水库蓄水量遥感与地面协同监测方法技术

一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，包括：从存档卫星数据源中获取多期对水库水体监测的遥感影像，并对遥感影像进行预处理；从经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积；从地面监测站获取地面同步监测的水库水位；建立修正的水库水位与水库水面面积的关系曲线；根据该修正的水库水位与水库水面面积的关系曲线，得到修正的水库水位和水库库容的关系曲线；当有新的可利用卫星数据源时，重复上述步骤，更新修正水库水位与库容关系曲线；由地面测站监测水位，通过修正的水库水位与库容关系曲线，换算得到与监测水位对应的水库蓄水量。本发明专利技术能有效消除水库长期运行后特征曲线变化对蓄水量监测造成的影响，提高水库蓄水状态监测的精度。

【技术实现步骤摘要】
水库蓄水量遥感与地面协同监测方法
本专利技术涉及水库蓄水状况的监测与评价领域，尤其涉及一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法。
技术介绍
我国有小二型以上水库98002座，常年有水的面积大于1平方公里的湖泊2865个，这些地表水源地中的大多数中小型水体缺乏直接的、客观的监测信息，给水资源调度和管理带来困难。另一方面，大量的大中型水库已建成多年，由于库区泥沙淤积和冲刷导致的岸坡形态改变，使水库的特征曲线发生改变，但依传统地面测量方法进行水库特征曲线复测，工作量巨大，很难以较短周期定期开展。用水库设计建设时量算的特征曲线进行当前蓄水量的推算，必然导致蓄水量评价的误差。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，克服了现有技术中单纯依靠地面监测、水库特征曲线难以定期更新导致对水库蓄水量估算存在的误差问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，包括：预处理步骤：从存档卫星数据源中获取多个对水库水体监测的遥感影像，并对该遥感影像进行预处理；水库水面面积提取步骤：从经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积；水库水位获取步骤：从地面监测站获取地面同步监测的水库水位；水位-水面面积关系曲线修正步骤：结合已有的水库特征曲线，基于自所述遥感影像提取的水库水面面积和地面同步监测的水库水位，建立修正的水库水位与水面面积的关系曲线；水位-库容关系曲线修正步骤：根据该修正的水库水面面积与水库水位的关系曲线，得到修正的水库水位与水库库容的关系曲线；更新步骤：当有新的可利用卫星数据源时，重复水库水面面积提取步骤、水库水位获取步骤、水位-水面面积关系曲线修正步骤和水位-库容关系曲线修正步骤，更新修正的水库水位与水库库容关系曲线；蓄水量测算步骤：由地面监测站监测水库水位，通过修正的水库水位与水库库容的关系曲线，换算得到与监测水位对应的水库蓄水量。实施时，水库水面面积提取步骤包括：根据所述遥感影像的质量等级，对该遥感影像进行辐射校正、大气校正、几何校正、图像拼接和影像融合。实施时，水库水面面积提取步骤包括：对于空间分辨率小于10米的光学遥感影像，综合运用波段阈值法、谱间关系法和水体指数法，从所述经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积。实施时，水库水面面积提取步骤包括：对于空间分辨率大于10米的光学遥感影像，采用面向对象分类的水体提取方法，从所述经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积。实施时，水库水面面积提取步骤包括：对于空间分辨率大于5米的光学遥感影像，采用基于纹理特征的水体提取方法，从所述经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积。实施时，水面面积-水位关系建立步骤具体包括：基于自所述遥感影像提取的水库水面面积和地面同步监测的水库水位，按时间关联建立第一组包括多个数据点的数据集，每个该数据点包括相互对应的水库水位和水库水面面积；对原有水库特征曲线进行离散化，形成第二组包括多个数据点的数据集，每个该数据点包括相互对应的水库水位和水库水面面积；组合所述第一组包括多个数据点的数据集和所述第二组包括多个数据点的数据集为一个样本序列；选定n次多项式函数作为水库水位变量H与水库水面面积A的关系函数A（H）：式中n为大于零的整数，an为展开系数；对所述样本序列，通过最小二乘法拟合得到展开系数an最优近似值；将拟合得到的展开系数an代入得到水库水体面积关于水库水位变量的连续函数，该函数即为修正的水库水位与水库水面面积的关系曲线。实施时，水位-库容关系曲线修正步骤包括：将修正的水库水位与水库水面面积关系曲线离散为第三组包括多个数据点的数据集，每个该数据点包括相互对应的水库水位和水库水面面积；用棱台模型模拟水库库区地形，将第三组数据集中的水库水位和水库水面面积带入棱台公式，相邻两分段水位间的库容Vi用所述棱台公式表示为：式中Hi为水库水位，Ai为水库水位为Hi时对应的修正的水库水面面积，；水库水位在Hi的水库总库容V为：根据所述水库水位和所述水库总库容，得到修正的水库水位和水库库容的关系曲线。实施时，更新步骤具体包括：当有新的可利用卫星数据源时，重复水库水面面积提取步骤和水库水位获取步骤，为第一组包括多个数据点的数据集增加一个新的数据点，该数据点包括相互对应的水库水位和水库水面面积；更新修正水库水位与水面面积关系曲线；根据更新修正的水库水位与水面面积关系曲线，更新修正水位-库容关系曲线。与现有技术相比，本专利技术所述的水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，可以利用同步监测的遥感测量水库水面面积和地面测量水位，动态更新水库特征曲线，从而提高水库蓄水量监测和估算的精度。附图说明图1是本专利技术实施例所述的水库蓄水动态监测方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1所示，本专利技术实施例所述的水库蓄水量监测方法包括：预处理步骤11：从存档卫星数据源中获取多个对水库水体监测的遥感影像，并对该遥感影像进行预处理；水库水面面积提取步骤12：从经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积；水库水位获取步骤13：从地面监测站获取地面同步监测的水库水位；水位-水面面积关系曲线修正步骤14：结合已有的水库特征曲线，基于自所述遥感影像提取的水库水面面积和地面同步监测的水库水位，建立修正的水库水位与水面面积的关系曲线；水位-库容关系曲线修正步骤15：根据该修正的水库水面面积与水库水位的关系曲线，得到修正的水库水位与水库库容的关系曲线；更新步骤16：当有新的可利用卫星数据源时，重复水库水面面积提取步骤、水库水位获取步骤、水位-水面面积关系修正步骤和水位-库容修正步骤，更新修正的水库水位与水库库容关系曲线；蓄水量测算步骤17：由地面监测站监测水库水位，通过修正的水库水位与水库库容关系曲线，换算得到与监测水位对应的水库蓄水量。本专利技术实施例所述的水库蓄水动态监测方法，是服务于水源地水体水量监测的多卫星数据源水体遥感监测方法，可以根据遥感影像分析水库水面面积变化进而实现对水库蓄水情况进行实时监测，比起单纯依靠地面监测估算水源水库蓄水量提升了监测精度。实施时，所述预处理步骤11具体可包括：针对研究内容，根据目前可获取的卫星数据源情况及各自的特点，综合考虑数据源的业务应用成本，选取数据源；根据遥感影像的质量等级，对该遥感影像进行预处理，对遥感影像进行辐射校正、几何校正、几何精校正、图像拼接、影像融合等一系列预处理，进而为影像与影像、影像与航片配准，使遥感影像源满足监测的要求，为信息的提取创造条件。实施时，所述水库水面面积提取步骤12具体可包括：当所述卫星数据源为中分辨率卫星（即所述遥感影像为空间分辨率小于10米的光学遥感数据）时，基于水体光谱信息的谱间关系，建立水体信息提取模型，综合运用波段阈值法、谱间关系法和水体指数法，从所述经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积，从所述经过预处理后的遥感影像提取水库水面面积；建立水体信息提取模型步骤如下：（1）雾和植被在NIR（NearInfra-Red，近红外）波段的值很高，设置NIR波段值<T1以去除雾的影响，云在NIR波段的值很大，设置T1为85去除云的影响；（2）水体、居民地、山体和云的波谱曲线都是NIR波段值&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，其特征在于，包括： 预处理步骤：从存档卫星数据源中获取多个对水库水体监测的遥感影像，并对该遥感影像进行预处理； 水库水面面积提取步骤：从经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积； 水库水位获取步骤：从地面监测站获取地面同步监测的水库水位； 水位‑水面面积关系曲线修正步骤：结合已有的水库特征曲线，基于自所述遥感影像提取的水库水面面积和地面同步监测的水库水位，建立修正的水库水位与水面面积的关系曲线； 水位‑库容关系曲线修正步骤：根据该修正的水库水面面积与水库水位的关系曲线，得到修正的水库水位与水库库容的关系曲线； 更新步骤：当有新的可利用卫星数据源时，重复水库水面面积提取步骤、水库水位获取步骤、水位‑水面面积关系曲线修正步骤和水位‑库容关系曲线修正步骤，更新修正的水库水位与水库库容关系曲线； 蓄水量测算步骤：由地面监测站监测水库水位，通过修正的水库水位与水库库容的关系曲线，换算得到与监测水位对应的水库蓄水量。

【技术特征摘要】
1.一种水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，其特征在于，包括：预处理步骤：从存档卫星数据源中获取多个对水库水体监测的遥感影像，并对该遥感影像进行预处理；水库水面面积提取步骤：从经过预处理后的遥感影像中提取水库水面面积；水库水位获取步骤：从地面监测站获取地面同步监测的水库水位；水位-水面面积关系曲线修正步骤：结合已有的水库特征曲线，基于自所述遥感影像提取的水库水面面积和地面同步监测的水库水位，建立修正的水库水位与水面面积的关系曲线；水位-库容关系曲线修正步骤：根据该修正的水库水面面积与水库水位的关系曲线，得到修正的水库水位与水库库容的关系曲线；更新步骤：当有新的可利用卫星数据源时，重复水库水面面积提取步骤、水库水位获取步骤、水位-水面面积关系曲线修正步骤和水位-库容关系曲线修正步骤，更新修正的水库水位与水库库容关系曲线；蓄水量测算步骤：由地面监测站监测水库水位，通过修正的水库水位与水库库容的关系曲线，换算得到与监测水位对应的水库蓄水量；水位-库容关系曲线修正步骤包括：将修正的水库水位与水库水面面积关系曲线离散为第三组包括多个数据点的数据集，每个该数据点包括相互对应的水库水位和水库水面面积；用棱台模型模拟水库库区地形，将第三组数据集中的水库水位和水库水面面积带入棱台公式，相邻两分段水位间的库容Vi用所述棱台公式表示为：式中Hi为水库水位，Ai为水库水位为Hi时对应的修正的水库水面面积；水库水位在Hi的水库总库容V为：根据所述水库水位和所述水库总库容，得到修正的水库水位和水库库容的关系曲线。2.如权利要求1所述的水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，其特征在于，水库水面面积提取步骤包括：根据所述遥感影像的质量等级，对该遥感影像进行辐射校正、大气校正、几何校正、图像拼接和影像融合。3.如权利要求1所述的水库蓄水量遥感与地面协同监测方法，其特征在于，水库水面面积提取步骤包括：对于空间分辨率...

【专利技术属性】
技术研发人员：红莉，蒋云钟，朱鹤，马淑娇，张双虎，冶运涛，陈德清，成建国，
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：北京;11