一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，包括如下步骤：将平原灌区作为研究区，获取研究区高分二号遥感影像；提取研究区沟渠分布矢量图；提取沟渠中心线并延长沟渠中心线；根据研究区沟渠特征对沟渠进行等级划分；对不同等级的沟渠进行相交，得到研究区泵闸点的位置；利用研究区的Lidar数据，在ArcGIS中进行水文模块分析，得到有流向的沟渠网络矢量数据；根据有流向的沟渠网络矢量数据、研究区泵闸点位置以及沟渠等级矢量数据判别研究区泵闸类型。本发明专利技术方法有助于了解人为调控对平原灌区水文连通性的影响，进而为改善农村沟渠生态系统健康状况、提高水资源统筹配置能力提供可参考的科学依据。

A Method of Identifying Pump Location and Type in Plain Irrigation Area Based on High Score 2 and Lidar Data

【技术实现步骤摘要】
一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法
本专利技术属于水文领域，尤其涉及一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法。
技术介绍
平原灌区沟渠网络水流运动复杂，加上灌溉水利工程及人为管理的影响，水系连而不通，通而不畅，导致该区功能失调，对周围自然生态系统产生不同程度的影响。平原灌区泵闸设施地理位置分散，目前没有可以批量快速的统计平原灌区泵闸信息的方法，随着国产高分影像数据具有较高的获取性，为批量快速识别平原灌区泵闸点位置及其类型提供了良好的数据基础，对平原灌区泵闸点位置及类型进行识别与判断，可以了解人为调控对平原灌区水文连通性的影响，从而为优化平原水网区水系结构、寻求科学合理的水系工程调度运行规则提供理论支持，进而有助于保护、修复和重建沟渠系统的结构和功能，维持水生态系统的健康，使其朝着“人-水”和谐的方向发展。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，有助于揭示平原灌区人为调控规则对水文连通性的影响，进而为改善农村沟渠生态系统健康状况、提高水资源统筹配置能力提供可参考的科学依据。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，包括如下步骤：(1)将平原灌区作为研究区，获取研究区高分二号遥感影像；(2)利用ENVI及ArcGIS软件对研究区高分二号遥感影像进行处理，获取研究区沟渠面状矢量数据，即研究区沟渠分布矢量图；(3)步骤(2)中提取的沟渠矢量数据为面状文件，面状沟渠进行相交处理无法得到单个的交点，即无法得到泵闸点的位置，因此，对沟渠面状矢量数据提取中心线得到沟渠线状矢量数据；在ArcGIS中对步骤(2)得到的沟渠面状矢量数据提取沟渠中心线得到沟渠线状矢量数据，线状沟渠进行相交处理可得到单个交点；对提取的沟渠中心线进行延长；所述平原灌区沟渠实际是相互连通的，而在提取沟渠矢量数据时，叠置在三维空间的道路阻断了沟渠的连接，因此为了使沟渠相互连接，需要对沟渠中心线进行延长处理；(4)根据研究区沟渠灌溉路径，对沟渠进行等级划分，从高到低依次为等级1,2,…,n，得到沟渠等级矢量数据；(5)将不同等级的沟渠分别生成单个矢量数据，并在ArcGIS中对不同等级的沟渠矢量数据进行相交分析，得到不同等级沟渠交汇点，即得到研究区泵闸点的位置；(6)获取研究区Lidar数据，并在ArcGIS中对Lidar数据进行水文模块分析，得到有流向的沟渠网络矢量数据；(7)结合得到的有流向的沟渠网络矢量数据、研究区泵闸点位置以及沟渠等级矢量数据判别研究区泵闸类型；若水流流向为低等级沟渠流向高等级沟渠，则表明沟渠交汇点为泵站；相反，若水流流向为高等级沟渠流向低等级沟渠，则沟渠交汇点为闸门。进一步，步骤(2)所述利用ENVI及ArcGIS软件对研究区高分二号遥感影像进行处理，获取研究区沟渠面状矢量数据，步骤如下：(2.1)利用ENVI对所述研究区高分二号遥感影像进行正射校正，图像融合以及大气校正预处理，然后提取研究区沟渠矢量数据；(2.2)由于在ENVI中提取的矢量数据精度达不到要求，因此结合高分二号遥感影像，在ArcGIS中通过目视解译对步骤(2.1)提取的沟渠矢量数据进行更新，得到精度符合要求的研究区沟渠面状矢量数据。进一步，步骤(3)所述在ArcGIS中提取研究区沟渠中心线，并对提取的沟渠中心线进行延长，步骤如下：(3.1)通过面转栅格工具将沟渠面状矢量数据栅格化，生成新的沟渠栅格数据；(3.2)对新生成的沟渠栅格数据进行重分类操作，得到沟渠二值化栅格要素类；(3.3)利用ArcGIS软件的矢量化工具沿着栅格要素的中心生成矢量沟渠中心线；(3.4)在ArcGIS中对步骤(3.3)生成的沟渠中心线进行延伸，延伸长度根据实际需求确定。进一步，步骤(6)所述水文模块分析，步骤如下：(6.1)对Lidar数据进行填洼处理，对无洼地的数据进行流向分析，得到流向栅格；(6.2)对流向栅格进行流水累积量计算，得到流水累积量栅格；(6.3)利用ArcGIS的栅格计算器功能提取得到沟渠网络栅格；(6.4)利用ArcGIS的栅格河网矢量化功能得到有流向的沟渠网络矢量数据。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：本专利技术结合了高分二号及Lidar数据提出了一种可以识别并判断平原灌区泵闸点位置及其类型的方法，可以批量快速的统计平原灌区泵闸信息，有助于进一步了解人为调控对平原灌区水文连通性的影响，从而为优化平原水网区水系结构、寻求科学合理的水系工程调度运行规则提供理论支持，进而有助于保护、修复和重建沟渠系统的结构和功能，维持水生态系统的健康发展。附图说明图1是本专利技术的泵闸点位置及其类型识别方法流程图；图2是阜东灌区沟渠4大等级分类示意图；图3是不同等级沟渠相交所得阜东灌区泵闸点位置示意图；图4是阜东灌区得到的有流向的沟渠网络矢量数据示意图；图5是利用Lidar数据提取的水流流向判断某处泵闸点为泵站示意图；图6是利用Lidar数据提取的水流流向判断某处泵闸点为闸门示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。以江苏省阜宁县阜东灌区为例，本专利技术所述的一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，包括如下步骤：(1)获取阜东灌区高分二号遥感影像；(2)在ENVI软件中对阜东灌区高分二号遥感影像进行正射校正，图像融合以及大气校正预处理，然后提取阜东灌区沟渠矢量数据；结合高分二号遥感影像，在ArcGIS软件中通过目视解译对提取的沟渠矢量数据进行更新，得到阜东灌区沟渠面状矢量数据，即阜东灌区沟渠分布矢量图；(3)在ArcGIS中对步骤(2)得到的沟渠面状矢量数据提取沟渠中心线得到沟渠线状矢量数据；对提取的沟渠中心线进行延长，使得提取沟渠矢量数据时，被叠置在三维空间的道路阻断了的沟渠相互连接；方法如下：(3.1)通过面转栅格工具将沟渠面状矢量数据栅格化，生成新的沟渠栅格数据；操作如下：在ArcGIS中打开新导出的沟渠矢量图，在Conversiontoolbox下拉表框选择ToRaster并双击polygontoraster，在打开的面板中像元大小设置为1；(3.2)对步骤(3.1)新生成的沟渠栅格数据进行重分类操作，得到沟渠二值化栅格要素类；操作如下：在ArcGIS中的SpatialAnalysttoolbox下拉表框选择Reclass并双击Reclassify，有值的数据设为1，Nodata设为0；新建线图层：在ArcCatalog中新建Shapefile，类型为polyline，坐标系与栅格一致；在ArcGIS中打开该线图层并处于编辑状态，用于存放沟渠中心线；(3.3)利用ArcGIS软件的矢量化工具沿着栅格要素的中心生成矢量沟渠中心线；操作如下：打开ArcScan工具条，栅格捕捉选项中栅格线状要素最大宽度设置为100m，交点解决方案选择“中心值”，间距闭合容差为60m，扇形角度设置为60度，设置完成后，点击GenerateFeatures功能自动生成沟渠中心线；(3.4)在A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)将平原灌区作为研究区，获取研究区高分二号遥感影像；(2)利用ENVI及ArcGIS软件对研究区高分二号遥感影像进行处理，获取研究区沟渠面状矢量数据，即研究区沟渠分布矢量图；(3)在ArcGIS中对步骤(2)得到的沟渠面状矢量数据提取沟渠中心线得到沟渠线状矢量数据，线状沟渠进行相交处理可得到单个交点；对提取的沟渠中心线进行延长，使得提取沟渠矢量数据时，被叠置在三维空间的道路阻断了的沟渠相互连接；(4)根据研究区沟渠灌溉路径，对沟渠进行等级划分，从高到低依次为等级1,2,…,n，得到沟渠等级矢量数据；(5)将不同等级的沟渠分别生成单个矢量数据，并在ArcGIS中对不同等级的沟渠矢量数据进行相交分析，得到不同等级沟渠交汇点，即得到研究区泵闸点的位置；(6)获取研究区Lidar数据，并在ArcGIS中对Lidar数据进行水文模块分析，得到有流向的沟渠网络矢量数据；(7)结合得到的有流向的沟渠网络矢量数据、研究区泵闸点位置以及沟渠等级矢量数据判别研究区泵闸类型；若水流流向为低等级沟渠流向高等级沟渠，则表明沟渠交汇点为泵站；相反，若水流流向为高等级沟渠流向低等级沟渠，则沟渠交汇点为闸门。...

【技术特征摘要】
1.一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)将平原灌区作为研究区，获取研究区高分二号遥感影像；(2)利用ENVI及ArcGIS软件对研究区高分二号遥感影像进行处理，获取研究区沟渠面状矢量数据，即研究区沟渠分布矢量图；(3)在ArcGIS中对步骤(2)得到的沟渠面状矢量数据提取沟渠中心线得到沟渠线状矢量数据，线状沟渠进行相交处理可得到单个交点；对提取的沟渠中心线进行延长，使得提取沟渠矢量数据时，被叠置在三维空间的道路阻断了的沟渠相互连接；(4)根据研究区沟渠灌溉路径，对沟渠进行等级划分，从高到低依次为等级1,2,…,n，得到沟渠等级矢量数据；(5)将不同等级的沟渠分别生成单个矢量数据，并在ArcGIS中对不同等级的沟渠矢量数据进行相交分析，得到不同等级沟渠交汇点，即得到研究区泵闸点的位置；(6)获取研究区Lidar数据，并在ArcGIS中对Lidar数据进行水文模块分析，得到有流向的沟渠网络矢量数据；(7)结合得到的有流向的沟渠网络矢量数据、研究区泵闸点位置以及沟渠等级矢量数据判别研究区泵闸类型；若水流流向为低等级沟渠流向高等级沟渠，则表明沟渠交汇点为泵站；相反，若水流流向为高等级沟渠流向低等级沟渠，则沟渠交汇点为闸门。2.根据权利要求1所述的一种基于高分二号和Lidar数据的平原灌区泵闸点位置及其类型识别方法，其特征在于：步骤(2)所述利用ENVI及ArcGIS软件对研究区高分二号遥感影像进行处...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉琴，李玉凤，徐嘉仪，周易，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32