一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法技术

本发明专利技术提供一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，包括：明确所需要监测的时空范围及多个监测要素，并将时间范围离散化为多个子时段，将空间范围离散化为多个需求对象；确定可用卫星集合，并计算单个地面测站的最大服务距离以及已有地面测站的静态有效覆盖范围；提取基于离散侧摆角的卫星候选观测条带集合以及考虑地形条件的待布设地面测站的候选点集，进一步生成候选观测条带、待布设地面测站的候选点在不同子时段内与需求对象之间的覆盖关系；构建面向多要素洪涝监测任务的星地协同最大覆盖模型并求解，得到所述洪涝监测任务的新增地面测站的布局方案以及不同子时段内可用卫星的侧摆角选取方案。

【技术实现步骤摘要】
一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法
本专利技术涉及地理信息服务
，尤其涉及一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法。
技术介绍
多要素洪涝监测任务指需要同时观测多个要素的洪涝监测任务，比如在洪涝应急监测过程中，需要同时获取降雨量、洪水淹没范围等多个要素观测值，以满足洪水趋势模拟与预测的数据需求。随着遥感和传感网技术的发展，洪涝灾害的检测手段已从单一的人工观测或地面站网观测，发展为卫星组网与地面站网协同观测，即星地传感网协同观测。卫星和地面传感器在洪涝监测中具有不同特点，卫星监测可获得大范围空间连续、时间不连续的影像数据，地面监测则可获得单点高精度的时间连续、空间不连续的采样数据。对于洪涝灾害应急场景下的多要素监测任务，观测时段较短且可用观测资源有限，需要对以不同要素为观测对象的星地传感器进行优化布局，最大化星地传感器对多个要素的时空覆盖范围，以获得尽可能多相同时空范围的多种要素信息，为决策者提供数据支持。洪涝灾害依据灾害管理周期分预防、准备、响应及恢复四个阶段，实际洪灾发生后，需立即进行洪涝应急观测任务，同时监测多种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、明确洪涝监测任务所需要监测的时空范围及多个监测要素，并将监测时间范围离散化为多个子时段，将监测空间范围离散化为多个需求对象；/nS2、根据监测要素及时空范围，确定可用卫星集合，并计算单个地面测站的最大服务距离以及已有地面测站的静态有效覆盖范围；/nS3、根据可用卫星的最大侧摆角，提取基于离散侧摆角的卫星候选观测条带集合，根据地面测站的最大服务距离，提取考虑地形条件的待布设地面测站的候选点集，进一步生成候选观测条带、待布设地面测站的候选点在不同子时段内与需求对象之间的覆盖关系；/nS4、根据监测需求的时空覆盖特...

【技术特征摘要】
1.一种多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、明确洪涝监测任务所需要监测的时空范围及多个监测要素，并将监测时间范围离散化为多个子时段，将监测空间范围离散化为多个需求对象；
S2、根据监测要素及时空范围，确定可用卫星集合，并计算单个地面测站的最大服务距离以及已有地面测站的静态有效覆盖范围；
S3、根据可用卫星的最大侧摆角，提取基于离散侧摆角的卫星候选观测条带集合，根据地面测站的最大服务距离，提取考虑地形条件的待布设地面测站的候选点集，进一步生成候选观测条带、待布设地面测站的候选点在不同子时段内与需求对象之间的覆盖关系；
S4、根据监测需求的时空覆盖特征以及可用观测资源的限制，构建面向多要素洪涝监测任务的星地协同最大覆盖模型并求解，得到所述洪涝监测任务的新增地面测站的布局方案以及不同子时段内可用卫星的侧摆角选取方案。


2.根据权利要求1所述的多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：
S1.1、根据监测需求确定洪涝监测任务的时空范围，以及进行时空同步监测的多个要素类型，并明确卫星传感器与地面测站分别进行观测的要素对象；
S1.2、根据多要素监测需求确定单位时间长度，从而将所述洪涝监测任务的时间范围转换化为一组离散的子时段；
S1.3、根据洪涝监测任务的监测区域选取合适的网格尺寸标准进行网格划分，将所述洪涝监测任务的空间范围转换为一组离散的多边形需求对象，并结合监测需求为每个需求对象赋予相应权重以衡量其需求量大小和覆盖优先级。


3.根据权利要求2所述的多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，所述步骤S1.3中所述权重根据每个需求对象中监测区域的面积大小确定。


4.根据权利要求2所述的多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：
S2.1、根据步骤S1中确定的监测要素以及时空范围，通过WMO卫星传感器观测能力数据库和卫星轨道参数获取卫星的星下点轨迹，计算不同子时段内卫星过境时对监测区域的有效覆盖范围，从而确定可用卫星集合；
S2.2、根据最小站网密度标准，得到监测区域内不同地形条件下的地面测站的最小站网密度，从而确定不同地形分区内单个地面测站的最大服务距离；
S2.3、根据步骤S1中确定的监测要素以及时空范围，确定已有地面测站，并根据已有地面测站所属的地形分区，利用步骤S2.2中得到的最大服务距离，计算已有地面测站的静态有效覆盖范围。


5.根据权利要求4所述的多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，所述步骤S2.2中，根据地面测站的最小站网密度，将所述地面测站的有效覆盖范围抽象成一个以所述地面测站为中心的圆形区域，将所述圆形区域的半径作为所述地面测站的最大服务距离。


6.根据权利要求5所述的多要素洪涝监测任务的星地协同优化布局方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程为：
S3.1、基于卫星最大侧摆角，以一定角度为间隔，将每个可用卫星可侧摆的角度范围离散为一组等间隔的卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，吴倩倩，胡楚丽，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42