基于不同DEM数据源提取库容曲线对比分析.pdf

信息化水利技术监督 年第 期:/基于不同 数据源提取库容曲线对比分析叶植滔(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司 广东 广州)摘要:为总结相关经验及提高规划设计过程中的库容曲线提取效率 文章基于 和 种 数据源 利用 软件 工具提取 座水库的水位 库容曲线 并与实测地形资料提取的库容曲线作对比分析 结果表明 种 数据源提取库容与实测库容相比均存在一定的误差 总体上 提取的库容曲线精度较 高 研究为今后利用 数据提取库容曲线工作提供参考关键词:水库 库容曲线中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:叶植滔(年)男 工程师:引言水位 库容曲线是水利水电工程规划设计过程中水库工程规模确定、调洪演算及排涝调蓄计算的重要参数 传统水位 库容曲线计算方法主要是利用已有地形图资料 使用断面法或等高线法分段分层人工圈量计算 累加后得到相应水位库容曲线 计算过程反复费时 同时需要大量实测断面数据或高精度涉密地形图资料 常受到保密地形资料需特殊处理等因素限制 难以批量化处理 特别是工程前期规划策划阶段 工程选址未确定 需要做大量方案对比 传统的库容曲线计算方法常需要花费大量人力物力 而在地形图精度不高时 计算结果受规划设计人员的工程经验影响随着 技术的不断发展 采用数字高程模型()计算水库水位 库容曲线已逐渐得到应用研究表明利用 提取库容曲线具有适用范围广、计算速度快及计算精度高等优势 然而 这些研究大多针对库容提取方法技术 而针对不同 数据源所提取库容曲线的影响研究 国内甚少报道本文以目前供免费下载的 、种不同的 数据源为研究对象分别提取翁源园洞水库、从化大岭山水库 座小型水库的水位 库容曲线 并将库容曲线提取结果与根据 年以后实测的 地形提取的库容曲线进行对比分析 探讨不同 数据源所提取库容曲线精度 为类似工程规划策划提供参考 工程概况及数据源分析 工程概况园洞水库所在的园洞水为龙仙水一级支流 滃江二级支流 河床多为岩石及砂卵石 水位暴涨暴落 具有山区河流特征 园洞水库坝址以上集雨面积 总库容 万 是 座以供水为工程任务的小()型水源水库工程 设计洪水标准为 年一遇 校核洪水标准为 年一遇大岭山水库位于广州市从化区石门森林公园的小海河流域 小海河是流溪河的 条支流 水库坝址以 上 集 雨 面 积 坝 址 以 上 干 流 长 度 干流比降 总库容 万 是 座以发电为主 兼顾防洪、公园景观、森林防火的小()型水库 设计洪水标准为 年一遇 校核洪水标准为 年一遇 数据分析()数据源简介目前公开常用的 数据按生成过程可分为 类:一类是以德国、美国传感器为代表的 及 数据 数据通过干涉合成孔径雷达()获取 利用了微波波段 另一类是以日本传感器为代表的 及 数据 数据通过立体摄影方式获取 利用了可见光波段 年第 期水利技术监督信息化 和 公布时间较早 已经在实际生产和科学研究中得到了广泛应用 目前是公开可免费获得的数据数据由美国发射的奋进号航天飞机搭载 系统完成 数据范围覆盖地球 以上的陆地表面其水平分辨率 水平精度 垂直精度 置信度为 目前也是公开可免费获得的数据 数据由 年 月发射的 卫星搭载对地观测卫星 观测的资料制作而成 数据覆盖范围包括 到 之间的陆地区域 覆盖了地球陆地表面的 是一种较为完整的地形数据 其水平分辨率为 弧度(约)水平精度 垂直精度 置信度为()研究区域 数据分析用 矩形框工具截取 个水库库区所在区域的 数据 数据提取的基本特征参数详见表 高程累积分布如图 所示 根据表 及图 可知:种 数据的最小高程、最大高程及平均高程较接近 高程分布曲线差别较小 说明 种 数据反映的地形地貌条件基本是一致的园洞水库库区范围的 种 地貌差别比大岭山库区的大 随着 水平分辨率的降低 数据量减少 反映的地形高程变化幅度变小(最大值与最表 研究区域 的基本特征参数水库园洞水库大岭山水库数据源水平分辨率/栅格数(列 行)最大高程/最小高程/平均高程/高程标准差/图 园洞水库研究区域高程累积分布图小值差值)但由于地形栅格数据量样本变小 高程标准差稍变大图 大岭山水库研究区域高程累积分布图 库容曲线的提取 提取方法简介 是一个常用的 平台 由美国 公司开发 可对地理信息进行数据管理、数据分析及地图制作 为地理信息数据处理提供了空间分析和处理工具 另外 还可将其他应用程序进行集成及应用拓展 具有较为强大的 分析功能、空间分析能力 以及具有信息叠加、可视化等优势 的 (表面体积)工具可计算指定参考平面以上或以下的栅格、不规则三角网()或 数据集表面的面积和体积 可满足容积曲线提取计算的 数据处理需求 按照计算方向 工具可以选择:计算指定平面高度和位于该平面上方的部分表面之间的空间区域 或者:计算指定平面高度和位于该平面下方的部分表面之间的空间区域不同高程以下的库容计算可通过 工具构建 来实现 是 种基于矢量的数字地理数据形式 通过将一系列折点(点要素)组成三角形来构建 适用于较小区域的高精度建模 据此来计算平面面积、表面积和体积 将库区指定高程的平面各边界与库区表面的内插区相交 形成公共区域范围 计算公共区域范围内 表面之上与所指定高程水平面(特定水位)之下的立方体区域的体积 即特定水位下的水库容积 如图 所示图 指定平面高度和平面下方的部分相交示意图信息化水利技术监督 年第 期 库容曲线提取及分析基于上述的 、种 数据源及库容提取方法 利用 的 工具提取园洞水库和大岭山水库的库容曲线(可选择批量处理)库容曲线提取结果见表 高程基准面参考 大地水准面 实测地形为 国家高程基准 需要进行高程系统转换但由于各区域的高程转化关系不一致 受实际条件限制 笔者难以收集到具备测绘资质的专业机构给出的基准面之间的转换参数 考虑到实际工程规划阶段主要任务为确定库容规模 库容规模主要受层间相对高差层间库容影响 可采用相对高程表示基于此 本文以库容为 的高程作为换算基准高程 对 、数据提取的水位 库容进行高程转换 如图 所示表 不同数据提取园洞水库水位 库容曲线 实测地形水位/库容/万 水位/库容/万 水位/库容/万 图 园洞水库水位 库容曲线表 不同数据提取大岭山水库水位 库容曲线 实测地形水位/库容/万 水位/库容/万 水位/库容/万 图 大岭山水库水位 库容曲线根据提取的库容曲线 利用特征水位按照线性内插法查取 水库的特征库容 结果见表 根据上述结果 可以看出:以实测地形提取的库 容曲线作为标准库容曲线对种提取的 年第 期水利技术监督信息化表 不同数据提取水库水位 库容查取特征库容水库数据源设计库容/万 相对误差/总库容/万 相对误差/园洞水库 实测地形大岭山水库 实测地形 库容曲线进行对比(见表、如图 所示)园洞水库利用 提取的库容曲线与标准库容曲线吻合较好 但利用 提取的库容曲线与标准库容曲线有较大的差别 大岭山水库利用 种 提取的水位库容曲线均与标准库容曲线均吻合较好 根据 水库特征库容计算成果 种 数据提取的库容曲线与实测库容曲线比较均存在一定的误差 其中 数据提取的库容曲相对误差范围约为 数据相对误差约为 总体上利用 提取的库容曲线精度比 的高 与 数据水平精度()、垂直精度()均高于 数据水平精度()、垂直精度()的趋势是一致的 结语水利工程规划设计过程中已逐渐应用 提取水位 库容曲线 但国内针对不同 数据源对库容曲线精度的影响研究较为匮乏 本文分析对比了 、种不同 数据源对库容精度的影响 提取的库容精度比 的高 但仅分析了 座小型水库的库容曲线提取 利用 提取库容的精度仍需通过更多工程的验证 同时水库库容受到区域地形地貌影响 具体工程规划设计过程中库容曲线提取计算应从多方面验证库容曲线精度及合理性参考文献 王启龙.极化 影像与 融合技术在计算水库动库容中的应用.水利技术监督():.李向东 韩继刚.在水库前期规划中的应用.水利规划与设计():.安航永 郭亚伟 张浩.基于 和“填充法”的库容曲线计算方法.陕西水利():.干家欣 戎文杰 胡金杰 等.在塘坝防洪能力计算中的应用.水利技术监督():.王媛媛 段建刚.基于规则格网 计算水库库容方法研究.吉林水利():.管李义 陈斯飏 邹思远 等.几种全球开放 数据集的对比分析.测绘与空间地理信息 ():.李世有.基于多源 的数字流域特征提取对比分析.水资源开发与管理():.刘远 周买春 陈芷菁 等.基于不同 数据源的数字河网提取对比分析:以韩江流域为例.地理科学 ():.朱引弟 孟祥永.基于 建模工具的水位库容曲线快速量算.陕西水利():.王剑辉.中 建模工具在 质量检查中的应用.科技创新与应用():.江晓鹏 方源敏 黄贝莹.环境下 数据转换模型构建.昆明理工大学学报(自然科学版)():.(上接第 页)结语本文结合糯扎渡三维扫描项目 定期对大坝进行扫描获取了 期点云数据 利用 距离法进行多期点云变形分析 运用色谱统计两期之间的变形量 本文可以得到以下结论()三维激光扫描测站点位选择合理 点位尽可能少 设站越多 数据配准误差越大()采用了多种方法对点云数据精度进行验证 保证了数据采集结果的精度及正确性 本次工作中 地面三维激光扫描整体数据精度()三维激光扫描技术可以很好地应用在表面相对平整的土石坝进行变形分析 距离法可以很直观地表现出大坝整体的变形位置及变形量 达到了对大坝整体的变形趋势和规律进行监测参考文献 葛山运.基于/的大坝安全监测试验与分析.中国农村水利水电():.罗江.基于广播星历的 与 在大坝变形监测中的数据分析.城市勘测():.谭林.基于精密单点定位技术的大坝变形监测.北京测绘():.崔鹏飞.基于 及测量机器人的大坝安全监测研究:以枕头坝水电站为例.人民长江 ():.郭保.技术在水库大坝变形监测中的应用.测绘与空间地理信息 ():.(下转第 页)