一种基于模型的湖泊湿地泛洪遥感监测方法技术

一种基于模型的湖泊湿地泛洪遥感监测方法，包括以下步骤；（１）获得湖泊湿地时间系列多源遥感影像数据；（２）在遥感影像上（半）自动提取水体；（３）在提取的水体影像上探测并确定水陆边界，并计算实际水域面积；（４）对遥感测算水域面积与水位高程数据进行非线性统计回归建模；（５）利用泛洪期间获得的微波遥感影像，对建立的模型进行对比验证并修正模型；（６）基于建立的高精度水域水位～面积分布数学模型及常用遥感变化监测方法，结合实测水位与可获得的遥感影像，实现连续实时监测湿地泛洪动态变化。本发明专利技术可与常用的地表环境变化多时相遥感影像检测法互相补充，对湖泊湿地泛洪动态变化监测与湿地过程建模研究具有重要的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多云雨地区大型季节性湖泊湿地泛洪动态遥感变化监测方法， 具体为，属于湿地生态环境动态监 测与湿地过程研究和遥感技术应用领域。技术背景被称为"地球之肾"的湿地是人类最重要的生存环境之一。湿地不仅为人类提 供大量食物、原料和水资源，而且在维持生态平衡、调节气候、保持生物多样 性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防旱、降解污染，防止自然灾害等方面 具有其他生态系统不可替代的作用。湿地研究除其本身的科学研究意义外，对 全球变化、国民经济建设、社会可持续发展均具有极其重要的作用。当前，湿 地生态环境的监测与保护是我国生态环境建设的重点。获取、表征和分析湿地 的动态变化状况，获得湿地生态环境随时间演变的信息，是掌握湿地环境质量 及演变趋势，为进行湿地利用、开发及保护，制定湿地管理对策提供科学依据 的关键。所有湿地都具有以下共同特点在空间上往往分布在水、陆结合部的过渡带; 在时间上呈现周期性干湿交替的动态变化；在生态上表现为水、陆环境诸因子 相互作用、相互影响、相互渗透，兼有水、陆特征独特的复合生态系统。湿地 生态系统的形成和演变，水动力运动特征起着十分重要的作用，其主要表现为 水位的季节性变化或湿地的泛洪动态变化状况。因此，湿地生态环境监测的关 键问题是确定湿地泛洪的范围及变化情况(水域分布与面积)与水位高程的变化，并确定水陆边界位置的动态变化情况。遥感技术作为一种综观，快速的获取地面环境状况信息的方法手段，能快速 高效地获取和分析大范围、真实的地表空间动态变化信息，能为资源和环境的 监测、优化管理、规划发展提供科学的决策依据，是资源与环境监测中的重要 技术手段和发展方向。利用遥感技术对大面积湿地资源及其生态环境进行动态 监测和分析具有显著优势。首先，湿地区域地势平坦，应用卫星遥感进行湿地 监测具有宏观、信息丰富，获取效率高、精度高等优越性，能在短时间内获取 湿地区域的实况信息，这与传统的调査方法与手段相比，可大大节约调查时间和人力、物力与财力等显著优点；其次，通过获取湿地多种遥感数据，将这些 多源的遥感信息与地面观测数据结合处理分析，对湿地生态环境的现状及演变， 尤其是湿地的类型、面积、分布、动态变化、湿地功能评价等进行调査、分析， 可为研究湿地过程与发育模式，湿地的演化规律，湿地系统结构与功能提供多 层次、多时相的信息，为湿地生态环境动态监测及保护和合理利用、湿地的恢 复、重建提供科学依据。地表环境动态变化遥感监测主要是利用时间系列遥感数据，通过量化同一区 域同/多时相遥感影像空间域、时间域、光谱域的耦合特征，以获得区域地表环 境变化的类型、位置、数量和分布及由此而引起的相关功能变化等内容，本质 就是对影像时域系列的各种变化信息进行提取。常用的遥感变化监测方法可以 分为以下几类(1 )多时相遥感图像算术运算法(Ross S. L.， Christopher D. E. Remote Sensing Change Detection: Environmental Monitoring Methods and Applications. London:Taylor&Francis Ltd., 1 Gunpowder Square, EC4A 3DF, 1999.); (2) 多时相遥感图像分类后比较法或遥感图像分类与辅助数据比较法(Munyati C. Wetland change detection on the Kafue Flats, Zambia, by classification of a multitemporal remote sensing image dataset. International Journal of Remote Sensing, 2000， 21(9):1781 1806.);(3) 基于知识或规则推理的检测方法(Houhoulis P F, Michener W K. Detecting wetland change: A rule-based approach using NWI and SPOT-XS data. Photogrammetric Engineering&Remote Sensing. 2000, 66(2):205 211.);(4) 基于遥感图像处理(分割)对地表变化进行检测的方法(中国专利号200610011866.8)。上述(1)、 (2)遥感变化动态监测的方法都是以影像光谱辐射特征所包含的 信息和像元分类器为基础的。其中，遥感变化检测结果除受影像分类精度的影 响外，遥感数据预处理的两个重要方面是影像系列空间配准和辐射校正。要得 到可靠的变化结果，需极高的图像配准精度和可靠的辐射校正。方法(3)实际 上相当于采用专家系统方法检测变化，较难实现及推广应用。方法(4)基于对 基准遥感图像和待检测遥感图像分别进行分割形成图像区域进行变化检测。此 外，总的来看，就当前所有地表环境变化检测方法所用遥感影像数据而言，光 学遥感影像应用较多。除一些特定的应用领域外，如地表高程变化、土壤水分、 森林蓄积量等，微波遥感影像数据相对较少应用。就我国长江中下游南方多云雨地区大型湖泊型湿地泛洪动态遥感变化监测 工作而言，上述方法都在不同程度上存在困难，主要体现在(1)湿地泛洪时，受天气如阴、雨、云、雾等及遥感数据接受周期等影响， 难以获取可用的光学遥感数据，造成难以全天时、全天候地实时、连续监测湿地泛洪动态。这对于我国长江中下游南方多云雨地区湿地泛洪监测是最大的困难；(2) 已有方法只能获得两幅或多幅遥感影像时间间隔内变化情况，难以描 述完整的湿地泛洪动态变化过程；(3) 难以通过遥感变化检测方法获得湿地泛洪时水位数据；(4) 已有方法应用于湿地泛洪变化遥感检测不方便，操作繁锁， 一般需遥 感图像处理或相关专业背景人员才能使用；(5) 变化检测信息缺乏定量模型，不能直接为湿地研究者进行湿地过程和 湿地生态环境动态变化建模所使用。为克服上述困难，本专利技术提供。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术提供一种基于模型的湖泊 湿地泛洪动态遥感监测方法，包括如下步骤-(1) 获得湖泊湿地时间系列多源(光学与微波)遥感影像数据。(2) 在光学和微波遥感影像上(半)自动提取水体。(3) 在提取的水体影像上探测并确定水陆边界，测量水域分布所占总像元数， 并计算实际水域面积。'(4) 获取湿地湖泊同步实测的水位高程统计数据，与遥感测算水域面积进行统 计建模。(5) 利用泛洪期间获得的微波遥感影像，经前述(2)和(3)处理后，利用实测水 位和微波遥感测算水体面积对建立的模型进行对比验证并修正模型。(6) 基于建立的高精度水域水位 面积分布数学模型及常用遥感变化监测方 法，结合实测水位与可获得的遥感影像，实现连续实时监测湿地泛洪动态变化。上述(l)所获得的微波遥感数据，是指合成孔径雷达或成像雷达(SAR)数据， L或C波段，HH或交叉极化方式。上述(2)遥感影像上水体提取，基于光学和微波遥感影像上水体的反射/辐射 率特征，采用阈值法与人机结合的半自动提取。上述(3)水陆边界提取，采用结合遥感图像边缘分形自相似特征和灰度梯度变 化进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模型的湖泊湿地泛洪遥感监测方法，其特征在于包括如下步骤：（１）获得湖泊湿地时间系列多源（光学与微波）遥感影像数据；（２）在光学和微波遥感影像上（半）自动提取水体；（３）在提取的水体影像上探测并确定水陆边界，测量水域分布所占总像元数，并计算实际水域面积；（４）获取湿地湖泊同步实测的水位高程统计数据，与遥感测算水域面积进行统计建模；（５）利用泛洪期间获得的微波遥感影像，经前述（２）和（３）处理后，利用实测水位和微波遥感测算水体面积对建立的模型进行对比验证并修正模型；（６）基于建立的高精度水域水位～面积分布数学模型及常用遥感变化监测方法，结合实测水位与可获得的遥感影像，实现连续实时监测湿地泛洪动态变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭衢霖，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]