【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及遙感反演河流流量的，特別是一種應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法。
技術(shù)介紹
1、已有研究通過多源遙感數(shù)據(jù)提取河流河寬、水位，建立河寬-流量、水位-流量經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行河流流量的預(yù)測。
2、目前僅通過河寬、水位單一因素進(jìn)行河流流量的反演，適用范圍較小，受河流形態(tài)影響較大，為提高河流流量預(yù)測精度，有研究考慮河寬和水位等多因素進(jìn)行河流流量反演，相較于單因素的流量反演，多因素流量反演的精度、適用性都得到提高。
3、這些研究通過河寬、水位建立經(jīng)驗(yàn)公式反演流量進(jìn)行預(yù)測，需要大量的實(shí)測流量數(shù)據(jù)支撐，當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜、河流河床發(fā)生變化等情況反演的流量誤差較大。
4、申請?zhí)枮閏n114037905a的中國專利技術(shù)專利申請公開了一種基于星地協(xié)同的河口區(qū)水表鹽度遙感反演方法及系統(tǒng)，其中方法一方面利用了精度較高的河口區(qū)地面實(shí)測數(shù)據(jù)，以同步的地面實(shí)測站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)為輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，提高了遙感反演模型的反演精度；另一方面改進(jìn)了傳統(tǒng)遙感反演模型僅通過光譜信息或間接水質(zhì)參數(shù)反演水表鹽度，增加了地理網(wǎng)格信息作為輸入?yún)?shù)，充分利用了地面實(shí)測站點(diǎn)和遙感影像的經(jīng)緯度信息以及遙感影像空間連續(xù)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，尤其適用于復(fù)雜河口地區(qū)實(shí)現(xiàn)河口區(qū)水表鹽度的高精度反演。該方法依賴于地面實(shí)測站點(diǎn)的實(shí)測數(shù)據(jù)，如果地面站點(diǎn)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不完整，將直接影響反演結(jié)果的精度。
5、申請?zhí)枮閏n110133655a的中國專利技術(shù)專利申請公開了基于多源雷達(dá)遙感技術(shù)的河流徑流監(jiān)測反演方法，包括以下步驟：步驟1，多源雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理：
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出的一種應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，通過基于多源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取河寬、水位反演河道地形，建立截斷面-流量經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)現(xiàn)河流流量預(yù)測。
2、本專利技術(shù)的目的是提供一種應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，包括光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理，還包括以下步驟：
3、步驟1：雷達(dá)影像預(yù)處理河寬提取；
4、步驟2：測高衛(wèi)星預(yù)處理水位提取；
5、步驟3：高程邊界反演河道地形；
6、步驟4：遙感影像反演河道地形；
7、步驟5：構(gòu)建河道地形；
8、步驟6：河流流量反演。
9、優(yōu)選的是，所述光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理包括以下子步驟：
10、步驟01：篩選地表反射率產(chǎn)品數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，得到河流光學(xué)影像數(shù)據(jù)集；
11、步驟02：對數(shù)據(jù)集計算歸一化水指數(shù)ndwi，通過最大類間方差法提取水體閾值，掩膜提取河流水體范圍，公式為
12、ndwi=?(green-nir)/(green+nir)；
13、步驟03：通過形態(tài)學(xué)去除水體中的細(xì)小孔洞以及光滑水體輪廓，刪除水體范圍中坡度較大區(qū)域；
14、步驟04：應(yīng)用骨架化算法提取河流中心線，計算河流橫截面角度得到中位線正交角度，提取河寬；
15、其中，green為綠波段，nir為近紅外波段。
16、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述通過形態(tài)學(xué)去除水體中的細(xì)小孔洞以及光滑水體輪廓的方法包括：對影像進(jìn)行圖像開運(yùn)算和圖像閉運(yùn)算，
17、所述圖像開運(yùn)算平滑物體的輪廓、斷開較窄的狹頸并消除細(xì)的突出物；
18、所述圖像閉運(yùn)算彌合較窄的間斷和細(xì)長的溝壑，消除小的孔洞，填補(bǔ)輪廓線中的斷裂；
19、其中，所述圖像開運(yùn)算先腐蝕，后膨脹；所述圖像閉運(yùn)算先膨脹，后腐蝕。
20、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述刪除水體范圍中坡度較大區(qū)域的方法包括：在gee平臺中獲取的dem進(jìn)行坡度計算，對水體進(jìn)行掩膜提取坡度較小的區(qū)域。
21、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟1包括篩選干涉寬條帶模式為iw的sentinel-1?grd?影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行refined?lee濾波去噪、地理校正，輻射歸一化數(shù)據(jù)處理，得到河流雷達(dá)影像數(shù)據(jù)集。
22、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟2包括下載icesat-2?atl03數(shù)據(jù)，對影像采用自適應(yīng)dbscan算法進(jìn)行去噪，對水位進(jìn)行高斯擬合得到期望，計算高程轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換，獲取統(tǒng)一坐標(biāo)系下的河流水位。
23、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述計算高程轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換的方法包括通過七參數(shù)將不同大地坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為想換對應(yīng)的坐標(biāo)，公式為
24、x'?=?x+?dx-y*rz?+?z*ry?+?s
25、y'=?y?+?x*rz?+z*rx?+?s
26、z'=z-x*ry?+?y*rx?+?s
27、其中，(x,y,z)?為原始坐標(biāo)系的坐標(biāo)，(x',y',z')?為目標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo),?dx、dy和dz為平移參數(shù)，rx、ry和rz為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，s為尺度參數(shù)。
28、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟3包括多期測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取的水位結(jié)合河流邊界信息獲取多期河道邊界高程，利用多期邊界高程進(jìn)行克里金插值法內(nèi)插得到最低水位以上的河道邊界高程點(diǎn)，再應(yīng)用克里金插值法對整個河流高程邊界外推反演水下高程，結(jié)合反演的水底地形得到完整的河道地形。
29、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟4包括通過高程邊界內(nèi)插得到河道地形和測高衛(wèi)星獲取的多期水位數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)點(diǎn)位的水深值，利用光學(xué)遙感影像sentinel-2的藍(lán)、綠波段輻射亮度與水深作為對數(shù)比值模型的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算相關(guān)參數(shù)，建立對數(shù)比值水深反演模型，反演出多期水下地形。
30、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟5包括保留高程邊界、遙感影像反演的河道地形重疊區(qū)域，不重疊區(qū)域以高程邊界反演的河道地形結(jié)果為主，遙感影像反演的多期河道地形作為參考，進(jìn)行河道地形融合得到河道地形。
31、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟5還包括光學(xué)遙感影像sentinel-2的藍(lán)、綠波段輻射亮度與水深作為對數(shù)比值模型的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算相關(guān)參數(shù)，建立對數(shù)比值水深反演模型的構(gòu)建：
32、
33、式中， n、 m1、 m0為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，、為兩波段的輻亮度值，為水深值。
34、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟6包括根據(jù)反演的河道地形和測高衛(wèi)星獲取的多期水位，計算得到多期河道截斷面面積，斷面面積與實(shí)測流量建立截斷面-流量經(jīng)驗(yàn)公式，并進(jìn)行精度評價，所述截斷面-流量經(jīng)驗(yàn)公式為
35、 q≈ 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，包括光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理，其特征在于，還包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理包括以下子步驟：
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述通過形態(tài)學(xué)去除水體中的細(xì)小孔洞以及光滑水體輪廓的方法包括：對影像進(jìn)行圖像開運(yùn)算和圖像閉運(yùn)算，
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述刪除水體范圍中坡度較大區(qū)域的方法包括：在GEE平臺中獲取的DEM進(jìn)行坡度計算，對水體進(jìn)行掩膜提取坡度較小的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟1包括篩選干涉寬條帶模式為IW的Sentinel-1?GRD?影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行Refined?Lee濾波去噪、地理校正，輻射歸一化數(shù)據(jù)處理，得到河流雷達(dá)影像數(shù)據(jù)集。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述計算高程轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換的方法包括通過七參數(shù)將不同大地坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為想換對應(yīng)的坐標(biāo)，公式為
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟3包括多期測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取的水位結(jié)合河流邊界信息獲取多期河道邊界高程，利用多期邊界高程進(jìn)行克里金插值法內(nèi)插得到最低水位以上的河道邊界高程點(diǎn)，再應(yīng)用克里金插值法對整個河流高程邊界外推反演水下高程，結(jié)合反演的水底地形得到完整的河道地形。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟4包括通過高程邊界內(nèi)插得到河道地形和測高衛(wèi)星獲取的多期水位數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)點(diǎn)位的水深值，利用光學(xué)遙感影像Sentinel-2的藍(lán)、綠波段輻射亮度與水深作為對數(shù)比值模型的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算相關(guān)參數(shù)，建立對數(shù)比值水深反演模型，反演出多期水下地形。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟5包括保留高程邊界、遙感影像反演的河道地形重疊區(qū)域，不重疊區(qū)域以高程邊界反演的河道地形結(jié)果為主，遙感影像反演的多期河道地形作為參考，進(jìn)行河道地形融合得到河道地形。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，包括光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理，其特征在于，還包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述光學(xué)影像河寬提取及預(yù)處理包括以下子步驟：
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述通過形態(tài)學(xué)去除水體中的細(xì)小孔洞以及光滑水體輪廓的方法包括：對影像進(jìn)行圖像開運(yùn)算和圖像閉運(yùn)算，
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述刪除水體范圍中坡度較大區(qū)域的方法包括：在gee平臺中獲取的dem進(jìn)行坡度計算，對水體進(jìn)行掩膜提取坡度較小的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟1包括篩選干涉寬條帶模式為iw的sentinel-1?grd?影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行refined?lee濾波去噪、地理校正，輻射歸一化數(shù)據(jù)處理，得到河流雷達(dá)影像數(shù)據(jù)集。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用測高衛(wèi)星推演河道過流面積的河流流量估算方法，其特征在于，所述步驟2包括下載icesat-2?atl03數(shù)據(jù)，對影像采用自適應(yīng)dbscan算法進(jìn)行去噪，對水位進(jìn)行高斯擬合得到期望，計算高程轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換，獲...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李小濤，張徐，宋小寧，李匡，孫亞勇，孫營偉，劉戰(zhàn)友，趙英虎，蘇巧梅，劉建剛，馬建威，楊玫，陳靜，宋文龍，原世帆，陳兵媛，劉業(yè)森，盧奕竹，江威，
申請(專利權(quán))人：中國水利水電科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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