一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，属于河段水量测量和遥感应用技术领域。步骤为获取待测河段上游和下游河道断面勘测基础数据，通过卫星获取涵盖所需观测河道断面的遥感影像，预处理并设定提取影像网格大小为DD；将预处理后的影像通过归一化水体指数计算进行河道水体的提取；根据水体提取结果，测量出上游和下游河道河面的网格数并计算上下游河面宽度；根据上下游河道断面的勘测基础数据和河面宽度计算河段水量。本发明专利技术无需人员到现场进行实地测量，可直接利用计算机在远程进行计算并对其进行监管分析，为水量数据的测量提供了便利。的测量提供了便利。的测量提供了便利。

【技术实现步骤摘要】
一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法


[0001]本专利技术涉及一种水量的计算方法，特别涉及一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，属于河段水量测量和遥感应用


技术介绍

[0002]河段水量计算是水文领域的重要计算之一，在流域开发、防洪调度及河道整治、水资源合理利用和优化等方面有着重要意义。传统的计算河段水量一般采用人工测量河面宽度数据、水文监测站点监测水位数据来计算河段水量，此方法费时费力，人工成本较高，在极端恶劣天气影响下，无法及时实现测量河面宽度，且在河流没有布设监测站点的情况下无法得到水位数据，进而无法测得水量数据。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服上述不足，而提供一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，可快速便捷地获得水量数据。
[0004]本专利技术采取的技术方案为：一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，包括步骤如下：（1）获取待测河段上游和下游河道断面勘测基础数据，包括上游断面河底宽为B1，右岸边坡系数m
1右
，左岸边坡系数为m
1左
；下游断面河底宽为B2，右岸边坡系数m
2右
，左岸边坡系数为m
2左
；上下游断面间河段长H；（2）通过卫星获取涵盖所需观测河道断面的遥感影像，预处理并设定提取影像网格大小为DD；（3）将预处理后的影像通过归一化水体指数计算进行河道水体的提取；（4）根据水体提取结果，测量出上游和下游河道河面的网格数并计算上下游河面宽度：S1=n1D ，S2=n2D ，S1为上游河道断面河面宽度，S2为下游河道断面河面宽度，n1为覆盖上游河道断面河面网格的个数，n2为覆盖上游河道断面河面网格的个数，D为网格边长尺寸大小；（5） 根据上下游河道断面的勘测基础数据和河面宽度计算河段水量：，
式中V表示河段水量。
[0005]上述方法中，步骤（2）所述的预处理包括大气校正、辐射定标、影像裁剪。
[0006]步骤（3）所述的归一化水体指数的计算方法为：，NDWI：归一化水体指数，p(Green)：绿波段遥感反射率，p(NIR)：近红外波段遥感反射率。
[0007]步骤（4）中利用ArcGIS设置格网布局，计算河宽所包含网格个数。
[0008]步骤（5）中河段水量计算的具体过程为：根据边坡系数定义可知，（1），（2），b
1左
为上游左边坡面水平方向上的投影长度，b
1右
为上游右边坡面水平方向上的投影长度，b
2左
为下游左边坡面水平方向上的投影长度，b
2右
为下游右边坡面水平方向上的投影长度，h1为上游河道断面水深；h2为下游河道断面水深；根据河道断面可知：（3），（4），将式（1）、（2）代入式（3）、（4）中得h1、h2，再通过梯形面积公式得出上下游的断面面积为：（5），（6），W1为上游河道断面面积，W2为下游河道断面面积，根据梯形立方体体积公式可知上下游河段水量为：（7），将式（5）、式（6）代入式（7），得出河段水量为：
。
[0009]本专利技术的有益效果为：1、本专利技术能够改善现有的河段水量监测手段的弊端，可以快速便捷地获取到需要的河段遥感影像，通过技术手段获取河面宽度数据，从而计算出河段水位数据以及河段水量的多少，此过程无需人员到现场进行实地测量，可直接利用计算机在远程进行计算并对其进行监管分析，为水量数据的测量提供了便利。
[0010]2、计算河段水量可以提供及时、准确的水文信息，对于对河流监测及时了解水文变化有重要的帮助。此外，河段水量信息可以帮助水利部门和一般用户合理管理和保护地下和地表水资源，确保其可持续利用，是有效管理维护河流生态环境和水资源的必要技术手段。
附图说明
[0011]图1为本专利技术方法流程图；图2为上下游河道断面示意图，a上游河道断面示意图， b下游河道断面示意图；图3为实施例河段勘测图纸；图4为实施例中涵盖待测河段的卫星遥感影像；图5为实施例中的水体提取结果图。
具体实施方式
[0012]下面结合具体实施方式和实施例进一步说明本专利技术。
[0013]一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，包括步骤如下：（1）获取待测河段上游和下游河道断面勘测基础数据：通过工程设计图纸、河道断面勘测图纸等基础测量信息，可知待测河道上游断面、下游断面几个关键参数，包括上游断面河底宽为B1，右岸边坡系数m
1右
，左岸边坡系数为m
1左
；下游断面河底宽为B2，右岸边坡系数m
2右
，左岸边坡系数为m
2左
；上下游断面间河段长H。
[0014]（2）通过卫星获取涵盖所需观测河道断面的遥感影像，对遥感影像进行预处理，包括大气校正、辐射定标、影像裁剪，设定提取影像网格大小为DD（矢量格子，如一个格子大小是20米20米），D的单位为米。
[0015]（3）将预处理后的影像通过归一化水体指数计算进行河道水体的提取：提取原理如下：，NDWI：归一化水体指数，p(Green)：绿波段遥感反射率，p(NIR)：近红外波段遥感反射率；具体操作包括：基于ENVI5.3软件，在菜单栏选择Basic Tools
‑
>Band Math，然后在 enter an expression中输入表达式：( float(b2)
‑
float(b4) )/(b2+b4)，其中b2是绿波段，b4是近红外波段，选择导出位置即可得到水体指数影像；接下来要区分开水体和非水
体，在菜单栏中依次选择：Classification
‑
>Decision Tree
‑
>Build New Decision Tree，点击Node 1，在expression中输入计算公式 b1 GT 0.2，选择刚才生成的水体指数影像，点击execute，即可得到二值化结果，其中水体为白色。在available vector lists窗口中，选择 file
‑
>export layers to shpfile,就可以把水体转为.shp数据。
[0016]（4）根据水体提取结果，测量出上游和下游河道河面的网格数并计算上下游河面宽度：根据水体NDWI提取结果，利用ArcGIS设置格网布局，计算河宽所包含网格个数n，网格大小为DD，则得到河道宽度S为：S1=n1D ，S2=n2D ，S1：上游河道断面河面宽度（m），S2：下游河道断面河面宽度（m），n1：覆盖上游河道断面河面网格的个数，n2：覆盖上游河道断面河面网格的个数，D：网格边长大小（m）。
[0017]（5） 根据上下游河道断面的勘测基础数据和河面宽度计算河段水量：根据边坡系数定义可知，（1），（2），b
1左
为上游左边坡面水平方向上的投影长度，b
1右
为上游右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，其特征是，包括步骤如下：（1）获取待测河段上游和下游河道断面勘测基础数据，包括上游断面河底宽为B1，右岸边坡系数m
1右
，左岸边坡系数为m
1左
；下游断面河底宽为B2，右岸边坡系数m
2右
，左岸边坡系数为m
2左
；上下游断面间河段长H；（2）通过卫星获取涵盖所需观测河道断面的遥感影像，预处理并设定提取影像网格大小为DD；（3）将预处理后的影像通过归一化水体指数计算进行河道水体的提取；（4）根据水体提取结果，测量出上游和下游河道河面的网格数并计算上下游河面宽度：S1=n1D ，S2=n2D ，S1为上游河道断面河面宽度，S2为下游河道断面河面宽度，n1为覆盖上游河道断面河面网格的个数，n2为覆盖上游河道断面河面网格的个数，D为网格边长尺寸大小；（5） 根据上下游河道断面的勘测基础数据和河面宽度计算河段水量：，式中V表示河段水量。2.根据权利要求1所述的一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，其特征是，步骤（2）所述的预处理包括大气校正、辐射定标、影像裁剪。3.根据权利要求1所述的一种基于上下游遥感数据的河段水量计算方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓青，孙启玉，慎圆星，李志鹏，
申请(专利权)人：山东锋士信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：