Cellular automata algorithms for drainage network extraction and rainfall data assimilation

Depuis 2002, dans le cadre du centre d’excellence Cetemps à l’université de L’Aquila, un modèle hydrologique distribué maillé (CHYM) a été développé pour fournir une modélisation générale appliquée à l’alerte opérationnelle de crue. Cet article présente deux nouveaux algorithmes d’automates cellulaires (AC) utilisés respectivement pour l’extraction du réseau de drainage et l’assimilation de données pluviométriques. Le premier est un algorithme basé sur un automate cellulaire qui permet l’extraction du réseau de drainage à partir d’un modèle numérique d’altitude (MNA) arbitraire. Il a été mis en application et testé sur un grand nombre de domaines différents. Cet algorithme peut définir le sens d’écoulement en chaque point du modèle numérique d’altitude où sont présents des points singuliers (sommets ou terrains plats). Le second est une technique numérique à base d’AC pour assimiler différents sources d’information pluviométrique afin de reconstruire le champ de pluie sur une grille. Il a été vérifié que cette technique produit une forme raisonnable du champ de pluie, sans artefacts géométriques qui produisent souvent des gradients irréalistes au sein du champ de pluie.

Since 2002, within the framework of the Cetemps Centre of Excellence at the University of L’Aquila, a distributed grid-based hydrological model (CHYM) has been developed to provide a general purpose model for operational flood warning activity. This paper presents two new cellular automata (CA) algorithms used respectively for drainage network extraction and rainfall data assimilation. The first is a cellular automaton-based algorithm for the extraction of a drainage network from an arbitrary digital elevation model. It has been implemented and tested on a large number of different domains. This algorithm is able to define the flow direction at every point on the digital elevation model where singular points are present (pits or flat areas). The second is a CA-based numerical technique for assimilating different data sources of rainfall to rebuild the rainfall field on a grid. This technique has been shown to produce a reasonable rainfield shape without any geometrical artefacts that often produce unrealistic rain gradients in the rainfield.