法和最小二乘法来阐明地形高程插值中如何利用梯度来改进插值方法，提高插值精度；并对地形软件开发中的若干问题提出了一些看法     

四阶带参Hermite河道重建方法及应用研究

二维洪水演进模拟需要高精度地形资料来提高计算的准确性,但河道水下地形不易获取。为解决此难题,该文提出一种利用有限河道断面地形资料来构建整体河道地形的方法。四阶Hermite带参插值通过对参数的调节使相邻插值断面间河道走势更接近原始流域,并用该法构建了王茂沟流域沟道地形,对三百年一遇的场次洪水过程进行了模拟。通过对比四阶Hermite带参插值和已有的三阶Hermite插值构建地形的误差和水动力学模型对应的模拟结果,表明四阶Hermite带参插值的地形精度可提高15%,洪水模拟结果精度至少能提高18.5%,证实了所提出的方法能更为合理地进行河道地形的构建,对研究资料短缺地区的水文水动力过程有着重要的意义。     

钱塘江江道水下地形冲淤分析研究

基于钱塘江基础空间地理信息数据与管理系统,通过Kriging法、反距离加权法等插值方法对钱塘江水下江道地形断面测点数据进行处理与对比分析,选择相应合理的插值方法,构建钱塘江水下江道地形。对于不同时段测点数值,建立时空数据分析、空间地形求差,建立水下冲淤分析模型,科学地掌握钱塘江水下江道地形在钱塘江洪(潮)作用下的地形变化数值与变化规律。     

非连续河道地形插值方法的比选

针对在许多河道水动力及水环境模拟计算过程中仅有一定间距下的断面地形数据的实际情形,以黄浦江为例,分别采用三角网格法、反距离权重法和克里金法3种方法对强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道的水下地形进行插值,以对比分析3种方法的适应性。结果表明,对于强弯段、干支流交汇处及复式分汊河道等地形起伏变化较大区域,三角网格法会造成插值结果不稳定,误差及波动大,未能反映部分地形起伏实际情况,反距离权重法可能出现"牛眼"现象,克里金法表现出较好的适应性;在减少测量断面时,克里金法的插值结果误差最小,强健性较好;将3种插值方法获得的黄浦江全河段插值地形用于整体潮位计算,克里金法计算精度最高。     

基于正交试验选优的湖底地形分区插值方法

为降低湖底高程采样点变异较大对插值计算的影响,获得精度较高的湖底地形,将高程采样点变异程度对插值的影响引入普通的反距离加权插值法中,提出了考虑高程采样点变异程度的湖泊地形分区插值方法。通过正交试验优化方法,得到各分区反距离最优幂值。以太湖为研究实例,对比了几种插值方法对太湖湖底地形的插值效果。结果表明分区域反距离加权插值法具有良好的适应性:在高程方面,经实测验证,其均方根误差最小;在库容方面,该方法与克里金法、反距离加权插值法、自然邻域法相比,平均相对误差分别减少0.97%、0.90%、1.37%,插值效果明显更优。因此,在湖泊地形起伏较大情况下,分区域反距离加权插值法能够获得较高精度的湖底形态,可用于不同类型的湖底地形插值计算。     

新安江流域降雨量空间插值方法和参数筛选

选取新安江流域48个雨量站点2000-2010年的降雨量数据以及地理地形资料,利用反距离权重(IDW)、径向基函数(RBF)、普通克里金(OK)和残差克里金(RK)方法进行插值,根据交叉验证结果筛选最佳的方法和参数.结果表明:年尺度上,考虑高程、纬度等地形因子影响的RK方法插值精度最高,然后是IDW,OK和RBF;邻近站点的搜索策略对IDW插值精度影响较大;考虑各向异性的OK法插值精度较高,模型之间的差别不大.月尺度上,IDW法对降雨量丰富的月份插值精度较高;RBF对降雨较少且分布均匀的月份插值效果好;数据越符合正态分布,OK法的插值精度越高;RK方法则适用于降雨与地理因素相关性好的月份.     

基于MOS的精细化风速图谱快速生成方法

针对风电场前期规划阶段对风能资源分布情况的需求，提出了一种适用于平坦地形风速图谱快速生成的方法。以山东省风电重点开发区域潍坊市、滨州市和东营市为研究区域，利用Global Wind Atlas(GWA)提供的矢量化年平均风速模拟数据和收集到的测风塔实测风速，建立线性模式输出统计(简称MOS)模型。采用最小二乘法、反距离权重(IDW)插值和普通克里金(Kriging)插值3种方法对研究区域100 m高度GWA风速图谱进行订正。结果表明：(1)3种订正方法中最小二乘法和普通Kriging插值订正效果较优；(2)与原GWA风速图谱相比，订正后的风速更接近实测风速，订正方法有效提高了风速图谱的整体精度。该方法实现便捷，可以较好的体现区域内风速的空间分布情况，适用于平坦地形风能资源的研究与评估，可为工程规划、设计提供参考。     

插值方法对河道数字水深模型精度的影响

由于多波束系统的局限性,越来越多的浅水作业开始利用单波束离散水深点数据构建数字水深模型.为确定更适合测区数字水深模型构建的插值方法,选取了选用样条函数法、反距离加权插值法、克里金插值法、自然邻域法四种空间插值方法,利用松花江河道的3个试验区的进行试验,结果表明,样条函数法能够更多地保留地形信息,同时具有更高的插值精度和...     

薄膜法进行河道地形等值线仿真

利用地形、薄膜、弹性网、有限元数值模型，针对河道地形控制断面的特点提出了地形等值线的有限元仿真方法，其具有概念明确、编制程序简单、绘制的图形更精确等特点，利用该方法确定的河道地形比较自然，比一般插值方法更接近河道的真实情况．另外，还讨论了汊道、垂直陡岩等特殊地形的网格化处理方法．     

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。     

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。     

不同空间插值方法在沈阳地区降水插值的对比分析

分别采用反距离加权和克里金插值方法对沈阳地区降水量空间插值进行对比分析。研究结果表明：反距离加权由于考虑降雨插值点之间地形影响,总体降雨插值精度好于克里金方法,更适用于辽宁中部城市地区降雨空间插值计算。     

考虑三维地形的水工建筑物有限元网格剖分

基于AutoCAD软件自带的VisualLISP语言,对AutoCAD进行二次开发,以三维地形等高线作基础,采用近点距离加权平均法对各高程点进行插值,生成水工建筑物数值计算需要的有限元计算网格,结合实际工程进行网格剖分.结果表明该方法能较好地反映地形起伏的情况.     

GIS在平面二维水流数学模型中的应用

从分析GIS提供的空间分析插值算法出发,提出了应用地形栅格转换插值为平面二维水流数学模型生成可用的基础地形数据的方法。采用该方法成功模拟了拟建的西安—铜川高速公路渭河特大桥附近多种水情、多种工况下的流场和水位场。     

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 分辨率是基于地形测绘数据插值生成DEM的基本问题。利用合适的分辨率既可使生成的DEM如实反映和描述地面地形特征，又可避免引入新误差。基于地貌学原理，以读取基础数据所有信息和有效表达地貌特征为目标，利用多种栅格DEM的坡度均方差 栅格尺寸关系曲线，结合对插值DEM上地貌特征的分析，可以客观地确定地形图插值生成DEM的合适栅格尺寸。系统介绍了这种方法的基本原理，并以黄土高原1∶25万地形图插值生成DEM为例，对该方法的应用进行了讨论。典型地区试验研究表明，黄土丘陵区1∶25万和1∶1万地形图（等高距分别为100 m和5 m）插值生成DEM，DEM的坡度均方差 栅格尺寸关系曲线拐点分别位于50 m和2.5 m处，因而分辨率分别为50 m和2.5 m。本研究可以为改进我国DEM质量提供支持。
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西南地区降水量插值方法比较——以丽江市为例

我国西南地区由于地形复杂,海拔落差大,且雨量站分布不均,资料代表性差,针对这一区域的降雨预报效果不尽如人意,每年因局地强降水造成的损失巨大。旨在探讨适合山区等海拔落差较大地区的降水插值方法的一般思路,提高该地区降水估测精度。丽江市最大海拔落差达4 516 m,是西南地区典型的山地型城市。以丽江市40个雨量站40 a的月降雨数据为基础,选择6个站为检验站,运用反距离权重法、普通克里金法、样条函数法、趋势面法进行了最优插值方法的探讨。插值误差分析的结果表明:反距离权重法在该研究区域效果较好,幂指数增加到8以上时,相对误差基本稳定在7.8%;克里金法对降雨量的插值效果也较好,生成的插值图平滑;样条函数法插值效果最差。研究成果可为我国西南地区及其他山地地区降雨预报提供参考。     

基于MATLAB的水下地形冲刷过程模拟研究

基于水下地形实时监测技术,对河工模型水下地形冲刷发展过程进行了分析,在研究水下地形冲刷过程中,采用MATLAB为平台,对采集的数据进行了过滤处理,通过基于原始递归函数理论的曲线(面)拟合法对选取点进行插值得出水下地形冲刷过程随时间的变化曲线,用插值曲线对水下地形发展过程进行模拟,再与实测数据进行分析比较,结果证明该模拟方法可行,并对水下地形的冲刷过程研究具有一定参考价值。     

基于流域水文特性的TIN生成方法研究

把坡度和地形指数作为节点选取的主要准则,生成了融合多种流域水文特性的TIN,并对比了不同插值方法的影响。结果表明:对于同一TIN,使用5次方插值比线性插值对地形起伏的描述更好;TIN能够用较少的网格高精度地反映地形变化和流域水文特性,其效率和精度大大优于栅格。     

不同比例尺下单波束测深数据的插值方法精度分析

以某内河航道局部航段作为试验区域，对不同比例尺单波束测深数据采用空间插值方法进行格网化，同时与多波束测深系统的实测数据进行对比，统计插值方法精度特征指标。结果表明，不同比例尺水深源数据密度对空间插值方法影响显著，随着测量比例尺不断减小，空间插值方法的内插精度下降明显；对于比例尺大于1:500的水深数据源，克里金插值法、最小曲率法和线性插值三角网法3种插值方法的精度基本相当，反距离加权插值法不满足插值精度要求；综合考虑内插精度特征参数，在类似区域建议采用线性插值三角网法。     

河道实测冲淤量不同计算方法结果比较分析

在生产实践中,采用不同计算方法得出的冲淤量结果往往差别很大,部分河段、部分时段甚至存在冲淤性质相反情况。采用大量的实测水沙、地形资料,运用断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法3种方法计算了三峡水库蓄水后三峡坝下游宜昌至监利河段的实测河床冲淤量,对不同计算方法的计算结果和影响计算精度的因素进行了分析,运用非线性分形理论对河床起伏程度与断面代表性关系进行了研究。研究结果表明输沙量平衡法需对悬沙测验成果进行改正,并考虑泥沙测验定线误差、水量不平衡、河道采砂和分流洪道冲淤;断面地形法需在弯道、汊道、河道急剧放宽和束窄的局部河段布置相对较密的断面;网格地形法需选择适宜的插值方法,且网格尺寸不宜大于施测断面点间距。