1.一种面向暴雨洪涝灾害风险分析的地形起伏影响指数确定方法,其特征在于,包括以下步骤:获取研究地区的数字高程模型DEM数据;
以DEM数据栅格单元作为计算单元,利用栅格值间的差异计算水流数据,其中,水流数据包括水流下降方向和水流汇总指数;
根据获得的水流数据,计算汇水区数据,其中,汇水区数据包括汇水区面积以及汇水区坡度总和数据;
基于获得的水流汇总指数、汇水区面积以及汇水区坡度总和数据,将汇水区面积和汇水区坡度总和数据各自归一化后乘以对应的因子权重并相加得到宏观影响因素,将水流汇总指数作为微观影响因素,将宏观影响因素与微观影响因素各自归一化后乘以对应的因子权重并相加,获得面向暴雨洪涝灾害风险分析的地形起伏影响指数;
所述水流数据的确定方法,包括以下步骤:以DEM数据栅格单元作为计算单元,计算水流下降方向;
根据获得的水流下降方向,计算水流汇总指数,其中,所述水流下降方向的计算方法,包括以下步骤:逐步选定栅格单元以及其周围八个相邻栅格,逐个计算选定栅格与邻域栅格的栅格差值;
将差值与栅格中心点距离进行比值运算,选择比值最大的方向作为水流的下降方向;
水流方向由下式获取:
(1);
式中:i表示DEM栅格数据中选定的栅格单元,j表示i栅格单元周围的相邻栅格单元,MDi表示计算栅格与其相邻栅格最大高程落差方向,Ai表示计算栅格高程值,Aij表示邻域栅格高程值,Dij表示计算栅格与邻域栅格中心距离, 表示计算栅格与其相邻栅格最大高程落差方向的编号;
所述水流汇总指数的计算方法,包括以下步骤:逐步选定栅格单元,将自身的水流汇总指数+1传给其水流下降方向指向的邻域栅格单元;
水流汇总指数由下式获取:
(2);
式中:Ti表示栅格的水流汇总指数,Tij表示邻域栅格的水流汇总指数,Nij表示邻域栅格的水流下降方向数值;
所述汇水区数据的确定方法,包括以下步骤:根据获得的水流汇总指数,结合水流下降方向数据计算汇水路线;
根据获得的汇水路线数据,进行汇水区的计算提取以及汇水区面积的计算;
基于计算提取的汇水区,利用DEM数据计算汇水区坡度总和数据,其中,所述汇水路线的计算方法,包括以下步骤:设定阈值,提取水流汇总指数中大于阈值的栅格并保留作为汇水点,其中,栅格数据由下式提取:CTi=Ti,Ti>Con (3);
式中:CTi表示水流汇总指数高于阈值的栅格,Ti表示栅格的水流汇总指数,Con表示设定阈值;
利用提取的栅格数据,结合水流下降方向数据,提取汇水路线,其中,汇水路线由下式提取: (4);
上式表明了汇水路线的链接关系,其中Ri表示汇水路线,Nik表示存在水流汇总指数的Ni栅格及其水流下降方向k,CTk表示水流下降方向k上的栅格;
所述汇水区以及汇水区面积的计算方法,包括以下步骤:以汇水路线的汇水点作为研究对象,从邻域栅格开始,逐步扩大研究范围,寻找水流下降方向指向汇水节点的栅格单元,组成汇水区,其中,汇水区由下式计算提取:
(5);
式中:CA为汇水区,CRi为汇水路线栅格,CRij为水流下降方向指向CRi的栅格;
将汇水区内栅格面积总和作为汇水区面积,其中,汇水区面积由下式获取:
(6);
式中:SCA表示汇水区面积,CAi表示汇水区中栅格,x表示栅格宽度,y表示栅格高度;
所述汇水区坡度总和数据的计算方法,包括以下步骤:以栅格单元及其邻域栅格作为研究对象,利用栅格单元值的变化获取栅格单元横向和纵向的变化率,进而获取栅格单元的坡度数据,将汇水区内的坡度数据求和;
其中,栅格单元的坡度数据由下式获取: (7);
式中:Slope为栅格坡度, 表示栅格单元的横向变化率, 表示栅格单元的纵向变化率;
其中,栅格单元横向和纵向的变化率的获取方法,包括以下步骤:以正在计算的栅格单元e为中心,其周围八个相邻的栅格单元从左至右依次以a、b、c、d、f、g、h、m表示;
栅格单元的横向变化率由下式获取:
(8);
栅格单元的纵向变化率由下式获取:
(9);
坡度总和数据由下式获取:
(10);
式中:SumSlo表示区域内栅格坡度总和, 表示区域内的栅格坡度;
所述归一化处理由下式进行:
(11);
式中: 表示栅格的归一化值, 表示指标值,max和min分别表示指标中的最大值和最小值;
宏观影响因素,由下式计算:
(12);
(13);
式中: 表示归一化后的汇水区面积, 表示归一化后的汇水区坡度总和数据,Ma表示宏观影响因素, 、 分别表示归一化后的汇水区面积和归一化后的汇水区坡度总和数据对应的因子权重;
微观影响因素,由下式计算:
(14);
式中:Mi表示微观影响因素,Ti表示栅格的水流汇总指数;
地形起伏影响指数,由下式计算:
(15);
(16);
式中:Tr表示栅格的地形起伏指数,DMa表示归一化后的宏观影响因素,DMi表示归一化后的微观影响因素,w3、w4分别表示宏观影响因素和微观影响因素对应的因子权重。
2.一种面向暴雨洪涝灾害风险分析的地形起伏影响指数确定系统,其特征在于,包括:采集模块:用于获取研究地区的数字高程模型DEM数据;
第一计算模块:用于以DEM数据栅格单元作为计算单元,利用栅格值间的差异计算水流数据,其中,水流数据包括水流下降方向和水流汇总指数;
第二计算模块:用于根据获得的水流数据,计算汇水区数据,其中,汇水区数据包括汇水区面积以及汇水区坡度总和数据;
第三计算模块:用于基于获得的水流汇总指数、汇水区面积以及汇水区坡度总和数据,将汇水区面积和汇水区坡度总和数据各自归一化后乘以对应的因子权重并相加得到宏观影响因素,将水流汇总指数作为微观影响因素,将宏观影响因素与微观影响因素各自归一化后乘以对应的因子权重并相加,获得面向暴雨洪涝灾害风险分析的地形起伏影响指数;
所述水流数据的确定方法,包括以下步骤:以DEM数据栅格单元作为计算单元,计算水流下降方向;
根据获得的水流下降方向,计算水流汇总指数,其中,所述水流下降方向的计算方法,包括以下步骤:逐步选定栅格单元以及其周围八个相邻栅格,逐个计算选定栅格与邻域栅格的栅格差值;
将差值与栅格中心点距离进行比值运算,选择比值最大的方向作为水流的下降方向;
水流方向由下式获取:
(1);
式中:i表示DEM栅格数据中选定的栅格单元,j表示i栅格单元周围的相邻栅格单元,MDi表示计算栅格与其相邻栅格最大高程落差方向,Ai表示计算栅格高程值,Aij表示邻域栅格高程值,Dij表示计算栅格与邻域栅格中心距离, 表示计算栅格与其相邻栅格最大高程落差方向的编号;
所述水流汇总指数的计算方法,包括以下步骤:逐步选定栅格单元,将自身的水流汇总指数+1传给其水流下降方向指向的邻域栅格单元;
水流汇总指数由下式获取:
(2);
式中:Ti表示栅格的水流汇总指数,Tij表示邻域栅格的水流汇总指数,Nij表示邻域栅格的水流下降方向数值;
所述汇水区数据的确定方法,包括以下步骤:根据获得的水流汇总指数,结合水流下降方向数据计算汇水路线;
根据获得的汇水路线数据,进行汇水区的计算提取以及汇水区面积的计算;
基于计算提取的汇水区,利用DEM数据计算汇水区坡度总和数据,其中,所述汇水路线的计算方法,包括以下步骤:设定阈值,提取水流汇总指数中大于阈值的栅格并保留作为汇水点,其中,栅格数据由下式提取:CTi=Ti,Ti>Con (3);
式中:CTi表示水流汇总指数高于阈值的栅格,Ti表示栅格的水流汇总指数,Con表示设定阈值;
利用提取的栅格数据,结合水流下降方向数据,提取汇水路线,其中,汇水路线由下式提取: (4);
上式表明了汇水路线的链接关系,其中Ri表示汇水路线,Nik表示存在水流汇总指数的Ni栅格及其水流下降方向k,CTk表示水流下降方向k上的栅格;
所述汇水区以及汇水区面积的计算方法,包括以下步骤:以汇水路线的汇水点作为研究对象,从邻域栅格开始,逐步扩大研究范围,寻找水流下降方向指向汇水节点的栅格单元,组成汇水区,其中,汇水区由下式计算提取:
(5);
式中:CA为汇水区,CRi为汇水路线栅格,CRij为水流下降方向指向CRi的栅格;
将汇水区内栅格面积总和作为汇水区面积,其中,汇水区面积由下式获取:
(6);
式中:SCA表示汇水区面积,CAi表示汇水区中栅格,x表示栅格宽度,y表示栅格高度;
所述汇水区坡度总和数据的计算方法,包括以下步骤:以栅格单元及其邻域栅格作为研究对象,利用栅格单元值的变化获取栅格单元横向和纵向的变化率,进而获取栅格单元的坡度数据,将汇水区内的坡度数据求和;
其中,栅格单元的坡度数据由下式获取: (7);
式中:Slope为栅格坡度, 表示栅格单元的横向变化率, 表示栅格单元的纵向变化率;
其中,栅格单元横向和纵向的变化率的获取方法,包括以下步骤:以正在计算的栅格单元e为中心,其周围八个相邻的栅格单元从左至右依次以a、b、c、d、f、g、h、m表示;
栅格单元的横向变化率由下式获取:
(8);
栅格单元的纵向变化率由下式获取:
(9);
坡度总和数据由下式获取:
(10);
式中:SumSlo表示区域内栅格坡度总和, 表示区域内的栅格坡度;
所述归一化处理由下式进行:
(11);
式中: 表示栅格的归一化值, 表示指标值,max和min分别表示指标中的最大值和最小值;
宏观影响因素,由下式计算:
(12);
(13);
式中: 表示归一化后的汇水区面积, 表示归一化后的汇水区坡度总和数据,Ma表示宏观影响因素, 、 分别表示归一化后的汇水区面积和归一化后的汇水区坡度总和数据对应的因子权重;
微观影响因素,由下式计算:
(14);
式中:Mi表示微观影响因素,Ti表示栅格的水流汇总指数;
地形起伏影响指数,由下式计算:
(15);
(16);
式中:Tr表示栅格的地形起伏指数,DMa表示归一化后的宏观影响因素,DMi表示归一化后的微观影响因素,w3、w4分别表示宏观影响因素和微观影响因素对应的因子权重。
3.一种面向暴雨洪涝灾害风险分析的地形起伏影响指数确定装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;
所述存储介质用于存储指令;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1所述方法的步骤。
4.计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。