一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法技术

本发明专利技术涉及水资源遥感监测技术领域，提供了一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，包括：根据光学卫星影像区分水体部分与非水体部分，获取卫星过境轨道数据并选取若干初始测点，依据卫星测高原理判断并剔除成像异常的初始测点后保留剩余的为目标测点，设定目标测点的剔除判断标准，保留合规的目标测点为有效测点，计算本测次有效测点的卫星测高水位检验值和平均值，以该平均值作为本测次卫星观测水位，获取多测次的卫星观测水位时间序列和实测水位时间序列，将上述两个时间序列的平均偏差作为校准参数并通过优选校准参数，实现对河湖水位的计算和校准。本发明专利技术可有效解决非连续性水域计算和校准精度无法保证的问题。连续性水域计算和校准精度无法保证的问题。连续性水域计算和校准精度无法保证的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法


[0001]本专利技术涉及水资源遥感监测
，具体涉及一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法。

技术介绍

[0002]水位是防汛抗旱、水资源调度管理等工作的重要依据，也是水资源监测的重要内容。以往主要是采用地面定点(水文站)定时观测的方式监测水位变化，地面监测方式要配套大量基础设施，耗费大量人力物力，对于偏远地区的无法大规模布点，并且日常监测效果还会受到地面站点监测上报频次的影响。为满足水资源精细化管理的需求，迫切需要扩大水资源监测范围、提升监测精度，而仅靠地面监测手段无法满足对时效性和广泛性的要求。卫星测高技术的出现和快速发展，为河湖水位监测提供了一种全新的方法。由于其具有周期性重访、监测成本低、监测范围可覆盖部分无资料地区等特点，在一定程度上可填补部分地面监测空白。近年，众多学者评估了各类测高卫星在河湖水位监测上的能力，部分在一些具有实测数据的河湖对精度进行验证分析，表明卫星测高监测水位的可行性。由于测高卫星的的设计原理，数据质量受到以下多因素的影响：河/湖底及岸边地形、河/湖环境(江心洲、船只)、岸边陆地环境等对雷达回波的干扰、强降水天气等影响。对于各大小和宽度不一的河湖，测高卫星数据的可用性与精度也存在差异。以往对卫星测高数据的处理，在做完基础编辑保证观测的有效性后，通常采用不同的指标剔除异常数据，一些学者利用高程均值、中误差、最大/最小水位差等指标进行粗差处理，如学者高永刚考虑了三倍中误差与高程起伏处理Topex/Poseidon和Jason
‑
1卫星数据，学者郭金运、张鑫对不同测高数据利用3倍中误差剔除粗差，学者李均力、吴红波分别将观测日期内ICESat/GLAS测高卫星测高的方差设定在0.1m、0.2m以内。
[0003]本申请专利技术人在实现本申请实施例中专利技术技术方案的过程中，发现相关技术至少存在如下技术问题：
[0004]当前的基于卫星测高数据测量河湖水位的方法对于各时期数据质量稳定良好的河湖效果较好，但对于数据质量相对较差或一个水位变化周期内数据质量有起伏的河湖，方法难以适用，例如编号为“CN108444569A”的专利技术专利“一种基于筛选的卫星测高数据提取河湖水位的方法”对此亦有提及，该专利在进行基本编辑处理和获得初步计算河湖水位后，提出“连续优质点群”概念进行数据筛选，要求优质点群至少由三点组成。该方法对具有连续开阔水域的河湖效果较好，但对于在一个水位变化周期内水域与水位变化明显的河湖，枯水期河/湖滩出露较多或者有大小不一的江心洲，则容易漏掉正常测高点，且不同来源的卫星测高数据足迹大小差别十分明显，当测高数据足迹点间隔较大时，更易导致河湖水域本身数据稀少的测点与测期被剔除，影响数据的时空覆盖与精度。以往的研究中并不考虑结合实测数据对卫星测高水位进行校准，极大地影响卫星测高数据的应用推广。我国很多河湖如内陆吞吐型湖泊的水域与水位的时空差异显著，在无法确保卫星数据质量在各时期都稳定良好情况下，变化的水域环境下测量的卫星测高水位精度无法保证。
[0005]因此基于上述理由，本专利技术提供了一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，实现对河湖水位的精确计算和校准。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，包括：根据光学卫星影像区分水体部分与非水体部分，获取卫星过境轨道数据并选取若干初始测点，依据卫星测高原理判断并剔除成像异常的初始测点后保留剩余的为目标测点，设定目标测点的剔除判断标准，保留合规的目标测点为有效测点，计算本测次有效测点的卫星测高水位检验值和平均值，以该平均值作为本测次卫星观测水位，获取多测次的卫星观测水位时间序列和实测水位时间序列，将上述两个时间序列的平均偏差作为校准参数并通过优选校准参数，实现对河湖水位的计算和校准。本专利技术可有效解决非连续性水域计算和校准精度无法保证的问题
。
[0007]本专利技术提供了一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法,包括：
[0008]步骤一：获取目标水域的光学卫星影像数据和离所述目标水域最近的测高卫星过境轨道数据，对所述影像进行预处理并区分水体部分与非水体部分，根据所述水体部分的边界范围随机选取若干卫星测高点为当前测次的初始测点；
[0009]步骤二：获取所述测高卫星过境轨道至参照椭球面的高度Altitude和所述测高卫星过境轨道至所述初始测点的高度Range，计算所述高度Altitude与所述高度Range之间的差值：Altitude
‑
Range，并判断所述差值是否大于零；
[0010]步骤三：在判断为是的情况下，确定所述初始测点为当前测次的目标测点，并依次计算得到所述目标测点卫星测高水位的检验值x
i
，其中i为正整数；
[0011]步骤四：计算所述检验值x
i
的标准差σ，并判断所述标准差σ是否位于预设标准差范围；
[0012]步骤五：若是，则保留本测次所有目标测点为有效测点，并以所述检验值x
i
的平均值作为本测次卫星观测水位；
[0013]步骤六：若否，则计算所述检验值x
i
与平均值之间差值的绝对值并判断所述绝对值是否大于所述预设标准差范围最大值；
[0014]步骤七：在判断为是的情况下，舍弃检验值为x
i
的所述目标测点，将检验值为x
i+1
的另一所述目标测点依次通过上述步骤六的方法进行计算和判断，在判断为是的情况下，舍弃所述目标测点直至保留的目标测点都满足如下条件：所述绝对值位于所述预设标准差范围内，并以保留的所述目标测点平均值作为本测次卫星观测水位；
[0015]步骤八：根据预设时间段获取多测次的卫星观测水位数据和实测水位数据，得到卫星观测水位时间序列和实测水位时间序列，并分别计算各测次卫星观测水位与对应时间实测水位的偏差S
i
；
[0016]步骤九：判断所述卫星观测水位时间序列与所述实测水位时间序列的关联性强弱是否满足预定条件；
[0017]步骤十：若是，则计算所述偏差S
i
的平均偏差MBE，并将所述平均偏差MBE作为常规校准参数，根据所述常规校准参数MBE和任意测次的所述卫星观测水位平均值计算得到校
准后的卫星测高水位
[0018]进一步地，所述测高卫星过境轨道数据包括轨道高度、运行周期、经过所述水体部分的所述卫星过境轨道线段的经纬度范围、观测纠正项参数H
cor
。
[0019]进一步地，所述观测纠正项参数H
cor
包括：干对流层延迟修正参数R
dry
、湿对流层延迟修正参数R
wet
、电离层修正参数R
iono
、地球潮汐修正参数R
solid
、极潮项的修正参数R
pole
，其中，所述观测纠正项本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，其特征在于，包括：步骤一：获取目标水域的光学卫星影像数据和离所述目标水域最近的测高卫星过境轨道数据，对所述影像进行预处理并区分水体部分与非水体部分，根据所述水体部分的边界范围随机选取若干卫星测高点为当前测次的初始测点；步骤二：获取所述测高卫星过境轨道至参照椭球面的高度Altitude和所述测高卫星过境轨道至所述初始测点的高度Range，计算所述高度Altitude与所述高度Range之间的差值：Altitude
‑
Range，并判断所述差值是否大于零；步骤三：在判断为是的情况下，确定所述初始测点为当前测次的目标测点，并依次计算得到所述目标测点卫星测高水位的检验值x
i
，其中i为正整数；步骤四：计算所述检验值x
i
的标准差σ，并判断所述标准差σ是否位于预设标准差范围；步骤五：若是，则保留本测次所有目标测点为有效测点，并以所述检验值x
i
的平均值作为本测次卫星观测水位；步骤六：若否，则计算所述检验值x
i
与平均值之间差值的绝对值并判断所述绝对值是否大于所述预设标准差范围最大值；步骤七：在判断为是的情况下，舍弃检验值为x
i
的所述目标测点，将检验值为x
i+1
另一所述目标测点通过上述步骤六的方法进行计算和判断，在判断为是的情况下，舍弃所述目标测点直至保留的目标测点都满足如下条件：所述绝对值位于所述预设标准差范围内，并以保留的所述目标测点平均值作为本测次卫星观测水位；步骤八：根据预设时间段获取多测次的卫星观测水位数据和实测水位数据，得到卫星观测水位时间序列和实测水位时间序列，并分别计算各测次卫星观测水位与对应时间实测水位的偏差S
i
；步骤九：判断所述卫星观测水位时间序列与所述实测水位时间序列的关联性强弱是否满足预定条件；步骤十：若是，则计算所述偏差S
i
的平均偏差MBE，并将所述平均偏差MBE作为常规校准参数，根据所述常规校准参数MBE和任意测次的所述卫星观测水位平均值计算得到校准后的卫星测高水位2.如权利要求1所述的基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，其特征在于，所述测高卫星过境轨道数据包括轨道高度、运行周期、经过所述水体部分的所述卫星过境轨道线段的经纬度范围、观测纠正项参数H
cor
。3.如权利要求2所述的基于卫星测高数据计算和校准河湖水位的方法，其特征在于，所述观测纠正项参数H
cor
包括：干对流层延迟修正参数R
dry
、湿对流层延迟修正参数R
wet...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄对，刘九夫，张建云，王文种，彭安帮，李子阳，郑皓，张蓉，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：