一种用于二维流向网格的流域勾绘算法

本文提出一种算法及相关数据模型，用于利用二维流向网格创建流域边界。流向网格是水动力学模型中常见的抽象表示，用于勾绘物理系统（如流域、河流及非河流流路）。所提算法及相关数据模型在流域边界提取中提供了几何级数的速度提升，同时与现有技术相比保持存储约束为线性。该算法称为 Haag Shokoufandehs' March (HSM)，依赖于一种现有数据结构——修正嵌套集模型，该模型最初由 Celko 描述，并于 2017 年由 Haag 和 Shokoufandeh 应用于水动力学模型。所提算法通过绕其对应区域的边缘行进创建流域边界，从不进入内部区域。与随底层区域面积成正比扩展的现有算法不同，HSM 算法的复杂度与边界长度成正比。在面积约 36,000 km^2 的特拉华河流域中，对一组测试流域 (n = 14,718) 的结果表明，使用 30 m DEM 与现有技术相比，计算复杂度降低了 0 至 99%。较大的流域在（读取）操作复杂度上有一致的降低，最大流域在使用传统技术时约需 3500 万次读取，而使用 HSM 算法约需 4.5 万次。对面积约 610 万 km^2 的亚马逊河流域的复杂度建模估计表明，读取次数从 67 亿次降至 140 万次。