一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法技术

本发明专利技术提供一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，包括获取内陆湖泊水文相关数据，所述内陆湖泊水文相关数据包括遥感影像、卫星测高数据和实测水位数据，还包括以下步骤：对所述遥感数据进行预处理；将湖泊水位变化区域看作上层湖盆，利用不同水位处的湖泊表面通过插值的方式进行拟合得到所述上层湖盆地形；采用水色反演水深的方法获取下层湖盆地形；将所述上层湖盆地形和所述下层湖盆地形进行拼接；根据反演结果生成专题图，并输出图像。本发明专利技术基于多源数据，通过数据拟合、叠加等操作得到内陆湖泊最低水位以上湖盆地形，采用水色反演水深的方法获取湖泊最低水位以下湖盆地形，将上、下层湖盆地形进行拼接实现湖泊湖盆地形的反演。湖盆地形的反演。湖盆地形的反演。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法


[0001]本专利技术涉及数据测量的
，特别是一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法。

技术介绍

[0002]在社会逐渐发展的今天，环境恶化、极端天气带来的洪涝灾害逐年增加，影响着人们的日常生活，每年受洪灾影响所造成的损失占全年主要自然灾害损失的30%。而洪涝灾害具有影响范围广、发生频度高、灾害突发性强等特点，难以对其进行提前预知。
[0003]洪涝灾害的灾情影响与湖泊蓄水量息息相关，在发生强降雨事件后超出湖泊容积的水体则会沿着湖区边界漫入周边农田及建筑区形成洪灾，降水量过大时甚至会冲破防护工程冲毁人工建筑物造成更多的经济损失，因此获取精确的湖泊地形信息对于估计湖泊蓄水量预估不同程度降雨事件形成的洪涝灾情具有重要意义。学者对于湖泊地形信息的获取方法也做过很多研究，而传统的基于实地声呐探测的方法，通过船载声呐所获取的测量点反演湖底地形图实际操作工作量太大，耗费时长及人力物力；常规的数字高程模型分辨率较低，预估湖泊蓄水量的精度难以满足要求。
[0004]地理学报第74卷第7期在2019年7月公开了隆院男、闫世雄、蒋昌波、吴长山、李志威和唐蓉的题目为《基于多源遥感影像的洞庭湖地形提取方法》，该方法以洞庭湖为研究对象，采用Landsat和MODIS系列遥感影像提取湖区边界，基于趋势面分析法和克里金插值法，反演湖区边界各点对应的水位，将带有水位信息的边界点作为高程点实现湖底地形反演，进一步用实测湖底地形验证反演方法的可靠性。该方法仅采用洞庭湖周边10个水文站、水位站的实测水位数据进行湖区水位反演，可用数据有限，无法有效覆盖整个湖区，水位反演精度的不足直接影响地形反演的精度。其次，对于常年无法露出水面的底部地形没有进行反演，所得到的洞庭湖地形缺少一部分，整体的完整性还略有不足。最后，用于提取水面边界的遥感影像仅采用分辨率较低的光学影像，没有考虑高分辨率雷达影像的效果，较低的分辨率使得水面边界的提取精度不高，出现不同水位边界重合问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述的技术问题，本专利技术基于多源多时相遥感影像、测高卫星和地面水位数据，通过数据拟合、叠加等操作得到内陆湖泊最低水位以上湖盆地形，采用水色反演水深的方法获取湖泊最低水位以下湖盆地形，将上、下层湖盆地形进行拼接实现湖泊湖盆地形的反演。
[0006]本专利技术提供一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，包括获取内陆湖泊水文相关数据，所述内陆湖泊水文相关数据包括遥感影像、卫星测高数据和实测水位数据，还包括以下步骤：步骤1：对所述遥感数据进行预处理；步骤2：将湖泊水位变化区域看作上层湖盆，利用不同水位处的湖泊表面通过插值
的方式进行拟合得到所述上层湖盆地形；步骤3：采用水色反演水深的方法获取下层湖盆地形；步骤4：将所述上层湖盆地形和所述下层湖盆地形进行拼接；步骤5：根据反演结果生成专题图，并输出图像。
[0007]优选的是，所述步骤1包括对所述遥感影像进行轨道矫正、辐射定标、滤波处理、多视处理和正射校正中至少一种操作操作，对所述卫星测高数据进行波形重跟踪、电离层校正、对流层校正、极潮校正和固体潮校正中至少一种操作得到精确的地面遥感数据。
[0008]在上述任一方案中优选的是，所述遥感影像包括雷达遥感影像和/或光学遥感影像。
[0009]在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括以下子步骤：步骤21：提取湖区边界；步骤22：筛选所述卫星测高数据；步骤23：拟合所述上层湖盆地形。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述步骤21包括以下子步骤：步骤211：对雷达遥感影像采用水体指数法进行水体提取；步骤212：对光学遥感影像采用归一化差异水体指数法获取水体；步骤213：重复执行步骤211和步骤212，得到多日与所述卫星测高数据同期的湖区边界。
[0011]在上述任一方案中优选的是，所述卫星测高数据包括湖泊水面的高程信息和/或湖区外其他地物的高程信息。
[0012]在上述任一方案中优选的是，所述步骤22包括以下子步骤：步骤221：通过所述与所述卫星测高数据同期的湖区边界进行所述卫星测高数据的第一次筛选，保留湖区内部的测高数据点，将湖区边界外的测高数据点舍弃；步骤222：选取纬度序号连续、高度位于同一水平线上且高程值与高程均值相近的一组点作为可用测高数据，筛选湖区范围内尽可能多的点组；步骤223：对湖区内的所述卫星测高数据进行第二次筛选，得到最终实验数据。
[0013]在上述任一方案中优选的是，所述步骤23包括结合不同时相的水体表面边界与卫星测高数据得到各时相不同水位处的湖泊表面，通过多组湖泊表面插值计算得到整体上层湖盆地形。
[0014]在上述任一方案中优选的是，所述步骤23包括以下子步骤：步骤231：分别对各个水面区块首先进行高程拟合处理，根据卫星测高数据与水文站数据对湖泊表面进行分块，三点构成一个小分块，并将卫星测高数据与各水文站的实测水位数据相结合利用趋势面分析法分块进行拟合处理得到各块水面的高程信息，再将拟合得到的各块水面高程信息拼接到一起得到一整个高程面，经过平滑处理，得到该时相的湖泊水面高程；步骤232：重复进行步骤231获得多日的湖泊水面高程，并将拟合出的水面高程与各日湖区边界叠加得到多日附有高程值的湖区水面边界线；步骤233：利用克里金插值法将各湖区水面进行拟合补充边界线间的高程空白得到上层湖区地形。
[0015]在上述任一方案中优选的是，所述步骤3包括以下子步骤：步骤31：选取上层湖盆反演中最后一期光学遥感影像中的红、绿、蓝、近红外四个多光谱波段的数据获取影像湖区范围内的辐亮度值，将实测水深数据转换为相对与大地水准面的水深数据，再结合实测水深数据的经纬度坐标提取遥感影像上对应位置的各波段像元值与实测水深数据进行配准；步骤32：建立初始反演模型；步骤33：设定初始参数，并利用目标函数生成模型参数；步骤34：根据所述模型参数得到最优的水深反演模型，将高程未知的各点像元值输入模型反演水深值即可得到下层湖盆地形。
[0016]在上述任一方案中优选的是，所述步骤32包括基于多波段组合线性回归模型进行初始反演模型建立，公式为：其中，z为水深值，a0、a
i
为常系数，n为参与反演的波段数，为i波段的辐亮度值，为i波段的深水区辐亮度值。
[0017]在上述任一方案中优选的是，所述步骤33包括从已获取的数据中选取部分样本用于建模，剩下的样本作为检验数据保留；将样本输入模型得到估计水深值，并与对应的实测水深值一起输入目标函数并判断其是否满足收敛条件，若不满足则将参数进行迭代更新重新获得水深反演模型，直到目标函数满足收敛条件。
[0018]在上述任一方案中优选的是，所述目标函数的公式为其中，x为目标函数的计算值，N为建模时输入样本的个数，z
j
为第j个实测水深值，z
mj
为第j个由模型获得的估计水深值。
[0019]在上述任一方案中优选的是，所述步骤4包括以下子步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，包括获取内陆湖泊水文相关数据，所述内陆湖泊水文相关数据包括遥感影像、卫星测高数据和实测水位数据，所述遥感影像包括雷达遥感影像和/或光学遥感影像，其特征在于，还包括以下步骤：步骤1：对所述遥感数据进行预处理；步骤2：将湖泊水位变化区域看作上层湖盆，利用不同水位处的湖泊表面通过插值的方式进行拟合得到所述上层湖盆地形；步骤3：采用水色反演水深的方法获取下层湖盆地形；步骤4：将所述上层湖盆地形和所述下层湖盆地形进行拼接；步骤5：根据反演结果生成专题图，并输出图像。2.如权利要求1所述的基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，其特征在于，所述步骤1包括对所述遥感影像进行轨道矫正、辐射定标、滤波处理、多视处理和正射校正中至少一种操作操作，对所述卫星测高数据进行波形重跟踪、电离层校正、对流层校正、极潮校正和固体潮校正中至少一种操作得到精确的地面遥感数据。3.如权利要求2所述的基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：步骤21：提取湖区边界；步骤22：筛选所述卫星测高数据；步骤23：拟合所述上层湖盆地形。4.如权利要求3所述的基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，其特征在于，所述步骤21包括以下子步骤：步骤211：对雷达遥感影像采用水体指数法进行水体提取；步骤212：对光学遥感影像采用归一化差异水体指数法获取水体；步骤213：重复执行所述步骤211和所述步骤212，得到多日与所述卫星测高数据同期的湖区边界。5.如权利要求4所述的基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，其特征在于，所述卫星测高数据包括湖泊水面的高程信息和/或湖区外其他地物的高程信息。6.如权利要求5所述的基于多源遥感数据的内陆湖泊地形反演方法，其特征在于，所述步骤22包括以下子步骤：步骤221：通过所述与所述卫星测高数据同期的湖区边界进行所述卫星测高数据的第一次筛选，保留湖区内部的测高数据点，将湖区边界外的测高数据点舍弃；步骤222：选取纬度序号连续、高度位于同一水平线上且高程值与高程均值相近的一组点作为可用测高数据，筛选湖区范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小涛，苏巧梅，宿潇野，宋小宁，刘涛，宋文龙，李蓉，马建威，卢奕竹，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：