一种遥感水文站监测河流径流的方法技术

本发明专利技术涉及一种遥感水文站监测河流径流的方法：步骤一、缺少测站区关键河道断面选取；步骤二、缺少测站区河道断面信息低空遥感反演：对步骤一所选的河道断面监测点进行实时的无人机控制飞行，并对获取的数据进行预处理和进行地表信息提取，在此基础上获得河道断面纵断面比降、橫断面面积和水面宽度，并结合地面水位监测和水下地形测绘，从而利用曼宁公式推求监测断面流量。本发明专利技术：(1)耦合卫星遥感与低空遥感，开展优势互补，填补水文数据缺乏的空白。(2)在应急管理时，获取适时河段河面宽度，计算得出河川径流。河川径流数据为适时上报，径流监测精度

【技术实现步骤摘要】
一种遥感水文站监测河流径流的方法
本专利技术一种遥感水文站监测河流径流的方法，属于河流径流量遥感监测
，尤其是在干旱内陆区缺少水文测站地区涉及的一种耦合卫星遥感与低空遥感技术在河流径流遥感监测的估算方法。
技术介绍
当今世界范围内，存在着大量的无资料或稀缺资料地区，如何进行无资料或稀缺资料地区的水文预报一直是困扰国内外水文学家的难题之一。当前大多数水文预报方法的一个共同特点是根据已有的水文资料建立一定的经验的或物理机制的水文模型对复杂的水文现象进行描述。然而，在全球范围内，特别是发展中国家，水文气象测站分布极其稀少。另外，一些原先已具备资料的流域可能因为气候变化或人类活动的影响使得历史资料不可用而成为缺资料流域。资料的完全缺失或不完整使得水文预报模型参数很难通过率定的方法确定。迫于当前大量无资料或稀缺资料地区在防洪抗旱、水资源管理以及水利工程设计等方面对水文特征的需要，国际科学合作计划PUB(PredictioninUngaugedBasins)以减少水文预报中的不确定性为核心，强调从水文现象的机理着手完善现有的模型并发展全新的水文模拟系统，减少水文模拟对参数率定的依赖。PUB汇集水文理论、遥感技术、科学计算等多方面成果，运用新的系统理论和方法来解决传统水文学所遇到的困难。以往在进行无资料地区的水文计算时，大都选择降水比较丰富的流域进行计算，对于降水稀少、径流变化较大的干早、半干早地区的无资料流域来说，这些方法通常存在较大的局限性：(1)基于实测资料在输入和输出之间建立关系预报输出时，当流域输入、输出和模型这三个环节中的任何一个未知时，水文预报就面临严峻的挑战。(2)一个流域内获取的水文特征值直接移植到特征条件相似流域，增加了结果的不确定性。(3)侧重于径流预报且多为流域出口的总径流量，刻画流域内水文过程空间变化及各水文分量特征受到局限。(4)经验型多、定量型少，以一个相对稳定和静止的环境下来研究流域水文现象为假设，对于变化环境下流域水文过程无法加以描述，不能满足人类活动影响下流域水文响应的分析，无法与全球气候模式(GlobalClimateModel,GCM)等气候模式进行耦合，难以真正指导流域水资源管理。遥感技术的发展为全球河流流量的观测提供了一种新的手段，利用遥感可以弥补地面流量观测的不足。然而，由于分布式遥感水文模型所需要的数据与参数众多，且难以获取，限制了其在稀缺资料地区的广泛应用。目前在稀缺资料区遥感水文模型应用的最大障碍是缺乏足够的输入和模型验证数据。综上，常规遥感监测到的水文参数和变量，已难以满足保障稀缺资料地区水资源安全对水文参数和变量的精度要求。因此，为了揭示稀缺资料区产汇流机制，亟待发挥低空遥感优势，建立一种行之有效的便捷的河道流量反演算法，后期可对卫星编程控制，实时监测获取实时遥感数据，推求监测断面流量，填补水文数据缺乏的空白。
技术实现思路
1、目的：本专利技术的目的是提供一种遥感水文站监测河流径流的方法，利用消费级无人机开展缺少测站区河流水系遥感观测，耦合中国高分系列卫星影像，采用河道流量低空遥感反演技术进行河道水文信息监测。只需获取河道的高分卫星影像，即可快速有效地预测估算该研究区河流流量。2、技术方案：本专利技术可通过下述技术方案实现：本专利技术属于一种遥感水文站监测河流径流的方法，该方法具体步骤如下：步骤一：缺少测站区关键河道断面选取(1)研究区域的选择选取典型的稀缺资料地区，在该区域范围内方能被选为建立遥感水文站的典型研究区。具体如下：当今世界范围内,存在着大量的无资料或稀缺资料地区，如何进行无资料或稀缺资料地区的水文预报一直是困扰国内外水文学家的难题之一。然而，在全球范围内，特别是发展中国家，水文气象测站分布极其稀少。另外，一些原先已具备资料的流域可能因为气候变化或人类活动的影响使得历史资料不可用而成为缺资料流域。迫于当前大量无资料或稀缺资料地区在防洪抗旱、水资源管理以及水利工程设计等方面对水文特征的需要。国内外学者以往在进行无资料地区的水文计算时，大都选择降水比较丰富的流域进行计算，对于降水稀少、径流变化较大的干早、半干早地区的无资料流域来说，这些方法通常存在较大的局限性。西北内陆干旱区内发源于高寒山区的主要河流，水文部门所设雨量站大部分位于流域出山口及以下位置，海拔3000m以上雨量站极少，气象站主要分布在平原区。受高海拔山区复杂的地形条件和地理结构影响，流域内的水文参数具有很强的空间异质性，加之水文气象监测站点稀少，使得大尺度山区流域水文过程模拟的难度加大。因此，我国西北内陆干旱区属于典型的稀缺资料地区，在该区域范围内方能被选为建立遥感水文站的典型研究区。(2)中小河流河段规划在研究区范围内，针对研究区域进行整体规划分析，明确需要开展遥感监测的中小河流，规划出需要监测的河流河段。根据研究区内的河流分布情况，确定该区域的子流域分布格局，进而确定全部子流域出口控制断面位置并在缺少测站区选取多个特征关键河道断面监测点，主要分布在河流出山口及河流渠首等缺少资料地区。在此基础上，为实现构建遥感水文站，指导稀缺资料地区/流域实现变化环境下水资源科学化、定量化管理，需建立统一的监测站点数据管理规范和编码系统，便于后期数据管理。步骤二：缺少测站区河道断面信息低空遥感反演对步骤一所选的河道断面监测点进行实时的无人机控制飞行，并对获取的数据进行预处理和进行地表信息提取，在此基础上获得河道断面纵断面比降、橫断面面积和水面宽度，并结合地面水位监测和水下地形测绘，从而利用曼宁公式推求监测断面流量。其中，数据的预处理包括几何纠正和影像拼接，并对获取的高精度影像进行进一步的加工处理，得到点云数据、DEM数据及正射影像图。地表信息提取的主要的参数类型包括土地利用与土地覆盖信息(LUCC，Landuseandcoverchange)，地形信息和土壤信息；获取的方法主要包括直接观测，遥感反演和利用GIS手段提取。本专利技术是一种遥感水文站监测河流径流的方法，其优点及功效在于：(1)卫星遥感具有监测范围广、时间尺度丰富、产品多等优势，低空遥感则具有空间分辨率高、监测频次高、获取时间灵活可控等优点。耦合卫星遥感与低空遥感，开展优势互补，加强高新技术研发，建立内陆区缺少水文测站河流径流遥感监测信息平台，填补水文数据缺乏的空白。(2)在应急管理时，可适时对中小河流遥感监测河段进行低空无人机飞行，获取适时河段河面宽度，通过建立的河段内相应断面水深-河面宽度关系计算得出河川径流。河川径流数据为适时上报，径流监测精度<8％。(3)填补西北干旱区水文测站稀少，不能满足防洪抗旱和水污染等突发事件的需要。遥感水文站建立后，无需人员到达即可用遥感技可适时开展径流监测，克服缺少资料区地广人稀，交通不便的困难，开展防洪抗旱和水污染的突发事件监测，服务于应急灾害管理，具有十分重要的社会效益。附图说明图1为本专利技术方法流程框图。图2a、2b为遥感增强水文站示例图。图3为研究区径流遥感增强监测点位示意图。图4为研究区监测断面控制流域示意图。图5为研究区水文站控制流域示意图。图6为河道断面示意图。图7河道断面水深-河面宽度关系曲线图。图8河流剖面示意图。具体实施方式本专利技术提出的遥感水文增强站，填补新疆干旱内陆区水文测站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种遥感水文站监测河流径流的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：缺少测站区关键河道断面选取(1)研究区域的选择选取典型的稀缺资料地区，在该区域范围内方能被选为建立遥感水文站的典型研究区；(2)中小河流河段规划在研究区范围内，针对研究区域进行整体规划分析，明确需要开展遥感监测的中小河流，规划出需要监测的河流河段；根据研究区内的河流分布情况，确定该区域的子流域分布格局，进而确定全部子流域出口控制断面位置并在缺少测站区选取多个特征关键河道断面监测点，主要分布在河流出山口及河流渠首的缺少资料地区；步骤二：缺少测站区河道断面信息低空遥感反演对步骤一所选的河道断面监测点进行实时的无人机控制飞行，并对获取的数据进行预处理和进行地表信息提取，在此基础上获得河道断面纵断面比降、橫断面面积和水面宽度，并结合地面水位监测和水下地形测绘，从而利用曼宁公式推求监测断面流量；其中，所述的预处理包括几何纠正和影像拼接，并对获取的高精度影像进行进一步的加工处理，得到点云数据、DEM数据及正射影像图；地表信息提取的主要的参数类型包括土地利用与土地覆盖信息，地形信息和土壤信息。

【技术特征摘要】
1.一种遥感水文站监测河流径流的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：缺少测站区关键河道断面选取(1)研究区域的选择选取典型的稀缺资料地区，在该区域范围内方能被选为建立遥感水文站的典型研究区；(2)中小河流河段规划在研究区范围内，针对研究区域进行整体规划分析，明确需要开展遥感监测的中小河流，规划出需要监测的河流河段；根据研究区内的河流分布情况，确定该区域的子流域分布格局，进而确定全部子流域出口控制断面位置并在缺少测站区选取多个特征关键河道断面监测点，主要分布在河流出山口及河流渠首的缺少资料地区；步骤二：缺少测站区河道断面信息低空遥感反演对步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜天，巩同梁，赵长森，娄和震，王娟，王鹏飞，潘天力，王静，达瓦晋美，
申请(专利权)人：北京师范大学，西藏自治区水文水资源勘测局，
类型：发明
国别省市：北京,11