一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，该方法综合应用RS、GIS、GPS技术和数字高程模型，包括：基于遥感影像水体信息提取和GIS制图技术的死水位‑正常蓄水位高程范围内特征曲线提取，和基于GPS地形测量技术和基于多源空间数据的地形建模技术的正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内特征曲线提取两部分；本发明专利技术所述方法与现有水库特征曲线获取技术相比，能快速、高效、准确地获得水库死水位以上的水位‑面积和水位‑容积曲线，且费用低。所述的方法针对已运行的水库，可方便地对原有水库特征曲线进行校核，对水库防洪和发电调度具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法
本专利技术涉及RS技术、GIS技术、GPS技术和水文计算
，具体为一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法。
技术介绍
水库运行多年后，多少会存在库底淤积的问题，特别是在多沙河流上建筑的水库，淤积问题比较严重，若沿用水库大坝建设时的水库特征曲线会影响水库的水量平衡计算结果，造成防洪安全隐患，影响发电效益。针对已运行的水库，传统的水库特征曲线获取和校核方法是利用超声波原理在水库库区范围每隔一定间距设置一个断面，测量断面水深，测深主要靠回声测深仪进行，然后根据断面测量结果绘制出水下地形图，再采用求积仪法、网格法、格点法等方法计算不同水位下水库的水面面积，容积计算则采用手工设线，按一定的水位间隔读取相应的面积来推算水库库容，这种方法测量费时、且费用高。随着空间信息技术的快速发展，“3S”技术在水利方面的应用越来越广泛，利用基于遥感影像数据的水体信息提取技术、基于GPS的地形测量技术和基于多源空间数据的DEM地形建模技术等，可快速、高效、准确地提出水库的特征曲线，方便地对原有水库特征曲线进行校核，对水库防洪和发电调度具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，综合利用基于RS的水体信息提取技术、基于GPS的地形测量技术和基于GIS的制图技术，以及基于多源空间数据的DEM地形建模技术，能够快速、准确、高效地提取水库的特征曲线，方便与原有曲线校核，以解决上述
技术介绍
中提出传统水库特征曲线获取费时、费力，且费用高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，该方法包括两部分，分别为死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取和正常蓄水位-校核洪水位高程范围内特征曲线提取；其中，死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取包含以下五个步骤：S1：获取研究区包含水库最大淹没范围的遥感影像图；S2：对所有遥感影像图进行几何精纠正；S3：水体信息提取；S4：查找各幅影像图成像时间对应的水位值；S5：利用水位值和提取的水面面积建立水库的特征曲线；正常蓄水位-校核洪水位高程范围内特征曲线提取包含以下四个步骤：X1：获取较高精度的数字高程模型；X2：在正常蓄水位-校核洪水位高程范围内进行实地高程点测量；X3：建立正常蓄水位-校核洪水位高程范围内新的数字高程模型DEM；X4：根据DEM提取正常蓄水位-校核洪水位高程范围内的水库特征曲线。优选的，所述死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取五个步骤详细过程包括：S1：获取研究区包含水库最大淹没范围的遥感影像图；S2：对所有遥感影像图进行几何精纠正：选取地面控制点、计算地面控制点和影像图上点的均方根误差、选择几何位置变换模型，重采样输出，检验校正结果；S3：水体信息提取：①波段组合；根据对具体影像判读和解译的要求进行波段的选择，以提高判读和解译的速度和精度；利用近红外、热红外和中红外波段分别配以红、绿、蓝色的彩色合成陆地卫星图像的标准假彩色图像，在此图像上植被分布显红色，城镇为蓝灰色，水体为蓝色、浅蓝色，冰雪为白色，可最大程度地区分不同深度、不同层次的水体，可用作分析水体水位变化的地理规律研究；②选择某一个遥感图像的特定波段进行谱间关系和NDWI指数运算，通过自动解算最佳阈值或人工判读的方式确定最佳阈值；③采用最佳阈值提取方式进行水体信息的提取，区分水体与其他地物，得到二值化的单波段影像；④通过一定的经验判断影像中是否存在误提部分，若存在转到步骤②，若提取正确，转到下一步⑤；⑤根据水库坐标位置，利用GIS软件制作一个.shp格式的面文件作为感兴趣区域裁切此单波段影像，并保证感兴趣区域能覆盖最高水位时水库的面积，最终得到水体范围栅格图，导入GIS软件中；⑥利用遥感处理软件将栅格图软件转化为矢量图，并将其投影统一转换为等面积UTM投影计算矢量图中水体的面积，形成各时期水库水体面积系列；S4：查找各幅影像图成像时间对应的水位值：水位值可通过在水情测报系统中查找坝址位置的测站水位获得，也可通过自计式水位计记录纸或人工记录查得；S5：利用水位值和提取的水面面积建立水库的特征曲线：利用两列数据，采用统计学原理配置三次多项式，得到库区死水位-正常蓄水位高程范围内的水位-面积曲线及其方程，利用水位-面积曲线方程，每隔0.01m计算某水位下的库容，反推水库的水位-库容曲线。优选的，所述正常蓄水位-校核洪水位高程范围内特征曲线提取四个步骤详细过程包括：X1：获取较高精度的数字高程模型；X2：在正常蓄水位-校核洪水位高程范围内进行实地高程点测量:将国家三、四级基本水准点高程和位置引入到测量区域，根据地形、交通、仪器设备要求条件，布置测量路线和测量点，执行相关测量标准和规范，保证测量精度；X3：建立正常蓄水位-校核洪水位高程范围内新的数字高程模型DEM；利用已有DEM提取出等高线，然后根据等高线、已有实测高程点、等高线，重新生成规则或不规则形状的数字高程模型；X4：根据DEM提取正常蓄水位-校核洪水位高程范围内的水库特征曲线：利用上一步骤中建立的不规则三角网格TIN和GIS地形分析软件提取某一等高线下的面积和容积；建立TIN；利用TIN提取水体面积和容积，具体步骤如下：①利用GIS软件制作包含水体最大面积的区域边界；②利用该边界图层Polygon与30m×30m分辨率的DEM叠加，裁切出研究区的GDEM数据；③利用研究区的GDEM数据提取出一定间隔的等高线，每个等高线做成一个线状图层文件.shp；④将每个等高线线状图换成面状图层.shp，只保留有封闭的等高线；⑤利用等高线线状图和实测高程点生成TIN；⑥利用GIS软件中的3D分析模块计算TIN表面中每个高程面下的表面积和容积，得到不同高程下的水体面积和容积即蓄水量/库容；⑦利用统计原理获得水位-面积和水位-库容曲线。优选的，S1中遥感影像图包括卫星、航空飞机所拍摄的对地观测图像。优选的，S2中几何精纠正流程中图像灰度重采样使用的内插方法有最邻近像元采样法、双线性内插法和三次卷积重采样法。优选的，S3中水体信息提取流程包括波段组合、波段运算、阈值确定、获得二值化的单波段图像、图像裁切、面积统计，其中阈值确定和获得二值化的单波段图像是一个循环反复和寻找最佳吻合度的过程。优选的，S5中建立水库的特征曲线包括水位-面积和水位-库容曲线，其采用的方法为基于统计原理，并选择合适的曲线拟合方程。优选的，X2中采用的测量仪器包括有RTK-GPS、无人飞机、手持高精度GPS。优选的，X3中建立的数字高程模型为规则四边形网格或不规则三角形网格。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，通过遥感数据的水体信息提取技术获得水库死水位-正常蓄水位高程范围内的特征曲线，基于GPS的地形测量技术和多源数据的地形建模技术获取水库正常蓄水位-校核洪水位高程范围内的特征曲线，构建了基于空间信息技术的死水位以上水库特征曲线提取方法；该方法与现有水库特征曲线获取技术相比，能快速、高效、准确地获得死水位以上水库的特征曲线，可直接服务于水库运行的基础资料校核，对水库防洪和发电调度具有重要的实践意义。附图说明图1为本专利技术的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，其特征在于，该方法包括两部分，分别为死水位‑正常蓄水位高程范围内特征曲线提取和正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内特征曲线提取；其中，死水位‑正常蓄水位高程范围内特征曲线提取包含以下五个步骤：S1：获取研究区包含水库最大淹没范围的遥感影像图；S2：对所有遥感影像图进行几何精纠正；S3：水体信息提取；S4：查找各幅影像图成像时间对应的水位值；S5：利用水位值和提取的水面面积建立水库的特征曲线；正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内特征曲线提取包含以下四个步骤：X1：获取较高精度的数字高程模型；X2：在正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内进行实地高程点测量；X3：建立正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内新的数字高程模型DEM；X4：根据DEM提取正常蓄水位‑校核洪水位高程范围内的水库特征曲线。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，其特征在于，该方法包括两部分，分别为死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取和正常蓄水位-校核洪水位高程范围内特征曲线提取；其中，死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取包含以下五个步骤：S1：获取研究区包含水库最大淹没范围的遥感影像图；S2：对所有遥感影像图进行几何精纠正；S3：水体信息提取；S4：查找各幅影像图成像时间对应的水位值；S5：利用水位值和提取的水面面积建立水库的特征曲线；正常蓄水位-校核洪水位高程范围内特征曲线提取包含以下四个步骤：X1：获取较高精度的数字高程模型；X2：在正常蓄水位-校核洪水位高程范围内进行实地高程点测量；X3：建立正常蓄水位-校核洪水位高程范围内新的数字高程模型DEM；X4：根据DEM提取正常蓄水位-校核洪水位高程范围内的水库特征曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于空间信息技术的水库特征曲线提取方法，其特征在于：所述死水位-正常蓄水位高程范围内特征曲线提取五个步骤详细过程包括：S1：获取研究区包含水库最大淹没范围的遥感影像图；S2：对所有遥感影像图进行几何精纠正：选取地面控制点、计算地面控制点和影像图上点的均方根误差、选择几何位置变换模型，重采样输出，检验校正结果；S3：水体信息提取：①波段组合；根据对具体影像判读和解译的要求进行波段的选择，以提高判读和解译的速度和精度；利用近红外、热红外和中红外波段分别配以红、绿、蓝色的彩色合成陆地卫星图像的标准假彩色图像，在此图像上植被分布显红色，城镇为蓝灰色，水体为蓝色、浅蓝色，冰雪为白色，可最大程度地区分不同深度、不同层次的水体，可用作分析水体水位变化的地理规律研究；②选择某一个遥感图像的特定波段进行谱间关系和NDWI指数运算，通过自动解算最佳阈值或人工判读的方式确定最佳阈值；③采用最佳阈值提取方式进行水体信息的提取，区分水体与其他地物，得到二值化的单波段影像；④通过一定的经验判断影像中是否存在误提部分，若存在转到步骤②，若提取正确，转到下一步⑤；⑤根据水库坐标位置，利用GIS软件制作一个.shp格式的面文件作为感兴趣区域裁切此单波段影像，并保证感兴趣区域能覆盖最高水位时水库的面积，最终得到水体范围栅格图，导入GIS软件中；⑥利用遥感处理软件将栅格图软件转化为矢量图，并将其投影统一转换为等面积UTM投影计算矢量图中水体的面积，形成各时期水库水体面积系列；S4：查找各幅影像图成像时间对应的水位值：水位值可通过在水情测报系统中查找坝址位置的测站水位获得，也可通过自计式水位计记录纸或人工记录查得；S5：利用水位值和提取的水面面积建立水库的特征曲线：利用两列数据，采用统计学原理配置三次多项式，得到库区死水位-正常蓄水位高程范围内的水位-面积曲线及其方程，利用水位-面积曲线方程，每隔0.01m计算某水位下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙淑平，潘华海，吴周龙，张飞峰，张莉芳，甘兴云，单定军，王晓云，张伟华，张建立，
申请(专利权)人：国网江西省电力公司柘林水电厂，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西,36