基于DEM的降雨淹没算法

数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。

一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。

因为最近接了一个计算降雨时洼地汇水情况的任务，便苦逼的写下了这个算法。因为对GIS相关知识以前并没有过了解，因此算法可能存在诸多疏漏或错误欢迎评论指正。本算法只是一个理想化模型的demo，不包括地表渗水，蒸发等因素。此外，算法中使用的DEM并不是C#中标准的ArcGis相关类，而是自己写的伪代码（偷点懒，先把算法赶出来再说- -）。

本算法从区域的最低点开始，不断向四周递归的淹没临近栅格。使用List来保存最低点数据（从最低到第二低到第三低....），将本次淹没点周围的栅格加入List，直到已淹没的n个栅格能够容纳该区域内的降水总体积而不溢出。

然后上代码了，转用的话麻烦注明一下出处:

using System;
using System.Collections.Generic;/**
* @author mengwei
* @E-mail:951854219@qq.com
* @version 创建时间：2018/7/3
* 本程序为基于DEM(并不是标准的DEM,DEM部分算是伪代码)的降雨淹没算法，模拟一个小区域内降雨淹没的范围
* 本算法仅作为一个简单的理想化demo，还应考虑渗水量(根据地表类型)等因素
* 如有错误或意见欢迎讨论
*/namespace WaterSpread
{class WaterSpread{public class Point:IComparable<Point>{public int X;  //横坐标public int Y;  //纵坐标public int h;  //高程值public Point(int X,int Y,int h){this.X = X;this.Y = Y;this.h = h;}int IComparable<Point>.CompareTo(Point other){Point otherPoint = (Point)other;return (this.h < otherPoint.h ? -1 : (this.h == otherPoint.h ? 0 : 1));}}private int length;  //栅格总长度private int width;  //栅格总宽度private bool[,] isFlooded;  //栅格是否被淹没private bool[,] borderPoints;  //用于标识水位边界点private Point[,] DEM; //dem数据private int waterFall;  //降水量private int s;  //一个栅格的面积private List<Point> depthList = new List<Point>();  //一个按高程从小到大排列的List//构造函数public WaterSpread(Point[,] dem,int fall,int _s){s = _s;waterFall = fall;DEM = dem;length = dem.GetLength(0);width = dem.GetLength(1);isFlooded = new bool[length, width];borderPoints = new bool[length, width];}/// <summary>/// 种子扩散算法淹没分析/// 起始点为洼地最低点/// </summary>/// <param name="posX">淹没起始点横坐标</param>/// <param name="posY">淹没起始点纵坐标</param>public void waterSpreading(int posX,int posY){//若该点未被淹没if (!isFlooded[posX, posY]){isFlooded[posX, posY] = true;//寻找该点周围未被淹没的栅格加入队列int lowest = int.MaxValue;//取临近的八个栅格，从未淹没的栅格中寻找最低点for(int i = posX - 1; i < posX + 2; i++){for(int j = posY - 1; j < posY + 2; j++){if(i >= 0 && i < length && j >= 0 && j < width)if (!isFlooded[i, j] && !(i == posX && j ==posY)){depthList.Add(DEM[i, j]);depthList.Sort();  //对List进行重排序}}}//若水位线高于临近最低点if (depthList[0] != null)lowest = depthList[0].h;if(lowest < waterDepth()){Point curr = depthList[0];depthList.Remove(curr);//递归继续向List的第一个Point淹没waterSpreading(curr.X,curr.Y);}}}/// <summary>/// 计算当前淹没区域的水位距地平面的距离/// </summary>public int waterDepth(){int n = 0;  //淹没栅格总数int h = 0;int totalDepth = 0;  //各个已淹没栅格淹没深度之和for(int i = 0; i < length; i++)for(int j=0;j<width;j++){if(isFlooded[i,j] == true){n++;totalDepth += DEM[i, j].h;}}h = (totalDepth * s + length * width * s * waterFall) / (n * s);return h;}public void showFlooded(){for(int i = 0; i < length; i++){for(int j=0;j< width; j++){if (isFlooded[i, j] == true){Console.WriteLine("点("+i+","+j+")已被淹没");}}}}}
}

namespace WaterSpread
{class test{//测试用例static void Main(string[] args){WaterSpread.Point[,] testDEM = new WaterSpread.Point[1, 3];testDEM[0, 0] = new WaterSpread.Point(0, 0, -5);testDEM[0, 1] = new WaterSpread.Point(0, 1, -7);testDEM[0, 2] = new WaterSpread.Point(0, 2, -6);WaterSpread ws = new WaterSpread(testDEM,1,1);ws.waterSpreading(0, 1);ws.showFlooded();}}
}

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