一种坡面水流深度计算系统及方法

摘要

本发明提供了一种坡面水流深度计算系统，系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；同步器控制相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算系统，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

权利要求

1.一种坡面水流深度计算系统，其特征在于，所述系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；

所述坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；所述人工降雨系统用于在指定的所述坡面模型上进行降雨；

所述数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对所述地形图像进行分析，生成所述坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；

所述地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；

确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组；

依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据；

所述地理信息处理系统包括：数据获取模块以及计算模块；

所述数据获取模块分别对 各所述数字高程模型进行分析，获取所述坡面模型的各栅格对应的第一参数组，所述第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数，所述数据获取模块依据降雨强度、所述坡面模型的物质组成、土壤质地确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组，其中所述第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率；

通过以下公式，所述计算模块依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据；

h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；

其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为坡面糙率，Acc为汇流累计数，k为坡面稳定入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、e为参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相机阵列包括6个高速摄影器；

各所述高速摄影器的焦点均为所述坡面模型的中心。

3.一种坡面水流深度计算方法，其特征在于，所述方法包括：

搭建坡面模型；

启动人工降雨系统，其中，所述人工降雨系统在指定的所述坡面模型上进行降雨；

启动数字地形采集系统对所述坡面模型的地形数据进行采集；

所述数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像；

基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对所述地形图像进行分析，生成所述坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；

启动地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组，确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组；

所述启动地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组，确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组的步骤包括：分别对各所述数字高程模型进行分析，获取所述坡面模型的各栅格对应的第一参数组，所述第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数；

依据降雨强度、所述坡面模型的物质组成、土壤质地确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组，其中所述第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率；

通过以下公式，依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据；h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；

其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为坡面糙率，Acc为汇流累计数，k为坡面稳定入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、e为参数。

说明书

一种坡面水流深度计算系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及坡面水文过程观测试验领域，设计坡面水流深度计算技术领域，特别是涉及一种坡面水流深度计算系统及方法。

背景技术

[0002] 坡面水流是指由于降雨或者融雪而形成的，并在重力作用下沿着坡面流动的薄层水流。它是在降雨量超过土壤入渗和地面洼蓄能力时产生的，坡面水流与一般的明渠水流相比有很多的不同之处，它受土壤类型、植被覆盖、土地利用类型、降雨特征及其扰动、含沙量、流道等天然或人工因素影响。因而其运动规律及水力特性非常复杂。研究坡面水流，对于解决流域土壤侵蚀及产沙、城市水文、泥沙灾害及环境工程等问题均有重要的科学意义。

[0003] 由于坡面薄层水流是自然界广泛分布的水文现象，而自然界的坡面形态复杂，且水流很薄，因此难以对全坡面的水流深度进行观测。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种坡面水流深度计算系统及方法，以解决现有技术中难以观察、计算全坡面水流深度的问题。

[0005] 为了解决上述问题，本发明公开了一种坡面水流深度计算系统，所述系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；所述坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；所述人工降雨系统用于在指定的所述坡面模型上进行降雨；所述数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对所述地形图像进行分析，生成所述坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；所述地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0006] 优选地，所述地理信息处理系统包括：数据获取模块以及计算模块；所述数据获取模块分别各所述数字高程模型进行分析，获取所述坡面模型的各栅格对应的第一参数组，所述第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数，所述数据获取模块依据降雨强度、所述坡面模型的物质组成、土壤质地确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组，其中所述第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率；所述计算模块依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0007] 优选地，所述地理信息处理系统通过以下公式对各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出所述数字高程模型中每个栅格的坡面水流深度数据进行计算：h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为坡面糙率，Acc为汇流累计数，k为坡面稳定入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、e为参数。

[0008] 优选地，所述相机阵列包括6个高速摄影器；各所述高速摄影器的焦点均为所述坡面模型的中心。

[0009] 为了解决上述问题，本发明还公开了一种坡面水流深度计算方法，所述方法包括：搭建坡面模型；启动人工降雨系统，其中，所述人工降雨系统在指定的所述坡面模型上进行降雨；启动数字地形采集系统对所述坡面模型的地形数据进行采集；所述数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像；基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对所述地形图像进行分析，生成所述坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；启动地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组，确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0010] 优选地，所述启动地理信息处理系统对各所述数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组，确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组的步骤包括：分别对各所述数字高程模型进行分析，获取所述坡面模型的各栅格对应的第一参数组，所述第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数；依据降雨强度、所述坡面模型的物质组成、土壤质地确定所述坡面模型中各栅格对应的第二参数组，其中所述第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率。

[0011] 优选地，通过以下公式对各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出所述数字高程模型中每个栅格的坡面水流深度数据进行计算：h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为坡面糙率，Acc为汇流累计数，k为坡面稳定入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、e为参数。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0013] 本发明提供的坡面水流深度计算系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；人工降雨系统用于在指定的坡面模型上进行降雨；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；并根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算方案，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例一的一种坡面水流深度计算系统的示意图；

[0015] 图2是本发明实施例二的一种坡面水流深度计算系统的示意图；

[0016] 图3是本发明实施例三的一种坡面水流深度计算方法的步骤流程图；

[0017] 图4是本发明实施例四的一种坡面水流深度计算方法的步骤流程图。

具体实施方式

[0018] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0019] 实施例一

[0020] 参照图1，示出了本发明实施例一的一种坡面水流深度计算系统的示意图。

[0021] 本发明实施例提供的坡面水流深度计算系统包括：数字地形采集处理系统101、坡面搭建系统102(图中搭建系统未示出)、人工降雨系统103以及地理信息处理系统104。

[0022] 坡面搭建系统102搭建试验所观测的坡面模型1021；人工降雨系统103 用于在指定的坡面模型上进行降雨。

[0023] 数字地形采集系统101包括相机阵列1011和同步器1012；相机阵列1011 排布在坡面模型1021上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型1021的地形图像，同步器1012控制相机阵列1011中的各相机同步拍摄地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点。

[0024] 地理信息处理系统104对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组，根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组。

[0025] 依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0026] 栅格数字高程模型数据又称为网格数据，结构简单，只有行列，对应像元的值，属性明显，表达直观。栅格在一种特殊的影像格式，一般影像格式有JPG、BMP、TIF、PNG等。数字高程模型属于一种连续表面的栅格图，是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由底面规则格网点的高程值构成的矩形，形成栅格结构数据集，通过将地理信息数据、遥感影响结合，进行矢量化处理，从而构建数字高程模型。单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出，在基于3*3的栅格内，根据栅格间的最大距离权落值，即高程落差，判断水流的方向。根据栅格的水流方向，可以统计流经此栅格的上游的栅格数量，进而计算出流入此栅格的上游栅格数，即反映了该栅格的汇流范围。汇流累计数的计算在ArcGIS、MapGIS等软件中均有成熟的计算模块和算法。

[0027] 本发明提供的一种坡面水流深度计算系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；人工降雨系统用于在指定的坡面模型上进行降雨；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算方案，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

[0028] 实施例二

[0029] 参照图2，示出了本发明实施例二的一种坡面水流深度计算系统的示意图。

[0030] 本发明实施例提供的坡面水流深度计算系统包括：数字地形采集处理系统201、坡面搭建系统202、人工降雨系统203以及地理信息处理系统204。

[0031] 坡面搭建系统202搭建试验所观测的坡面模型2021；人工降雨系统203 用于在指定的坡面模型2021上进行降雨。

[0032] 人工降雨系统主要是为试验区模拟降雨条件，其降雨强度10-200m/h可调，降雨均匀度大于0.8。

[0033] 数字地形采集系统201包括相机阵列2011和同步器2012；相机阵列2011 排布在坡面模型2021上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型2021的地形图像，同步器2012控制相机阵列2011中的各相机同步拍摄地形图像。

[0034] 基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型。其中，每个数字高程模型对应一个时间点。具体地，相机阵列包括6个高速摄影器；各高速摄影器的焦点均为坡面模型的中心，以方便拍摄。

[0035] 地理信息处理系统204对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组并确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；并依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0036] 具体地，地理信息处理系统204包括：数据获取模块2041以及计算模块2042。

[0037] 数据获取模块2041分别对各数字高程模型进行分析，获取坡面模型的各栅格对应的第一参数组，第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数。数据获取模块依据降雨强度、坡面模型的物质组成、土壤质地确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组，其中第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率。计算模块2042依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0038] 栅格数字高程模型数据又称为网格数据，结构简单，只有行列，对应像元的值，属性明显，表达直观。栅格在一种特殊的影像格式，一般影像格式有JPG、BMP、TIF、PNG等。数字高程模型属于一种连续表面的栅格图，是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由底面规则格网点的高程值构成的矩形，形成栅格结构数据集，通过将地理信息数据、遥感影响结合，进行矢量化处理，从而构建数字高程模型。单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出，在基于3*3的栅格内，根据栅格间的最大距离权落值，即高程落差，判断水流的方向。根据栅格的水流方向，可以统计流经此栅格的上游的栅格数量，进而计算出此栅格的汇流累计量反应了栅格的积水深度和范围，也反应了该栅格形成地表汇流的难易程度。

[0039] 对各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出数字高程模型中每个栅格的坡面水流深度数据进行计算：

[0040] h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；

[0041] 其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为坡面糙率，Acc为汇流累计数，k为坡面稳定入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、 e为参数。

[0042] 本发明提供的一种坡面水流深度计算系统包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；人工降雨系统用于在指定的坡面模型上进行降雨；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；并根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算方案，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

[0043] 实施例三

[0044] 参照图3，示出了本发明实施例三的一种坡面水流深度计算方法的步骤流程图。

[0045] 本发明实施例提供的坡面水流深度计算方法包括以下步骤：

[0046] 步骤301：搭建坡面模型。

[0047] 步骤302：启动人工降雨系统。

[0048] 人工降雨系统主要是为试验区模拟降雨条件，其降雨强度10-200m/h可调，降雨均匀度大于0.8。

[0049] 其中，人工降雨系统在指定的坡面模型上进行降雨。

[0050] 步骤303：启动数字地形采集系统对坡面模型的地形数据进行采集。

[0051] 数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，同步器控制相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像。

[0052] 具体地，相机阵列包括6个高速摄影器；各高速摄影器的焦点均为坡面模型的中心，以方便拍摄。

[0053] 步骤304：基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型。

[0054] 其中，每个数字高程模型对应一个时间点。

[0055] 步骤305：启动地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组。

[0056] 步骤306：根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组。

[0057] 步骤307：依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0058] 栅格数字高程模型数据又称为网格数据，结构简单，只有行列，对应像元的值，属性明显，表达直观。栅格在一种特殊的影像格式，一般影像格式有JPG、BMP、TIF、PNG等。数字高程模型属于一种连续表面的栅格图，是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由底面规则格网点的高程值构成的矩形，形成栅格结构数据集，通过将地理信息数据、遥感影响结合，进行矢量化处理，从而构建数字高程模型。单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出，在基于3*3的栅格内，根据栅格间的最大距离权落值，即高程落差，判断水流的方向。根据栅格的水流方向，可以统计流经此栅格的上游的栅格数量，进而计算出此栅格的汇流累计两反应了栅格的积水深度和范围，也反应了该栅格形成地表汇流的难易程度。本发明提供的一种坡面水流深度计算方法包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；人工降雨系统用于在指定的坡面模型上进行降雨；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；其中，每个数字高程模型对应一个时间点；地理信息处理系统各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；并根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算方案，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

[0059] 实施例四

[0060] 参照图4，示出了本发明实施例四的一种坡面水流深度计算方法的步骤流程图。

[0061] 本发明实施例提供的坡面水流深度计算方法包括以下步骤：

[0062] 步骤401：搭建坡面模型。

[0063] 步骤402：启动人工降雨系统。

[0064] 人工降雨系统主要是为试验区模拟降雨条件，其降雨强度10-200m/h可调，降雨均匀度大于0.8。

[0065] 其中，人工降雨系统在指定的坡面模型上进行降雨。

[0066] 步骤403：启动数字地形采集系统对坡面模型的地形数据进行采集。

[0067] 数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，同步器控制相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像。

[0068] 具体地，相机阵列包括6个高速摄影器；各高速摄影器的焦点均为坡面模型的中心，以方便拍摄。

[0069] 步骤404：基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型。

[0070] 其中，每个数字高程模型对应一个时间点。

[0071] 步骤405：分别对各数字高程模型进行分析，获取坡面模型的各栅格对应的第一参数组。

[0072] 步骤406：根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组。

[0073] 第一参数组包括：坡度、坡面曲率以及汇流累计数。

[0074] 具体地，坡面汇流是降雨或融雪形成的径流从它形成的地点沿坡地向河槽的汇集过程。

[0075] 步骤407：依据降雨强度、坡面模型的物质组成、土壤质地确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组。

[0076] 第二参数组包括：降雨强度、坡面糙率以及坡面稳定入渗率。

[0077] 栅格数字高程模型数据又称为网格数据，结构简单，只有行列，对应像元的值，属性明显，表达直观。栅格在一种特殊的影像格式，一般影像格式有JPG、BMP、TIF、PNG等。数字高程模型属于一种连续表面的栅格图，是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由底面规则格网点的高程值构成的矩形，形成栅格结构数据集，通过将地理信息数据、遥感影响结合，进行矢量化处理，从而构建数字高程模型。单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出，在基于3*3的栅格内，根据栅格间的最大距离权落值，即高程落差，判断水流的方向。根据栅格的水流方向，可以统计流经此栅格的上游的栅格数量，进而计算出此栅格的汇流累计两反应了栅格的积水深度和范围，也反应了该栅格形成地表汇流的难易程度。

[0078] 步骤408：依据各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。

[0079] 具体地，通过以下公式对各数字高程模型对应的所述第一参数组以及所述第二参数组计算出所述数字高程模型中每个栅格的坡面水流深度数据进行计算：

[0080] h＝β*Ia*nb*Accc/(kd*SSe)；

[0081] 其中，h为坡面水流深度，I为降雨强度，n为糙率，Acc为坡面汇流累计数，k为入渗率，SS为地表剖面曲率，β为系数，a、b、c、d、e为参数。本发明提供的一种坡面水流深度计算方法包括：数字地形采集处理系统、坡面搭建系统、人工降雨系统以及地理信息处理系统；坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；人工降雨系统用于在指定的坡面模型上进行降雨；数字地形采集系统包括相机阵列和同步器；相机阵列排布在坡面上方，用于在试验过程中拍摄坡面模型的地形图像，基于近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对地形图像进行分析，生成坡面模型的数字高程模型；地理信息处理系统对各数字高程模型进行分析计算，生成各数字高程模型对应的第一参数组；并根据第一组参数的栅格结构确定坡面模型中各栅格对应的第二参数组；依据各数字高程模型对应的第一参数组以及第二参数组计算出每个时间点、每个栅格的坡面水流深度数据。可见，本发明提供的坡面水流深度计算方案，通过实时采集坡面地形数据并构造坡面模型的数字高程模型数据，能够对坡面薄层水流进行全方位观察、并实时计算全坡面的坡面水流深度。

[0082] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

[0083] 以上对本发明所提供的一种坡面水流深度计算系统及方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。