一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法
2023-08-01 11:02:41
一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法
【專利摘要】本發明涉及災害信息管理領域，尤其涉及一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，包括：採集待分析區域的初始數據，壓縮後存儲至創建的輕量級空間資料庫中；調取初始數據，初始化構建的洪水淹沒分析模型，採用種子點蔓延算法獲得最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖；將整合後的最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖的數據輸入洪災損失評估數學模型和洪水風險評價數學模型進行計算，得到洪水淹沒後蓄滯洪區各村莊經濟損失情況和潛在受災風險度。本發明構建了性能優良、運行穩定可靠的空間資料庫系統和洪水淹沒分析模型，優化了影像柵格數據的組織和管理方法，更加直觀地展現了給定條件下蓄滯洪區的洪水淹沒情況，並提供災後損失評估功能。
【專利說明】一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及災害信息管理領域，尤其涉及一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法。
【背景技術】
[0002]洪澇災害是發生最為頻繁，並且嚴重威脅人類生存與發展的自然災害之一。洪澇災害具有複雜性特徵，它發生頻率高，影響範圍廣，造成損失大。全世界每年因洪澇災害造成的傷亡人數超過全部因自然災害傷亡人數的65%，造成的損失超過所有因自然災害損失的30%。洪澇災害已經成為人類社會共同面臨和關注的重大問題。我國是世界上最大的發展中國家，也是世界上受洪澇災害影響最嚴重的國家之一。據不完全統計，每年我國平均有超過I億畝的農田遭受洪澇災害，造成的經濟損失將近200億元，佔全年主要自然災害總損失的30%以上，佔我國國民生產總值的1% — 2%，其中，七大江河及沿海諸河流域是洪澇災害的高發區。
[0003]因此，洪澇災害業已成為人類社會共同面臨和關注的重大問題，對於洪澇災害的研究已經是國內外的一個熱點領域。
[0004](I)洪水演進模型
[0005]要對洪澇災害損失情況進行評估，首要的任務就是要弄清洪水產生的機理以及演進及消退的過程和影響。對於這方面的研究，國內外學者已經做了大量研究。特別是對洪水演進的數值模擬，在計算科學廣泛應用的背景下得到了快速發展，近年來廣泛應用於洪水的預警預報系統。其數學模型主要有水動力學模型和水文模型兩類。
[0006]在洪水演進數值模擬的可視化方面也取得了不少進展。可視化技術於上世紀80年代正式提出，現已經應用於多個領域之中，為科學計算可視化提供了強有力的支持。近年來，以地理分析為背景，用空間信息技術實現的洪水演進可視化研究越來越受到人們的重視，它可以為洪水演進可視化系統的研製提供了多種空間分析和解釋的有力工具，可以對諸如遙感、遙測、水文、地理、交通、河網、公建等不同地表空間信息進行綜合的分析、統計和測量。
[0007](2)洪澇災害損失評估技術
[0008]在漫長的歷史時期裡，防洪工程一直是防禦洪水最主要的措施，特別是近代以來世界各主要洪水國家在防洪方面的投入逐步增加，洪水預報以及對洪水調控的工程能力有顯著的提高，但是災害損失沒有得到控制，反而大幅度增加，災害發生頻率也未見減少。由此可見，單純的工程手段是不經濟的，無限制的提高防洪能力是不可持續的，所以，防洪減災非工程措施越來越受到人們的重視，它作為防洪工程措施的一種重要補充，體現了人類尊重洪水規律，通過調整自身行為儘可能避讓洪水的襲擊，以達到防止和減輕洪水災害的目的。
[0009]防洪減災非工程措施可以分為基於洪水的物理屬性的非工程措施、基於風險概念的非工程措施、基於管理科學的非工程措施和基於政策與法規的非工程措施四種。對於洪澇災害進行損失評估正是綜合考慮了這四種非工程措施的一種系統研究。它在研究洪水的形成和傳播等物理屬性的基礎上，對洪水演進的方式進行了模擬，然後根據洪水的隨機性和動態性進行風險評價和風險管理，並且評估發生洪水後的損失情況，最後給出政策和法規上的非工程措施。由此可以看出，洪水災害損失評估是進行防洪減災非工程措施研究的重要內容。洪水災害損失評估研究有利於洪災發生前的日常管理，洪災發生過程中的應急管理和災害發生後的恢復和重建過程中的管理，同時也是防災減災發放災款的依據。因此，應加強對洪水災害損失評估的研究，同時研究洪水災害損失評估也是提高防洪能力的突破點之一。此外，洪水災害損失評估研究可為區域土地利用規劃和區域開發規劃提供合理性參考。
[0010]洪水演進的模擬是洪澇災害評估的基礎，而洪澇災害損失評估又是防洪減災領域的一項基礎工作，它在防洪規劃制定、洪水災害風險管理、洪水保險、防洪減災效益評估、法律法規制定等方面都起著重要作用。20世紀60、70年代國內外已有較多的研究，特別是美國、日本等國，在洪災損失評估研究方面做了大量工作，取得了一系列研究成果。這些國家由於洪水保險相對普及，他們建立了比較完善的洪水災害損失評估時所需的資料庫——即社會經濟方面的數據及各類財產損失率，因此在發生洪水災害時能較快的對洪水災害損失進行評估。20世紀60年代，美國深入研究了洪泛區的管理及問題，在洪水災害損失評估方法上有著探索性意義。美國的Suit和Ruell Lee提出了非傳統的水深一損失曲線方法，用於對特大洪水時的損失進行計算，並探討研究了以前的水深一損失曲線的優點缺點，在此基礎上擬合出六種各種財產類型的新曲線，也稱為平均曲線，這些曲線適用性很廣泛；美國在1988年對俄亥俄州富蘭克林縣的洪水災害損失進行評估時，就是通過建立財產一水深一損失的函數關係完成的。
[0011]我國對洪水災害損失評價的研究起步較晚。20世紀90年初，我國學者文康等人對洪水災害損失調查評估的方法進行了探討和分析，並詳盡介紹了各分類資產洪災損失的特點、調查評估的原則及損失評估的方法等。陳丙鹹等對洪水災情損失進行了研究，提出一種洪水災情損失評估的方法。馮平等人在採用參數統計方法的基礎上，建立了城市洪澇災害經濟損失的評估預測模型，並對天津市濱海新區的洪澇災害損失情況進行了評估和預測。程濤等人以河北省海河南系「63.8」和「96.8」型洪災為例，提出了 「洪災重演法」損失計算模型，構建了洪災損失快速評估模型，是區域洪災損失快速評估的有效方法；黃濤珍採用了神經網絡結構，建立了典型流域的洪澇災害損失評估模型；陳香對福建省洪澇災害經濟損失進行了評價和趨勢分析，構建了災害災損度指數進行評估災害經濟損失，該方法不受災害發生的時間和地點限制，計算方便，但需要較完善、全面的災情信息。李瓊等人以我國1998年洪災為例，利用主成分分析法和層次分析法建立了洪災評估的加權評價模型，並對10個地區的災情進行了評估和排序。此方法的評估結果符合實際，但適合於信息較全的大空間尺度的應用。
[0012](3)基於地理分析的洪澇災害損失評估技術
[0013]在科學技術飛速發展的今天，不可避免的要應用高新技術對洪水災害損失進行評估。現代地理分析在揭示區域自然、經濟和社會諸要素及其相互作用的時空結構、動態過程與形成機制，在研究人類活動與資源環境和社會經濟間的協調與可持續發展，在為國家和地方社會、經濟發展提供科學依據與決策支持等方面具有不可替代的作用。而在防洪減災的過程中，需要一種對各類信息數據進行獲取、存儲、管理和分析的工具，空間信息技術滿足了這種需要。地理分析在空間信息技術的支持下，能夠充分體現地理系統的整體性、綜合性和複雜性特徵，可以整合、集成和發展相關學科領域的理論、模型與方法，進而開展地理環境的歷史、現狀和未來的動態三維表達、集成建模、模擬調控、預測預報及影響評價，揭示地理環境的演化過程、時空特徵、驅動機制及其演變趨勢。所以，結合空間信息技術的地理分析方法可以為洪澇災害損失評估，乃至防洪減災涉及的所有領域提供至關重要的支撐和工具，在防洪減災信息化、現代化、智能化、準確化方面，發揮著無以倫比的重要作用。
[0014]現代地理學，把地理環境及其人類活動的相互關係看作統一整體，採用定性和定量相結合的方法，解釋地理現象的內在機制並預測未來演變。現代地理分析，綜合運用了多種數學方法，在空間信息技術的支持下，建立了一系列的分析、模擬、預測、規劃、決策、調控等空間模型系統，提供了資料庫系統、模型庫系統及各種應用系統，以供各個領域使用。上世紀九十年代以後，遙感(Remote Sensing, RS)和地理信息系統(Geographic InformationSystem, GIS)等空間信息技術的研究和應用取得了較大的發展，洪水災害評估領域中運用地理分析的方法，採用空間信息技術的研究也隨之有了新的進展。陳秀萬等人利用RS和GIS技術，使用洪水時遙感水體提取模型確定受淹範圍，並結合社會經濟數據進行損失評估。詹小國等人利用GIS、RS和GPS(全球定位系統,Global Position System)對長江中下遊地區洪澇災情進行了評估，其評估模型和過程主要是依據災情資料庫特別是堤防資料庫和歷史災害資料庫的建立，提出了一個評估災情損失相對大小、可用來進行洪澇災情區劃的指標洪損度。王豔豔等系統地闡述了 GIS技術的洪水模擬演進和損失評估的技術方法和步驟，主要考慮淹沒歷時、水深對洪澇災害進行損失評估。劉自強利用水力學非恆定流洪水演進模型模擬出三個不同位置決口時的洪水淹沒範圍，根據洪水特性和社會經濟指標，從大尺度視角對黃河下遊洪水損失進行了評估。曹永強等人利用GIS和DEM的水動學模型以及遙感數據，從而獲取洪水淹沒的範圍、受淹水深和歷時等數據，建立洪災評估模型，考慮了社會經濟背景、財產與公共設施現狀等因素，此模型需要綜合複雜的數據基礎上方可完成。仇蕾等人利用水動學模型，基於空間的信息格網技術，分別形成了社會經濟信息格網和洪水水文信息格網，對其疊加獲得每個空間格網的洪水損失，從而顯示出洪水災害的時空特點，並根據極端洪水的損失率資料庫，對極端地洪災進行了損失評估。除典型的水動學模型的洪水演進確定淹沒特性對洪水損失評估外，從產流、匯流模型以及利用DEM和GIS技術從二維地面模型和矢量一柵格一體化相結合的方法，去確定淹沒範圍研究洪水災害損失也有所發展。王臘春等人以地理信息系統為支持，基於產流、匯流的水文模型對太湖流域的洪水淹沒範圍進行了模擬，並預測了 2010年發生1991年型特大洪澇災害時的經濟損失。錢育等人提出基於DEM和產匯流、排水模型利用GIS技術從而得到受淹區域、水深等因素對災情進行預測，並採用神經網絡模型對財產損失進行修正，此方法使進一步提高了預測的準確度。在利用GIS技術確定淹沒範圍的方法上，葛小平、傅春等人基於能反映地形的數字高程模型和GIS技術的矢量一柵格一體化的空間分析能力進行洪水淹沒特性分析，結合社會經濟空間展布方法，確定不同財產類型不同水深下損失率，構建洪水災害評估數學模型。
[0015]綜上所述，進行洪澇災害地理分析評估動態模型研究並進行實際應用，對於實現科學化的洪澇災害管理有重要作用，是實現社會經濟可持續發展的重要保障。本發明不僅具有防治洪澇災害的實踐意義，並且融合了水文、地理、空間信息技術等多學科的理論和方法，具有較好的多學科交叉研究價值和較高的科學應用價值，對於豐富洪澇災害防治的科學理論體系和應用方法具有較高的科學意義。
【發明內容】
[0016]針對上述技術問題，本發明設計開發了一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，目的在於構建功能完備、性能優良、運行穩定可靠的空間資料庫系統和洪水淹沒分析模型，優化影像柵格數據的組織和管理方法，實現影像數據的快速提取和瀏覽，提高索引效率，更加直觀地展現給定條件下蓄滯洪區的洪水淹沒情況，並提供災後損失評估功能。
[0017]本發明提供的技術方案為:
[0018]一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，包括:
[0019]步驟一、採集待分析區域的空間數據及與所述空間數據相關聯的屬性數據作為初始數據，並將所述初始數據壓縮後存儲至創建的輕量級空間資料庫中；
[0020]步驟二、利用並行計算庫和英特爾線程構建模塊從所述輕量級空間資料庫中調取所述初始數據，初始化構建的洪水淹沒分析模型，採用種子點蔓延算法獲得最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖；
[0021]步驟三、將整合後的所述最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖的數據輸入洪災損失評估數學模型和洪水風險評價數學模型進行計算，得到洪水淹沒後蓄滯洪區各村莊經濟損失情況和潛在受災風險度。
[0022]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述洪水淹沒分析模型的構建步驟和種子點蔓延算法包括:
[0023]將預先劃定的初始洪水淹沒區數據進行格網劃分，淹沒緩存區存儲初始洪水淹沒區數據的內部網格和邊界網格，選擇任一邊界網格作為初始種子點，並將所述邊界網格計入所述淹沒緩存區；
[0024]採用廣度優先的遍歷方法，從初始種子點開始對所述淹沒緩存區中存儲的所有邊界網格進行遍歷，並遍歷每一邊界網格的8個鄰域網格，判斷8個鄰域網格是否都存在於所述淹沒緩存區中，若8個鄰域網格都存在於所述淹沒緩存區中，則遍歷下一個邊界網格；若有I個鄰域網格不在所述淹沒緩存區中，則判斷該鄰域網格的網格高程值是否高於當前所述邊界網格的水位，若該鄰域網格的網格高程值高於當前所述邊界網格的水位，則8個鄰域網格遍歷結束；若該鄰域網格的網格高程值低於當前所述邊界網格的水位，則計算該鄰域網格的淹沒水深，並將該鄰域網格作為新的種子點計入所述淹沒緩存區，直至所有的邊界網格遍歷結束，輸出最終淹沒區範圍圖和水深分級圖。
[0025]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，判斷所述淹沒緩存區存儲的每一內部網格水位是否符合預先給定的水位條件，若符合則計算更新該內部網格的水位信息。
[0026]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述初始洪水淹沒區數據包括地形數據、水位、水容量和水面面積。
[0027]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，按照矩形格網將所述初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用無縫影像層模式存儲影像層，即同一影像資料庫的所有影像層存在輕量級空間資料庫的同一RDT表中，不同的影像資料庫存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。
[0028]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，按照矩形格網將所述初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用分幅影像層模式存儲影像層，即同一影像層的所有影像圖幅存在輕量級空間資料庫的同一RDT表中，不同的影像層存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。
[0029]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述初始數據的壓縮方法包括ZIP無損壓縮和JPEG有損壓縮方法，壓縮以柵格塊進行。
[0030]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述輕量級空間資料庫採用數據中間件對所述初始數據進行無縫集成和整合。
[0031]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述輕量級空間資料庫採用細分格網編碼方法，在採樣點、線狀目標通過的基本格網內，再細分成256X256個細格網或分成16X16個細格網，然後記錄採樣點及線狀目標與基本格網邊的交點的線性四叉樹編碼。
[0032]優選的是，所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，對所述RDT表和所述影像圖幅分別創建索引。
[0033]本發明所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，本發明構建的洪水淹沒分析模型更加貼近真實情況，採用種子點蔓延算法實時跟進洪水的演進過程，模擬更加真實；設計和構建了功能完備、性能優良、運行穩定可靠的小型空間資料庫系統，既具有大型空間資料庫系統完善的性能，又具有較快的運行速度、體積小、成本低、使用靈活等小型空間資料庫系統的特點。而且，本發明構建的小型空間資料庫系統在海量空間數據處理、空間數據索引、空間數據顯示等方面都取得了創新性成果，具有很高的應用價值。
[0034]本發明將無損壓縮和有損壓縮方法有機結合，實現了影像數據的快速提取和瀏覽。為了實現大數據量的影像數據的快速提取和瀏覽，必須要對空間數據進行壓縮，本發明創新性的將無損壓縮和有損壓縮方法結合起來，針對不同的應用採用不同的壓縮手段，既保證了影像數據應用的科學性，又實現了影像數據的快速提取和瀏覽，取得了良好的效果。
[0035]國內首次實現了小型空間資料庫系統對T級柵格數據的資料庫管理。本發明構建的小型空間資料庫系統可以對具有空間信息以柵格形式存儲的大數據集進行存儲和管理，可以進行T級數據的資料庫管理。
[0036]利用先進的中間件技術，構建了多源空間數據的無縫集成和整合方案。為了解決多源空間數據之間存在的格式差異問題，本發明創新性的藉助數據中間件技術這一概念，解決了 GIS多源空間數據的無縫集成，實現了多源海量空間數據的整合。
[0037]直接對RDT表創建空間索引，極大地提高了空間數據的檢索效率。在空間數據索引方面，本發明構建的小型空間資料庫系統為了加快影像塊的搜索速度，創新性的對RDT表創建空間索引；當影像圖幅數量很大時，對影像圖幅創建空間索引，提高了按圖幅搜索的效率。
[0038]採用獨特的管理模式，優化了影像柵格數據組織與管理方法。在空間數據組織與管理方面，本發明創新性的將無縫影像層模式和分幅影像層模式兩種模式進行了混合應用，優化了影像柵格數據組織與管理方法。
[0039]利用並行計算和多線程技術，實現了影像的快速處理和輸出。本發明創新性的藉助與現有的並行計算庫OpenMP和英特爾線程構建模塊，用並行與流水線的影像輸出方式，實現了影像的快速處理和輸出。採用多線程和多級緩存相結合的結構模式，實現了海量影像數據的快速可視化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1是本發明所述的洪水淹沒分析模型的構建示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0042]本發明提供一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，包括:
[0043]步驟一、採集待分析區域的空間數據及與所述空間數據相關聯的屬性數據作為初始數據，並將所述初始數據壓縮後存儲至創建的輕量級空間資料庫中，所述輕量級空間資料庫的創建步驟包括:
[0044]建立影像金字塔，影像金字塔從底層到頂層的解析度依次降低，影像金字塔的O層存儲無壓縮的初始數據，沒有任何的數據損失，影像金字塔的I層以上存儲壓縮後的初始數據，每一影像金字塔的大小取決於初始數據的大小，在對進行過壓縮的初始數據進行讀取時，必須首先調用解 壓縮模塊進行還原，解壓縮過程也會耗去一定的時間，但總的效率相對於壓縮前還是要提高很多。如果採用有損壓縮方式，解壓縮後會有失真，但由於只是針對金字塔層才做有損壓縮，原始數據不壓縮，而金字塔層的數據主要是為快速顯示服務，在進行影像分析時可以採用未失真的原始數據，不會影響分析結果的正確性。
[0045]利用地理參照建立柵格圖像單元坐標系與大地坐標系之間的關係，將影像金字塔中的初始數據定位於大地坐標系中，柵格圖像從單元坐標繫到大地坐標系進行地理參照的轉換公式為:
[0046]row = a+b3x+c3y,
[0047]col = d+e3x+f3y.[0048]row與col分別表示柵格圖像的像素的行位序和列位序，x與y分別表示點在大地坐標系中的X坐標和Y坐標，a, b，C，d，e與f是在指定的係數，且b3f_c3e的值不能為O。從大地坐標繫到單元坐標系進行地理參照的轉換公式為:
[0049]X = A3col+B3row+C,
[0050]y = D3col+E3row+F.[0051]其中各參數的含義與前面公式中相應的參數相同。在指定了係數A，B，C，D，E與F以後,可以自動求出相應的係數a, b, c, d, e與f。
[0052]步驟二、利用並行計算庫OpenMP和英特爾線程構建模塊從所述輕量級空間資料庫中調取初始數據，初始化構建的洪水淹沒分析模型，當原始數據是主流電腦內存的一倍或者更大的時候，傳統的並行如數據並行策略，根本無法工作。在這種情況下，流水線依次獲取數據進入內存來支持線程級並行，是最常用的策略。當一個線程進行數據讀取塊影像數據的時候，其他線程仍然可以進行數據處理工作。這種重載的影像讀取和處理模式能夠最大限度的讀取數據並進行數據處理，使整個數據處理算法達到了最佳的性能，並能夠使得所有的線程更好的加速。通過多線程獲取塊數據的時候，傳統方式就是每次線程的讀取數據塊的時候，都需要連接和斷開連接，當讀取一定數據量級別塊的時候，會對數據輸出造成一定的性能影響。為了減少此開銷，對連接方式進行了連接池的管理。
[0053]採用種子點蔓延算法獲得最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖，在給定水位條件下，洪水淹沒有兩種情況:無源淹沒和有源淹沒。無源淹沒是指凡高程值低於給定水位的柵格都計算進入淹沒區域，不考慮連通性；有源淹沒則是考慮地形連通性.即洪水只能淹沒所能流經的區域。對某些地形，例如環形山地形，無源淹沒計算可能導致環形山內外都生成淹沒區。而在有源淹沒中，外來洪水若未及山頂，則只能在山環外形成淹沒區。這兩種情形都具有實際意義，第I種相當於整個地區大面積均勻降水的情形，所有低洼處都可能積水成災；第2種相當於高發洪水向鄰域泛濫，例如洪水決堤或局部暴雨引起的暴漲洪水向四周擴散。
[0054]洪水淹沒分析的基本算法之一是種子點蔓延算法。種子點蔓延是指在區域選定種子點，賦予特定的屬性和作用規則，然後沿「四向連通區域」或「八向連通區域」蔓延擴散，將該屬性和作用規則擴展到整個區域。利用種子點蔓延算法進行淹沒分析，就是按給定水位條件，求取符合數據採集分析精度，且具有連通關聯分布的點的集合，該集合計算得到連續平面就是要估算的淹沒區範圍，而滿足水位條件，但與種子點不具備連通關聯性的其他連續平面，將不能進入集合區內。該方法的主要特點是能充分考慮到「流通」淹沒的情形，即洪水只能淹沒它能流到的地方，較適合因上遊來水(例如決堤)、窪地溢出水(例如局部暴雨引起的暴漲洪水向四周擴散)引起的淹沒分析。
[0055]步驟三、將整合後的所述最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖的數據輸入洪災損失評估數學模型和洪水風險評價數學模型進行計算，得到洪水淹沒後蓄滯洪區各村莊經濟損失情況和潛在受災風險度。
[0056]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述洪水淹沒分析模型的構建步驟和種子點蔓延算法包括:
[0057]將預先劃定的初始洪水淹沒區數據進行格網劃分，淹沒緩存區存儲初始洪水淹沒區數據的內部網格和邊界網格，選擇任一邊界網格作為初始種子點，並將所述邊界網格計入所述淹沒緩存區；
[0058]採用廣度優先的遍歷方法，從初始種子點開始對所述淹沒緩存區中存儲的所有邊界網格進行遍歷，並遍歷每一邊界網格的8個鄰域網格，判斷8個鄰域網格是否都存在於所述淹沒緩存區中，若8個鄰域網格都存在於所述淹沒緩存區中，則遍歷下一個邊界網格；若有I個鄰域網格不在所述淹沒緩存區中，則判斷該鄰域網格的網格高程值是否高於當前所述邊界網格的水位，若該鄰域網格的網格高程值高於當前所述邊界網格的水位，則8個鄰域網格遍歷結束；若該鄰域網格的網格高程值低於當前所述邊界網格的水位，則計算該鄰域網格的淹沒水深，並將該鄰域網格作為新的種子點計入所述淹沒緩存區，直至所有的邊界網格遍歷結束，輸出最終淹沒區範圍圖和水深分級圖。
[0059]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，判斷所述淹沒緩存區存儲的每一內部網格水位是否符合預先給定的水位條件，若符合則計算更新該內部網格的水位信息。
[0060]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述初始洪水淹沒區數據包括地形數據、水位、水容量和水面面積。
[0061]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，按照矩形格網將初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用無縫影像層模式存儲影像層，即同一影像資料庫的所有影像層存在輕量級空間資料庫的同一 RDT表中，不同的影像資料庫存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。一級:影像資料庫，存貯影像資料庫信息，包括庫名、描述信息等；二級:影像層，存貯影像層信息，包括層名、描述信息等；三級:RDT表，包含了一個影像層所有分割後的影像塊。無縫影像層模式消除了圖幅的概念，在建立金字塔的時候，由於有了更大範圍的原始整體圖像，所以可以生成更多層次的金字塔結構，這對於快速的影像瀏覽漫遊來說是有優勢的。考慮到現有的顯示器的解析度大多數為1024X1024或者更低的解析度，而解析度與塊的大小會影像查詢效率，根據測試結果，因此對於影像數據進行分塊，採用256X256X 1。
[0062]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，按照矩形格網將初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用分幅影像層模式存儲影像層，即同一影像層的所有影像圖幅存在輕量級空間資料庫的同一 RDT表中，不同的影像層存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。一個影像層由多個影像圖幅構成，影像圖幅除了作為影像層的一個局部之外，還隱藏了一些其他的信息，比如影像圖幅可能是基於某種標準而劃分的，這樣圖幅的編號就可能隱含了地理位置信息，人們也習慣以圖幅為單位進行影像的查詢、定位、更新等操作。所以，採用分幅影像層模式可以較好地迎合人們的習慣。一級:影像資料庫，存貯影像資料庫信息，包括庫名、描述信息等；二級:影像層，存貯影像層信息，包括層名、描述信息等；三級:影像圖幅，包括層名、圖幅名、描述信息等以及與圖幅對應的GeoRaster對象；四級:RDT表，包含了一個影像層所有分割後的影像塊。
[0063]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述初始數據的壓縮方法包括ZIP無損壓縮和JPEG有損壓縮方法，壓縮以柵格塊進行，即對RDT表中的每個BLOB分別壓縮，壓縮後仍以BLOB類型存貯在數據表中；定義2個標識常量分別表示ZIP和JPEG壓縮方法。
[0064]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述輕量級空間資料庫採用數據中間件對所述初始數據進行無縫集成和整合，所謂GIS數據中間件是指能夠嵌入各類GIS系統的軟體插件，該類插件由各類GIS軟體開發人員與用戶各自獨立完成，其原理類似於即插即用設備的驅動程序設計，即GIS軟體平臺開發者規定系統內部數據的讀寫接口(⑶10)，這些接口操作本平臺內部或交換數據結構，接口與平臺間的通信對數據源是個黑匣子，對於不同源頭的空間數據，數據提供者編寫GDIO接口內的操作代碼，編譯註冊後，GIS軟體平臺即可操作該類空間數據。
[0065]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，所述輕量級空間資料庫採用細分格網編碼方法，在採樣點、線狀目標通過的基本格網內，再細分成256X256個細格網或分成16X16個細格網，然後記錄採樣點及線狀目標與基本格網邊的交點的線性四叉樹編碼。這樣點狀目標或線狀目標的路徑就可以完整而精確地表示出來，應用細分格網法，每個點的位置用兩個Morton碼來表示，採用這種方法能提高數據的位置表達精度。
[0066]所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法中，對所述RDT表和所述影像圖幅分別創建索引。在分幅影像層模式下，所有影像圖幅存貯在同一 RDT表中，儘管RDT表中的記錄數很多，但由於單幅影像不會很大，單幅影像所涉及到的記錄數不會很多，不需要對RDT表創建索引。但是當影像圖幅數量很大時，可以對影像圖幅創建空間索引，以提高按圖幅搜索的效率。
[0067]當大量數據都存放在大容量存儲介質磁碟陣列中時，預先對影像分塊和建立金字塔能一定程度上改善影像瀏覽顯示的性能，但是如果每次瀏覽操作均需從硬碟讀取的話，則還是很影響瀏覽需求的響應速度，為了能在最短時間內瀏覽到所需的影像數據，有必要採用緩存機制來調度管理數據。
[0068]在設置了合適大小的緩存區後，無需每次都直接從硬碟中讀取所需的數據，從而實現影像的快速瀏覽。由於存儲的數據比較大，而用戶大多數時候瀏覽的只是其中的一部分，這部分數據由客戶端顯示的解析度和顯示範圍來決定。當用戶瀏覽數據時，預先利用後臺線程從伺服器緩存中拷貝數據，如果緩存中沒有再從磁碟文件中讀取，這樣，由於每幅影像數據都比較大，而每次需要的數據只是很小的一部分，且從內存中讀取的速度比從硬碟直接讀取要快很多，從而大大提高數據傳輸效率。在客戶端瀏覽時，可以設置一個三級緩存機制，包括客戶端屏幕影像塊緩存、影像塊緩存和GDAL塊緩存。GDAL塊緩存就是當讀取的影像塊，再為GDAL塊緩存分配的內存中有的話，就可以直接從中讀取；影像塊緩存，指在當前的瀏覽窗口中的每一個像素對應的影像塊都被放到了緩存區中，因此，其影像塊的值可以直接讀取；屏幕圖像緩存，即是將當前的屏幕作為一張圖片放到內存中，這樣可以被用戶重新利用。
[0069]對數據的傳輸和可視化採用了多線程開發技術，即在後臺採用了多個線程負責與外部的進程進行交互，有的線程負責地圖漫遊、放大、縮小操作時地圖數據的請求並根據請求回應控制地圖的顯示，有的線程用於向伺服器發送數據預取請求並維護數據接收緩存區，並按一定的算法規則進行緩存區管理。
[0070]本發明的輕量級空間資料庫的3D表達採用360場景一體化設計，步驟如下:分別對目標進行模型重建；建立景觀的顯示列表；定義室內外景觀相互連結的節點區域；將視點與室內外場景坐標進行匹配，並顯示相應的場景；當視點到達室內外景觀的節點區域時，則顯示並切換視點至相應的區域。
[0071]儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。
【權利要求】
1.一種洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，包括: 步驟一、採集待分析區域的空間數據及與所述空間數據相關聯的屬性數據作為初始數據，並將所述初始數據壓縮後存儲至創建的輕量級空間資料庫中； 步驟二、利用並行計算庫和英特爾線程構建模塊從所述輕量級空間資料庫中調取所述初始數據，初始化構建的洪水淹沒分析模型，採用種子點蔓延算法獲得最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖； 步驟三、將整合後的所述最終洪水淹沒區範圍圖和水深分級圖的數據輸入洪災損失評估數學模型和洪水風險評價數學模型進行計算，得到洪水淹沒後蓄滯洪區各村莊經濟損失情況和潛在受災風險度。
2.如權利要求1所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，所述洪水淹沒分析模型的構建步驟和種子點蔓延算法包括: 將預先劃定的初始洪水淹沒區數據進行格網劃分，淹沒緩存區存儲初始洪水淹沒區數據的內部網格和邊界網格，選擇任一邊界網格作為初始種子點，並將所述邊界網格計入所述淹沒緩存區； 採用廣度優先的遍歷方法，從初始種子點開始對所述淹沒緩存區中存儲的所有邊界網格進行遍歷，並遍歷每一邊界網格的8個鄰域網格，判斷8個鄰域網格是否都存在於所述淹沒緩存區中，若8個鄰域網格都存在於所述淹沒緩存區中，則遍歷下一個邊界網格；若有I個鄰域網格不在所 述淹沒緩存區中，則判斷該鄰域網格的網格高程值是否高於當前所述邊界網格的水位，若該鄰域網格的網格高程值高於當前所述邊界網格的水位，則8個鄰域網格遍歷結束；若該鄰域網格的網格高程值低於當前所述邊界網格的水位，則計算該鄰域網格的淹沒水深，並將該鄰域網格作為新的種子點計入所述淹沒緩存區，直至所有的邊界網格遍歷結束，輸出最終淹沒區範圍圖和水深分級圖。
3.如權利要求2所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，判斷所述淹沒緩存區存儲的每一內部網格水位是否符合預先給定的水位條件，若符合則計算更新該內部網格的水位信息。
4.如權利要求3所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，所述初始洪水淹沒區數據包括地形數據、水位、水容量和水面面積。
5.如權利要求1所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，按照矩形格網將所述初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用無縫影像層模式存儲影像層，即同一影像資料庫的所有影像層存在輕量級空間資料庫的同一 RDT表中，不同的影像資料庫存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。
6.如權利要求1所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，按照矩形格網將所述初始數據劃分為多個等大的影像圖幅，每一影像層均由多個影像圖幅構成，採用分幅影像層模式存儲影像層，即同一影像層的所有影像圖幅存在輕量級空間資料庫的同一 RDT表中，不同的影像層存在輕量級空間資料庫的不同的RDT表中。
7.如權利要求5或6所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，所述初始數據的壓縮方法包括ZIP無損壓縮和JPEG有損壓縮方法，壓縮以柵格塊進行。
8.如權利要求7所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，所述輕量級空間資料庫採用數據中間件對所述初始數據進行無縫集成和整合。
9.如權利要求8所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，所述輕量級空間資料庫採用細分格網編碼方法，在採樣點、線狀目標通過的基本格網內，再細分成256X256個細格網或分成16X 16個細格網，然後記錄採樣點及線狀目標與基本格網邊的交點的線性四叉樹編碼。
10.如權利要求9所述的洪澇災害地理分析評估動態模型的構建方法，其特徵在於，對所述RDT表和所述影像圖幅分別創建索引。
【文檔編號】G06F17/30GK103927389SQ201410182356
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】霍亮 申請人:北京中有聯科技有限公司