基于DEM模拟淹没区域随时间推演算法代码展示
之前写的一篇博客讲基于dem模拟淹没区域随时间推演的算法：https://blog.csdn.net/wqy248/article/details/81119550
有些朋友留言希望看一下实现源码，所以在这篇文章中展示其中主要实现代码，完整工程资源见：https://download.csdn.net/download/wqy248/10968410
但是我想实际上没有下载完整工程的必要，因为每个人看完这篇文章都可以写出适用于自己项目的程序了。
首先需要申明的是，数据处理的原dem文件因为涉密缘故不能发在网上，大家可以使用自己的dem文件（tif格式），并且需要自己记录出水口大坝的位置（符合对应dem的投影坐标），实际程序迭代过程需要用到。
本次实现的整体流程：
1.根据dem生成另一张图，这张图记录了所有被淹没点在时间轴上的位置，类似下图所示：（之所以呈扇形排布，是因为模拟水流入平地处呈圆形扩散开来的态势，在山地区域就不会看到明显的扇状）
2.使用arcgis的工具箱arctoolbox中的工具，把上面生成的tif图片生产成不同时间点的shp矢量图，方法是重分类，比如指定时间为1（这里的1并不是指1s，而是一个相对概念），则得到重分类的阈值为1，上图value值小于等于1的为一类，大于1的为另一类，把小于等于1的那一类由栅格转矢量就得到一个面状图形，这个面状图形代表时间为1时水淹没到哪里，然后给时间+10，继续重复以上步骤，得到另一个shp，代表时间为11时水淹没到哪里，依次类推直到最大的时间点，得到的shp是面积最大的淹没区域，可以根据实际需要确定每次增加时间数量，越小则约流畅平滑，但是生成的shp图层越多，越大则反之。
3.使用gisapi加载到应用项目中（按照时间顺序依次加载不同的shp图层，就可以看到动态的淹没区域演变过程了）。
本文主要介绍第一步，即如何根据一张dem 的tif格式地图生成标注淹没时间点的栅格图。
首先确定大坝位置，大坝位置是种子点、出水口，我们要实现的是有源淹没，必须有一个出水的位置。打开arcmap，打开dem地图，我们标出大坝的位置（相连的像素点）：
把鼠标移动到每个像素点记录下这些像素点的x、y坐标（这是在dem图的坐标系下的xy坐标）。
C#程序代码如下：
using OSGeo.GDAL;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using Oracle.DataAccess.Client;
using System.Threading;
namespace WindowsFormsApplication1
{
public partial class Form1 : Form
{
int m_XSize, m_YSize;
double[] m_adfGeoTransform = new double[6];
string projection;
double[] m_FloodBuffer;
List dabapois = new List();
double peradddem = 2;//设定死的每秒单个格子上升多少m
double perextend = 1;//设定死一次扩充1个格子
public Form1()
{
InitializeComponent();
//此处是大坝位置坐标，有多少记录多少，这里是假数据
dabapois.Add(new PoiD(1111, 2222));
dabapois.Add(new PoiD(2222, 33333));
dabapois.Add(new PoiD(2222, 33333));
dabapois.Add(new PoiD(2222, 33333));
dabapois.Add(new PoiD(2222, 33333));
dabapois.Add(new PoiD(2222, 33333));
}
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
try
{
OSGeo.GDAL.Gdal.AllRegister();
OSGeo.GDAL.Dataset dataSet = OSGeo.GDAL.Gdal.Open(@"******zidingyi\fillabove0.tif", Access.GA_ReadOnly); //dem tif图片所在文件位置
m_XSize = dataSet.RasterXSize;
m_YSize = dataSet.RasterYSize;
m_FloodBuffer = new double[m_XSize * m_YSize];
dataSet.GetRasterBand(1).ReadRaster(0, 0, m_XSize, m_YSize, m_FloodBuffer, m_XSize, m_YSize, 0, 0);
dataSet.GetGeoTransform(m_adfGeoTransform);
projection=dataSet.GetProjection();
}
catch (Exception err)
{
Console.WriteLine(err.Message);
}
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
double floodheight = Convert.ToDouble(textBox1.Text);
FloodFill8Direct(floodheight);
MessageBox.Show("创建完毕");
}
private int getIndex(PointEleva point)
{
return point.Y * m_XSize + point.X;
}
private double GetElevation(PointEleva m_point)
{
int idx = getIndex(m_point);
if(idx>=m_FloodBuffer.Length||idx<0)
{
return 10000000;
}
return m_FloodBuffer[idx];
}
///
/// 种子扩散算法淹没分析
///
/// 种子点纬度
/// 种子点经度
/// 淹没水位
public void FloodFill8Direct(double m_FloodLevel)
{
List m_FloodBufferList = new List(); //淹没缓冲区堆栈
bool[,] IsFlood; //淹没区域标记二维数组，用于标记淹没栅格
double[,] IsFloodLevel;
double maxfloodlevel = 1;
IsFlood = new bool[m_XSize, m_YSize];
IsFloodLevel = new double[m_XSize, m_YSize];
for(int i=0;i 3) continue;
//if ((i == rowX - 2 || i == rowX + 2) && j != colmY) continue;
//if ((i == rowX - 1 || i == rowX + 1) && (j == colmY - 2 || j == colmY + 2)) continue;
if (isdaba && (i + j) <= (rowX + colmY))
continue;
//判断是否到达栅格边界
if (i < m_XSize && i >= 0 && j < m_YSize && j >= 0)
{
PointEleva temp_point = new PointEleva();
temp_point.X = i;
temp_point.Y = j;
temp_point.Elevation = GetElevation(temp_point);
temp_point.IsDaba = false;
temp_point.parentPoint = pFloodSourcePoint_temp;
if (temp_point.Elevation <= 0)
continue;
bool isflood = IsFlood[temp_point.X, temp_point.Y];
//搜索可以淹没且未被标记的栅格单元
if ((temp_point.Elevation <= m_FloodLevel || temp_point.Elevation <= pFloodSourcePoint_temp.Elevation) && IsFlood[temp_point.X, temp_point.Y] == false)
// if (temp_point.Elevation <= m_FloodLevel || temp_point.Elevation <= pFloodSourcePoint_temp.Elevation)
{
IsFlood[temp_point.X, temp_point.Y] = true;
temp_point.IsFlooded = true;
PointEleva flagpoi = pFloodSourcePoint_temp;
PointEleva newflagpoi = pFloodSourcePoint_temp;
bool flag = true;
while (flag && newflagpoi.FloodLevel > 1)
{
flagpoi = newflagpoi;
newflagpoi = flagpoi.originPoi;
flag = PointsCanReturn(IsFlood, new Point(temp_point.X, temp_point.Y), new Point(newflagpoi.X, newflagpoi.Y));
}
temp_point.originPoi = flagpoi;
temp_point.FloodLevel = temp_point.originPoi.FloodLevel + temp_point.PerDistance;
//将符合条件的栅格单元加入堆栈，标记为淹没，避免重复运算
m_FloodBufferList.Add(temp_point);
IsFloodLevel[temp_point.X, temp_point.Y] = temp_point.FloodLevel;
if (IsFloodLevel[temp_point.X, temp_point.Y] > maxfloodlevel)
{
maxfloodlevel = IsFloodLevel[temp_point.X, temp_point.Y];
}
}
}
}
}
}
double[] waterbuffer = new double[m_FloodBuffer.Length];
for (int i = 0; i < m_XSize; i++)
for (int j = 0; j < m_YSize; j++)
{
waterbuffer[j * m_XSize + i] = IsFloodLevel[i, j];
}
writegeotif(System.IO.Path.GetDirectoryName(System.Windows.Forms.Application.ExecutablePath) + "\\FloodSimulation\\water" + "_" + m_FloodLevel.ToString() + ".tif",
waterbuffer, m_adfGeoTransform, m_XSize, m_YSize);
}
private bool PointsCanReturn(bool[,] isflood,Point poi1,Point poi2)
{
int dx = poi2.X - poi1.X;
int dy = poi2.Y - poi1.Y;
List poi = new List();
int dtx = (dx==0)?0:dx/Math.Abs(dx);
int dty = (dy==0)?0:dy/Math.Abs(dy);
if(Math.Abs(dx)>Math.Abs(dy))
{
int xmid = poi1.X+dtx;
while(xmid!=poi2.X)
{
int ymid = (xmid - poi1.X) * dy / dx + poi1.Y;
poi.Add(new Point(xmid, ymid));
xmid += dtx;
}
}
else
{
int ymid = poi1.Y + dty;
while(ymid!=poi2.Y)
{
int xmid = (ymid - poi1.Y) * dx / dy + poi1.X;
poi.Add(new Point(xmid, ymid));
ymid += dty;
}
}
foreach(Point p in poi)
{
if(isflood[p.X,p.Y]==false)
{
return false;
}
}
return true;
}
private void writegeotif(string path,double[] data,double[] transform,int width,int height)
{
//在GDAL中创建影像,先需要明确待创建影像的格式,并获取到该影像格式的驱动
OSGeo.GDAL.Driver driver = Gdal.GetDriverByName("GTiff");
//调用Creat函数创建影像
if (System.IO.File.Exists(path))
{
System.IO.File.Delete(path);
}
Dataset m_FloodSimulatedDataSet = driver.Create(path, width, height, 1, DataType.GDT_Float32, null);
//设置影像属性
m_FloodSimulatedDataSet.SetGeoTransform(transform); //影像转换参数
m_FloodSimulatedDataSet.SetProjection(projection); //投影
m_FloodSimulatedDataSet.GetRasterBand(1).WriteRaster(0, 0, width, height, data, width, height, 0, 0);
m_FloodSimulatedDataSet.GetRasterBand(1).FlushCache();
m_FloodSimulatedDataSet.FlushCache();
}
///
/// 从地理空间转换到像素空间
///
/// 影像坐标变化参数
/// X
/// Y
/// 像素所在行
/// 像素所在列
public void geoToImageSpace(double[] m_GeoTransform,int sizex,int sizey, double x, double y, out int pixel, out int line,out int totalindx)
{
line = (int)((y * m_GeoTransform[1] - x * m_GeoTransform[4] + m_GeoTransform[0] * m_GeoTransform[4] - m_GeoTransform[3] * m_GeoTransform[1]) / (m_GeoTransform[5] * m_GeoTransform[1] - m_GeoTransform[2] * m_GeoTransform[4]));
pixel = (int)((x - m_GeoTransform[0] - line * m_GeoTransform[2]) / m_GeoTransform[1]);
totalindx = sizex * line + pixel;
}
}
public class PoiD
{
public double X;
public double Y;
public PoiD(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}
}
//点结构体
public class PointEleva
{
public int X; //行号
public int Y; //列号
public double Elevation; //像素值(高程值)
public bool IsFlooded; //淹没标记
public bool IsDaba;//标记是否为大坝出水口
public double PerDistance
{
get
{
return Math.Sqrt((X - originPoi.X) * (X - originPoi.X) + (Y - originPoi.Y) * (Y - originPoi.Y));
}
}
public double FloodLevel; //淹没层级
public PointEleva parentPoint;//父亲节点
public PointEleva originPoi;//可识别原始点
};
}