基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法技术

本发明专利技术提供基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，形成一套完整的适用于铁路桥涵勘测设计中桥渡水文径流计算的快捷分析方法。涉及基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，利用GIS技术，结合铁路线位对铁路上游流域进行水文分析，输出流域范围、设计流量水文计算成果，用于指导铁路桥涵勘察设计。采用本发明专利技术的技术方案，应用自主二次开发了区域水文分析工具和上游水文分析工具，其中，区域水文分析工具集成了ArcGIS自带的水文工具，实现一键计算；上游水文分析工具是自主开发的计算方法，能结合铁路线位完成水文计算，切合铁路桥渡水文的需要，更加自动便捷。

【技术实现步骤摘要】
基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法
本专利技术涉及铁路桥涵勘察设计
，尤其是涉及一种基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法。
技术介绍
中国地域辽阔，铁路频繁跨越或濒临不同类型的河流与沟谷，大部分处于水害经常发生之范围，致使铁路及相关设备遭受的洪水灾害极为严重，其中就包含铁路桥梁与涵洞。降雨在重力作用下沿地表流动汇聚，在流域出口断面形成径流。桥渡水文径流计算是铁路桥涵勘察设计的重要环节，是桥涵孔跨设计、高程设计的重要数据基础，其主要目标为实现桥涵工程的防洪避害。传统勘察设计手段中，桥渡水文径流计算主要基于平面地形图以及水文调查开展，结合铁路工程线路线位，凭借技术人员的知识和经验手工绘制流域范围，提取汇水面积、主沟坡长坡降等数据，完成水文分析与计算。随着经济社会发展，传统手段在两个方面存在不足：1)对专业人员的技术水平要求高，人工操作工作繁重，计算精度及效率偏低；2)信息化程度低，水文信息无法有效地存储和传递，难以满足对水文数据进行管理及数据挖掘的需求。应用GIS技术可以对空间信息进行分析处理，ArcGIS平台下的空间分析工具可提供简易的地表水文分析功能。如今需要对ArcGIS进行二次开发以适应铁路桥涵勘察设计需求并克服铁路桥渡水文径流计算中存在的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，能够建立一种新的GIS技术支持下的铁路桥渡水文分析与计算系统，不仅能够降低对作业人员的技术水平要求、提高作业效率，还可以提升铁路桥渡水文计算的信息化程度，在铁路桥涵勘察设计领域具有广阔的应用前景。本专利技术提供了一种基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，利用GIS技术，结合铁路线位对铁路上游流域进行水文分析，输出流域范围、设计流量水文计算成果，用于指导铁路桥涵勘察设计，具体包括如下步骤：步骤A，提取三维特征点数据并对DEM数据进行处理，输出IMG格式DEM数据：步骤B、应用ArcGIS软件二次开发的区域水文分析工具，结合步骤A的IMG格式DEM数据，自动运行多个命令，直接输出流向栅格数据、累积流量栅格数据、河网矢量线和汇水区域矢量线；步骤C、利用ArcGIS软件二次开发的上游水文分析工具，结合铁路线位矢量数据(除DEM数据外的另外一项初始输入数据)，完成铁路上游流域水文分析，并得到铁路线位上游河网矢量线以及上游汇水流域范围；步骤D、提取步骤C中获得的铁路上游流域水文分析数据，完成铁路桥渡水文计算，结合上游流域水文分析数据，计算输出对应沟心点上游汇水区域面积、输出主沟流域长度和流域坡度等数据；步骤E、区域水文分析工具中水文分析与计算成果的输出与显示：将步骤B中铁路沿线区域水文分析得到的河网矢量线、汇水流域矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策；并逐一输出各流域的流域信息；将步骤C中铁路上游流域水文分析得到的沟心点矢量、上游河网矢量线、上游汇水流域矢量线、上游主沟矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策，并输出各铁路上游各流域的流域信息，输出步骤D中的桥渡水文计算结果；并对输出的水文计算过程与成果信息进行存储。进一步的，步骤A具体包括如下步骤：首先，从铁路沿线区域的CAD地形图中提取等高线、高程点的三维特征点数据；其次，利用软件创建地形模型，再内插得到点格式DEM数据；最后，对点格式DEM数据进行检查与编辑处理，剔除错误或者异常数据，将最终成果输出为IMG格式的DEM数据。进一步的，步骤A中对点格式DEM数据进行检查与编辑处理，主要包括检查点云数据是否缺失，对照影像检查地形模型(桥梁、房屋等)是否剔除；对出现高程突变的高程点进行编辑校准，具体编辑涉及名为TerraSolid的点云编辑软件。进一步的，步骤A中剔除错误或者异常数据主要包括剔除明显异于周围点高程的点，如高程突变点；编辑的方式可以是删除，也可以是通过专业编辑软件对高程点进行校准，属于检查与编辑处理的内容。进一步的，步骤B中的区域水文分析工具集成有GIS现存在的模块命令，还预设有数据存储格式以及传递标准，能够顺序自动执行7个环节的命令。进一步的，步骤B中，结合步骤A的IMG格式DEM数据完成铁路沿线区域水文分析，具体包括：对铁路沿线区域DEM数据进行填洼处理，取得无洼地的DEM数据；其中，区域水文分析工具包括流向分析、累积流量计算、河网提取、河网矢量化、河网连接信息提取、汇水区域提取和汇水区域矢量线提取这7个环节，以及对各环节的整合，自动运行后直接输出流向栅格数据、累积流量栅格数据、河网矢量线和汇水区域矢量线。进一步的，步骤C中的上游水文分析工具，预设有能够读取输入条件并应用公式完成计算的命令及计算过程。进一步的，步骤C中的铁路上游流域水文分析包括如下步骤：将铁路线位矢量数据的CAD文件转换为shp格式文件，结合步骤B取得的河网矢量线，在上游水文分析工具内计算河网同铁路线位的交点，取得汇水径流在铁路线位处的沟心点矢量；结合步骤B所得到的累积流量栅格数据，利用沟心点矢量与河网矢量线得到铁路线位上游河网矢量线；结合步骤B所得到的汇水区域矢量线，以及上游河网矢量线，取得上游汇水流域范围。进一步的，步骤D中，结合铁路上游流域水文分析结果，逐一提取上游流域水文分析数据，计算输出对应沟心点上游汇水区域面积；结合步骤B所得到的累积流量栅格数据和沟心点矢量，回溯计算径流主沟矢量，计算输出主沟流域长度和流域坡度等数据。进一步的，步骤D中，在水文计算工具内采用桥渡水文计算公式，包含但不限于铁路部门公式、公路部门公式、水利部门公式，输入暴雨强度、流域范围内的植被、坡面、地貌等信息，通过固定顺序的计算过程，自动完成桥渡水文计算。进一步的，步骤D中，结合铁路上游流域水文分析结果，逐一提取上游流域水文分析数据，计算输出对应沟心点上游汇水区域面积；结合步骤B所得到的累积流量栅格数据和沟心点矢量，回溯计算径流主沟矢量，计算输出主沟流域长度和流域坡度等数据。进一步的，步骤E中流域信息均包含但不限于流域面积、流域长度、流域坡度。进一步的，步骤E中，对输出的水文计算过程与成果信息进行固定格式的存储。本专利技术的有益效果如下：采用本专利技术的基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，首先，本专利技术通过基于ArcGIS平台进行二次开发形成了具有区域水文分析、铁路线位上游流域水文分析、上游流域数据提取与计算的工具，将原先需人工完成的汇水区域识别、河网识别、桥渡水文径流计算转化为计算机处理，设置汇流累积量阈值，程序自行完成铁路线位上游流域汇水面积、流域长度、流域坡度的计算；并开放对汇水区域的编辑功能，允许人工校核干预。其次，本专利技术对铁路桥渡水文分析与计算进行了整合，省略复杂的计算过程，结果数据以固定格式文件的形式存储，解决了过往数据存储、传递的问题，提升了铁路桥渡水文计算的信息化程度。最后，二次开发所形成的应用环境相较于ArcGIS自身的功能更容易上手，铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，利用GIS技术，结合铁路线位对铁路上游流域进行水文分析，输出流域范围、设计流量水文计算成果，用于指导铁路桥涵勘察设计，具体包括如下步骤：/n步骤A、提取三维特征点数据并对DEM数据进行处理，输出IMG格式DEM数据；/n步骤B、应用ArcGIS软件二次开发的区域水文分析工具，结合步骤A的IMG格式DEM数据，自动运行多个命令，直接输出流向栅格数据、累积流量栅格数据、河网矢量线和汇水区域矢量线；/n步骤C、利用ArcGIS软件二次开发的上游水文分析工具，结合铁路线位矢量数据(除DEM数据外的另外一项初始输入数据)，完成铁路上游流域水文分析，并得到铁路线位上游河网矢量线以及上游汇水流域范围；/n步骤D、提取步骤C中获得的铁路上游流域水文分析数据，完成铁路桥渡水文计算，结合上游流域水文分析数据，计算输出对应沟心点上游汇水区域面积、输出主沟流域长度和流域坡度等数据；/n步骤E、区域水文分析工具中水文分析与计算成果的输出与显示：/n将步骤B中铁路沿线区域水文分析得到的河网矢量线、汇水流域矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策；并逐一输出各流域的流域信息；/n将步骤C中铁路上游流域水文分析得到的沟心点矢量、上游河网矢量线、上游汇水流域矢量线、上游主沟矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策，并输出各铁路上游各流域的流域信息，输出步骤D中的桥渡水文计算结果；并对输出的水文计算过程与成果信息进行存储。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，利用GIS技术，结合铁路线位对铁路上游流域进行水文分析，输出流域范围、设计流量水文计算成果，用于指导铁路桥涵勘察设计，具体包括如下步骤：
步骤A、提取三维特征点数据并对DEM数据进行处理，输出IMG格式DEM数据；
步骤B、应用ArcGIS软件二次开发的区域水文分析工具，结合步骤A的IMG格式DEM数据，自动运行多个命令，直接输出流向栅格数据、累积流量栅格数据、河网矢量线和汇水区域矢量线；
步骤C、利用ArcGIS软件二次开发的上游水文分析工具，结合铁路线位矢量数据(除DEM数据外的另外一项初始输入数据)，完成铁路上游流域水文分析，并得到铁路线位上游河网矢量线以及上游汇水流域范围；
步骤D、提取步骤C中获得的铁路上游流域水文分析数据，完成铁路桥渡水文计算，结合上游流域水文分析数据，计算输出对应沟心点上游汇水区域面积、输出主沟流域长度和流域坡度等数据；
步骤E、区域水文分析工具中水文分析与计算成果的输出与显示：
将步骤B中铁路沿线区域水文分析得到的河网矢量线、汇水流域矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策；并逐一输出各流域的流域信息；
将步骤C中铁路上游流域水文分析得到的沟心点矢量、上游河网矢量线、上游汇水流域矢量线、上游主沟矢量线与铁路线位叠加，用于辅助铁路勘察设计决策，并输出各铁路上游各流域的流域信息，输出步骤D中的桥渡水文计算结果；并对输出的水文计算过程与成果信息进行存储。


2.根据权利要求1的基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，步骤A具体包括如下步骤：
首先，从铁路沿线区域的CAD地形图中提取等高线、高程点的三维特征点数据；
其次，利用软件创建地形模型，再内插得到点格式DEM数据；
最后，对点格式DEM数据进行检查与编辑处理，剔除错误或者异常数据，将最终成果输出为IMG格式的DEM数据。


3.根据权利要求2的基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，步骤A中对点格式DEM数据进行检查与编辑处理，主要包括：检查点云数据是否缺失，对照影像检查地形模型(桥梁、房屋等)是否剔除；对出现高程突变的高程点进行编辑校准。


4.根据权利要求2的基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，步骤A中剔除错误或者异常数据主要包括剔除明显异于周围点高程的点，如高程突变点；编辑的方式可以是删除，也可以是通过专业编辑软件对高程点进行校准。


5.根据权利要求1的基于GIS技术的铁路桥渡水文分析方法，其特征在于，步骤B中的区域水文分析工具集成有GIS现存在的模块命令，还预设有数据存储格式以及传递标准，能够顺序自动执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鸿国，苏伟，刘洪占，王俊杰，黄漪，王娇，刘思明，宋树峰，赵文，韩祖杰，齐成龙，张少朋，苗永抗，邓江涛，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12