大尺度流域网格分块方法技术

本发明专利技术提供一种大尺度流域网格分块方法，其特征在于，包括：步骤1.基于河道关系，将干支流交汇处划分为节点，在节点的基础上，将流域河道按干支流关系划分为若干河段，按照上下游关系，先对干流进行编号，遇到节点，转到对支流进行编号，再回到对干流进行编号，获得对计算范围内的流域水系完整编码的河段体系；步骤2.根据河段特征，实际计算网格精度需求以及计算机器硬件条件，确定每一河段的分块规则网格数量和大小，对每一河段进行自动重新分块，得到合适的规则网格数量大小的分块；步骤3.根据流域水系的特点，将干支流河段以及节点按照空间位置关系，分为多种类型，按照各种类型分别设置对应的边界交换规则，来实现分块网格的边界自动交换。

Large scale watershed mesh block method

The invention provides a large scale basin grid block method is characterized by comprising the following steps: step 1. on the river, the tributary junction is divided into nodes in node on the basis of the River tributaries according to relationship is divided into several sections according to the relationship between the upstream and downstream of the river, the first number, encounter the number of nodes to the number of tributaries, back to the river, the river system to calculate complete encoding within the scope of reach; step 2. according to the actual characteristics of river, mesh precision requirements and computing machine hardware conditions, determine the number and size of each block grid section, for each section automatic re block block, get the right size of the regular grid number; 3. steps according to the characteristics of the river, the tributary river and the node according to the The spatial location relationship is divided into various types, and the corresponding boundary exchange rules are set up according to various types to realize the automatic boundary exchange of the block grid.

【技术实现步骤摘要】
大尺度流域网格分块方法
本专利技术属于流体力学和环境模拟领域，具体涉及一种大尺度流域网格分块方法。技术背景网格是将整体单元离散化，进行有限元数值模拟计算的前提。随着以有限元数值计算为基础的流体力学计算与二三维水动力水质数学模型的不断发展，计算的单元从局部逐渐拓展到流域尺度，流域尺度的模拟计算精度需求越来越高，流域计算网格越来越多，进行模拟计算的硬件条件和计算能力的不同，如何将流域海量精细网格划分为合适大小的分块网格，来适应流域的特征和计算条件，达到计算效率的最大化，是当前流域大尺度海量网格计算的重要前提，也是提高模拟能力和效率的重要技术难题。网格作为数值计算中的计算单元，当前已有成熟的商业软件可用于正交网格的绘制，还具有网格平滑、正交、删减等方法等可以用来对网格的质量进行检验或编辑。虽然通过利用这些商业软件可以根据意愿绘制合适网格数量的分块网格，但在流域范围内进行绘制时，网格的数量是海量的，要通过将每一块绘制成合适数量的网格块，需要耗费的人力和时间是巨大的。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种大尺度流域网格分块方法，该方法能够获得合适网格数量大小的分块网格，从而实现流域模拟效率的提高。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：本专利技术提供一种大尺度流域网格分块方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.对海量精细规则网格进行分干支流管理：基于河道关系，将干支流交汇处划分为节点，在节点的基础上，将流域河道按干支流关系划分为若干河段，按照上下游关系，先对干流进行编号，遇到节点，转到对支流进行编号，再回到对干流进行编号，将河段依次进行编号，如若遇到存在二级、三级支流乃至更多及支流的情况，先将支流河段编号完整再回到对干流进行编号，由此获得对计算范围内的流域水系完整编码的河段体系；步骤2.对海量精细规则网格进行分块处理：根据河段特征，实际计算网格精度需求以及计算机器的计算速度等硬件条件，确定每一河段的分块规则网格数量和大小，对每一河段进行自动重新分块，得到合适的规则网格数量大小的分块；步骤3.对海量精细规则分块网格的边界进行交换：根据流域水系的特点，将干支流河段以及节点按照空间位置关系，分为多种类型，按照各种类型分别设置对应的边界交换规则，来实现分块网格的边界自动交换。进一步，本专利技术提供的大尺度流域网格分块方法，还可以具有以下特征：步骤1包括如下子步骤：步骤1-1.流域水系体结构的识别与概化：根据流域数字高程模型数据，提取流域河网，按照研究实际研究精度的需要，确定计算所需河网精细程度，即需要到几级支流，按照干支流，上下游关系，概化成平面二维正交枝状图；步骤1-2.水系河道的分段编码：根据步骤1得到的平面二维正交枝状图，首先确定干支流交汇处为节点，然后可根据二三级(三四级等)支流处分块网格数量，在二三级(三四级等)支流交汇处增加节点，并将节点按照上游往下游，先干流，遇支流转到支流，支流节点编码完成再转回干流的顺序依次编号；其次对河道进行编号，两节点之间为一河段，按照上游往下游，先干流，遇支流转到支流，支流节点编码完成再转回干流的顺序；规定沿流域主干流方向为I方向，沿水流方向I增大；沿垂直于主干流方向为J方向，沿主干流水流方向从右往左方向J增大，根据河道与节点之间的相互关系，得到河段节点关系表Table_Reach_N与河段信息表Table_Reach_M，其表结构如下列表1和表2所示；步骤1-3.水系河道的分段类型设置：将节点和河段统一按照一套规则设置类型，并给与相应的代码。表1Table_Reach_N的表结构表2Table_Reach_M的表结构进一步，本专利技术提供的大尺度流域网格分块方法，还可以具有以下特征：步骤1包括如下子步骤：在步骤1-3中，类型信息表Table_Type见下列表3所示，并给与相应的代码；河段类型分为1，2，3，4，节点类型统一为5，河段类型设置规则为：根据步骤1平面二维正交枝状图，选定主干流方向，沿主干流上游往下游方向为1，与1方向相反的为3，从上游往下游，在主干流左侧的为2，在主干流右侧的为4。表3Table_Type的表结构进一步，本专利技术提供的大尺度流域网格分块方法，还可以具有以下特征：步骤1包括如下子步骤：在步骤2中，河段特征为河段的长度和断面宽度。进一步，本专利技术提供的大尺度流域网格分块方法，还可以具有以下特征：步骤1包括如下子步骤：步骤2包括如下子步骤：步骤2-1.网格属性信息配置：待重新分块的分块网格有各类属性信息，网格属性信息表Table_Grid_A，Table_Grid_A信息见下列表4；每一块网格文件，存放在dat文件中，前缀为河流中文名拼音首字母缩写，主干流表示为XX_00N1_00N2，00N1表示将主干流以支流为界进行分段，分段的标号；00N2表示，每一段中每一块分块网格的编号；支流则表示为XX_00N3，N3表示支流中每一块分块网格的编号；构建原始网格信息表Table_Grid_Old，Table_Grid_Old表如下列表5所示：每一块网格的文件中，包含三部分，第一部分为：KIB，IJB_NEW(1，IB)，IJB_NEW(2，IB)，KTYPE_IB(IB)，KK_B(IB)，分别为IB块编号，该块网格的起始一维化IJ编号IJB_NEW(1，IB)，该块网格的末尾一维化IJ编号IJB_NEW(2，IB)，该块所在的河段的分段类型KTYPE_IB(IB)，该块所含的行/列数KK_B(IB)，第一部分共占据一行数据；第二部分为：KIP，(IJ_NN(L，IP)，I_NN(L，IP)，J_NN(L，IP)，L＝1，2)，分别为每一块行/列编号，L＝1时，为每一行/列起始的一维化整体IJ，每一行/列起始的二维的I，每一行/列起始的二维的J，当L＝2时，为每一行/列末尾的一维化整体IJ，每一行/列起始的二维的I，每一行/列起始的二维的J，依次排列，至KK_B(IB)行；第三部分为：IJ_GN(IJM)，(IJ_LN(IJM，L)，L＝1，4)，I_GN(IJM)，J_GN(IJM)，XN(IJM)，YN(IJM)，ZBN(IJM)，分别表示每一个网格的整体一维化IJ编号，相邻位置1，2，3，4方向的网格的整体一维化IJ编号，整体二维I编号，整体二维J编号，网格的X坐标，网格的Y坐标，网格的高程；步骤2-2.分块条件配置：首先对分块条件进行配置，准备配置文件，名称为PART_TYPE，类型为DAT文件，完整名称为PART_TYPE.dat；构建配置信息表Table_Grid_Type，Table_Grid_Type见下列表6，表中包含三部分信息，第一部分：与河段相关，MUL_IBG，KP，MU_IBG(L_P)，IJH_IBG(L_P)，(IB_OLD(L，L_P)，L＝1，MU_IBG(L_P))，分别为河段数，河段序号，每一河段内包含的原始块数，每一河段网格分块数量大小，每一河段内包含的原始块的编号；第二部分，与节点相关：MU_BAY，KP，IB_NU_OLD(L_P)，MU_BAY_IBG(L_P)，(IB_BAY_OLD(L，L_P)，L_BAY_OLD(L，L_P)，L＝1，MU_BAY_IBG(L_P))，分别为节点数，节点序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺度流域网格分块方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.对海量精细规则网格进行分干支流管理：基于河道关系，将干支流交汇处划分为节点，在节点的基础上，将流域河道按干支流关系划分为若干河段，按照上下游关系，先对干流进行编号，遇到节点，转到对支流进行编号，再回到对干流进行编号，将河段依次进行编号，如若遇到存在二级、三级支流乃至更多及支流的情况，先将支流河段编号完整再回到对干流进行编号，由此获得对计算范围内的流域水系完整编码的河段体系；步骤2.对海量精细规则网格进行分块处理：根据河段特征，实际计算网格精度需求以及计算机器的硬件条件，确定每一河段的分块规则网格数量和大小，对每一河段进行自动重新分块，得到合适的规则网格数量大小的分块；步骤3.对海量精细规则分块网格的边界进行交换：根据流域水系的特点，将干支流河段以及节点按照空间位置关系，分为多种类型，按照各种类型分别设置对应的边界交换规则，来实现分块网格的边界自动交换。

【技术特征摘要】
1.一种大尺度流域网格分块方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.对海量精细规则网格进行分干支流管理：基于河道关系，将干支流交汇处划分为节点，在节点的基础上，将流域河道按干支流关系划分为若干河段，按照上下游关系，先对干流进行编号，遇到节点，转到对支流进行编号，再回到对干流进行编号，将河段依次进行编号，如若遇到存在二级、三级支流乃至更多及支流的情况，先将支流河段编号完整再回到对干流进行编号，由此获得对计算范围内的流域水系完整编码的河段体系；步骤2.对海量精细规则网格进行分块处理：根据河段特征，实际计算网格精度需求以及计算机器的硬件条件，确定每一河段的分块规则网格数量和大小，对每一河段进行自动重新分块，得到合适的规则网格数量大小的分块；步骤3.对海量精细规则分块网格的边界进行交换：根据流域水系的特点，将干支流河段以及节点按照空间位置关系，分为多种类型，按照各种类型分别设置对应的边界交换规则，来实现分块网格的边界自动交换。2.根据权利要求1所述的大尺度流域网格分块方法，其特征在于：其中，步骤1包括如下子步骤：步骤1-1.流域水系体结构的识别与概化：根据流域数字高程模型数据，提取流域河网，按照研究实际研究精度的需要，确定计算所需河网精细程度，按照干支流，上下游关系，概化成平面二维正交枝状图；步骤1-2.水系河道的分段编码：根据步骤1得到的平面二维正交枝状图，首先确定干支流交汇处为节点，然后根据支流处分块网格数量，在支流交汇处增加节点，并将节点按照上游往下游，先干流，遇支流转到支流，支流节点编码完成再转回干流的顺序依次编号；其次对河道进行编号，两节点之间为一河段，按照上游往下游，先干流，遇支流转到支流，支流节点编码完成再转回干流的顺序；规定沿流域主干流方向为I方向，沿水流方向I增大；沿垂直于主干流方向为J方向，沿主干流水流方向从右往左方向J增大，根据河道与节点之间的相互关系，得到河段节点关系与河段信息；步骤1-3.水系河道的分段类型设置：将节点和河段统一按照一套规则设置类型，并给与相应的代码。3.根据权利要求2所述的大尺度流域网格分块方法，其特征在于：其中，在步骤1-3中，河段类型分为1，2，3，4，节点类型统一为5，河段类型设置规则为：根据步骤1平面二维正交枝状图，选定主干流方向，沿主干流上游往下游方向为1，与1方向相反的为3，从上游往下游，在主干流左侧的为2，在主干流右侧的为4。4.根据权利要求1所述的大尺度流域网格分块方法，其特征在于：其中，在步骤2中，河段特征为河段的长度和断面宽度。5.根据权利要求1所述的大尺度流域网格分块方法，其特征在于：其中，步骤2包括如下子步骤：步骤2-1.网格属性信息配置：每一块网格文件，存放在dat文件中，前缀为河流中文名拼音首字母缩写，主干流表示为XX_00N1_00N2，00N1表示将主干流以支流为界进行分段，分段的标号；00N2表示，每一段中每一块分块网格的编号；支流则表示为XX_00N3，N3表示支流中每一块分块网格的编号；构建原始网格信息表：每一块网格的文件中，包含三部分，第一部分为：KIB，IJB_NEW(1，IB)，IJB_NEW(2，IB)，KTYPE_IB(IB)，KK_B(IB)，分别为IB块编号，该块网格的起始一维化IJ编号IJB_NEW(1，IB)，该块网格的末尾一维化IJ编号IJB_NEW(2，IB)，该块所在的河段的分段类型KTYPE_IB(IB)，该块所含的行/列数KK_B(IB)，第一部分共占据一行数据；第二部分为：KIP，(IJ_NN(L，IP)，I_NN(L，IP)，J_NN(L，IP)，L＝1，2)，分别为每一块行/列编号，L＝1时，为每一行/列起始的一维化整体IJ，每一行/列起始的二维的I，每一行/列起始的二维的J，当L＝2时，为每一行/列末尾的一维化整体IJ，每一行/列起始的二维的I，每一行/列起始的二维的J，依次排列，至KK_B(IB)行；第三部分为：IJ_GN(IJM)，(IJ_LN(IJM，L)，L＝1，4)，I_GN(IJM)，J_GN(IJM)，XN(IJM)，YN(IJM)，ZBN(IJM)，分别表示每一个网格的整体一维化IJ编号，相邻位置1，2，3，4方向的网格的整体一维化IJ编号，整体二维I编号，整体二维J编号，网格的X坐标，网格的Y坐标，网格的高程；步骤2-2.分块条件配置：首先对分块条件进行配置，准备配置文件，名称为PART_TYPE，类型为DAT文件，完整名称为PART_TYPE.dat；构建配置信息表，表中包含三部分信息，第一部分：与河段相关，MUL_IBG，KP，MU_IBG(L_P)，IJH_IBG(L_P)，(IB_OLD(L，L_P)，L＝1，MU_IBG(L_P))，分别为河段数，河段序号，每一河段内包含的原始块数，每一河段网格分块数量大小，每一河段内包含的原始块的编号；第二部分，与节点相关：MU_BA...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万顺，张潇，王永桂，彭虹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42