一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，该方法包括流量测验河段确定方法、卫星大数据河道断面重构方法、多卫星信息耦合的实时水位计算方法及流量计算与整编方法。通过本发明专利技术可解决测验困难或无人区河流流量连续测量难题，填补了基于河流动力学原理的卫星流量测验方法空白，可极大地提高河流流量测验的范围和密度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法
本专利技术涉及一种卫星测量河流流量方法，具体为一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，属于水文测验应用

技术介绍
目前，卫星遥感和测绘技术已大量应用国民经济的各个领域，在水文测验领域也有关于水位、流量监测等方面的应用。现有卫星流量测验，大多采用卫星观测的水位或水面宽，通过与地面现有水文站的水位流量关系或水面宽流量关系推求。因此，无论采用何种卫星进行流量测量均需要现有地面水文站测量信息进行率定或校核。近年来，卫星的平面或垂直的分辨率进一步提高，安装在卫星上的激光、雷达等高度计，其水位测量精度可达到10cm以内，高精度的全色正射影像平面分辨率可达50cm以内，但两类卫星平面与高程信息往往不能同时获得或分辨率较低。随着资源系列、高分系列等测绘卫星的发射，以及未来地表水或海洋地形卫星（SWOT）等计划的实施，已具备监测地表水海拔和坡度的能力且精度会逐渐提高，但平面、垂直分辨率达数十米，单独使用均达不到河流流量测量的要求。同时，无论何种卫星均只能开展水面以上的平面或高程信息观测，无法获取水面以下的断面或地形数据。针对大量无现有水文站、缺乏水下断面信息的河流，特别在我国西部众多无人区河流，目前尚无成熟的卫星流量测验方法。充分利用高精度的平面和垂直观测卫星星源，以及卫星三维立体影像的平面与高程差关系，根据水位随季节涨落、卫星重访规律的特点，耦合以上三种卫星的历史和实时观测信息，利用卫星大数据构建水下断面和河流水面比降，应用水动力学方法推算流量及过程是行之有效的手段。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，包括以下步骤：S1、流量测验河段确定方法：在拟开展流量测验的河流，选择各种类型卫星重访位置接近的河段，确定高精度测高卫星水道回波点所处河道横断面为流量测验断面，若无高精度测高卫星则采用三维测绘卫星选择河岸较平缓的横断面为流量测验断面；利用最新的高精度正射遥感影像信息在流量测验断面上下游一定距离选择河岸较平缓的横断面作为比降断面，量取上下比降断面间距；S2、卫星大数据河道断面重构方法：采用流量测验断面测高卫星或三维测绘卫星、以及正射遥感影像卫星的历史信息，通过星源重访时间、观测要素联合耦合，建立流量测验断面、比降断面的水位～水面宽关系曲线；S3、多星源信息耦合的实时水位计算方法：递次获取通过河段的正射遥感影像卫星实时数据，量取上下比降断面水面宽数据、，以及流量测验断面水面宽数据，采用上下比降断面和流量测验断面的水位～水面宽关系计算实时水位、和，判别该水位时河段的糙率系数；若有测高卫星，通过测高卫星与正射遥感影像卫星重访时间、观测要素耦合，插补正射遥感影像卫星数据获取时间的流量测验断面水位，为流量测验断面的实时水位或校正基准；S4、流量计算与整编方法：根据比降断面的实时水位、计算河段比降，采用流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积，并按比降面积法计算测验断面的流量；采用流量测验断面的水位、流量，即可按水文资料整编要求开展整编。优选的，缺乏资料系指在拟开展流量测验的河流，缺乏水文测验资料和河道地形资料。优选的，所述多星源包括但不限于安装激光或雷达高度计的测高卫星、遥感正射影像卫星、具有综合三维成像的资源或测绘卫星。优选的，在所述卫星大数据河道断面重构方法中，所述星源重访时间、观测要素联合耦合的实施步骤为：S21、建立流量测验断面测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位和正射遥感影像观测断面宽随时间的联合分布函数，或点绘、过程线图；S22、求解测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位时间点的断面水面宽、正射遥感影像观测断面宽时间点的水位，或在过程线图中插值测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位时间点的断面水面宽、在过程线图中插值正射遥感影像观测断面宽时间点的水位；S23、依据求解或插值的所有水位或水面宽数值，建立流量测验断面水位与断面宽函数，或点绘相关图；S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位和正射遥感影像卫星观测断面宽，按步骤S21～S23建立比降断面水位与断面宽函数，或点绘相关图。优选的，在所述多星源信息耦合的实时水位计算方法中，所述河段的糙率系数可参照水力学教科书中的天然河道糙率表取值。优选的，在所述多星源信息耦合的实时水位计算方法中，所述校正基准系指将测高卫星水位作为流量测验断面、比降断面实时水位订正的基准。优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述河段比降采用计算的实时上下比降断面水位差，并与上下比降断面间河段长度之比，其中，为上比降断面实时水位，为下比降断面实时水位，为上下比降断面间距。优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述水位～水面宽关系曲线计算过流面积实施步骤为：S41、对数值插值或将相关图离散化，形成基本水道断面水位和断面宽集，其中，为流量测验断面水位与断面宽函数，为流量测验断面水位与断面宽图；S42、按计算离散水位的流量测验断面过流面积，其中，为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第个断面宽离散点，为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第个水位离散点；为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图最低水位对应断面宽离散点，计算包括但不限于按三角相似；外延处理方法；建立流量测验断面水位与过流面积函数，或点绘相关图。优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述比降面积法计算测验断面的流量实施步骤为：S411、由流量测验断面实时水位，通过过流面积函数计算或相关图插补得对应的过流面积，其中，为通过流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算的实时水位，为流量测验断面水位与过流面积函数；S422、选择低于实时水位离散，计算水力半径，其中，为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第个断面宽离散点，为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第个水位离散点；S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位对应的流量；或采用自下游至上游的水面曲线法试算推流。优选的，所述实时水位订正包括但不限于水位过程线连续修正、上下断面水位相关修正、上下断面水位过程线对照订正。本专利技术的有益效果是：通过提出基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，解决了测验困难或无人区河流流量连续测量难题，填补了基于河流动力学原理的卫星流量测验方法空白，可极大地提高河流流量测验的范围和密度。附图说明图1为本专利技术基于卫星大数据的河流流量连续测量方法步骤图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、流量测验河段确定方法：在拟开展流量测验的河流，选择各种类型卫星重访位置接近的河段，确定高精度测高卫星水道回波点所处河道横断面为流量测验断面，若无高精度测高卫星则采用三维测绘卫星选择河岸较平缓的横断面为流量测验断面；/n利用最新的高精度正射遥感影像信息在流量测验断面上下游一定距离选择河岸较平 缓的横断面作为比降断面，量取上下比降断面间距

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、流量测验河段确定方法：在拟开展流量测验的河流，选择各种类型卫星重访位置接近的河段，确定高精度测高卫星水道回波点所处河道横断面为流量测验断面，若无高精度测高卫星则采用三维测绘卫星选择河岸较平缓的横断面为流量测验断面；
利用最新的高精度正射遥感影像信息在流量测验断面上下游一定距离选择河岸较平
缓的横断面作为比降断面，量取上下比降断面间距；
S2、卫星大数据河道断面重构方法：采用流量测验断面测高卫星或三维测绘卫星、以及正射遥感影像卫星的历史信息，通过星源重访时间、观测要素联合耦合，建立流量测验断面、比降断面的水位～水面宽关系曲线；
S3、多星源信息耦合的实时水位计算方法：递次获取通过河段的正射遥感影像卫星实
时数据，量取上下比降断面水面宽数据、，以及流量测验断面水面宽数据，采用上
下比降断面和流量测验断面的水位～水面宽关系计算实时水位、和，判别该水
位时河段的糙率系数；若有测高卫星，通过测高卫星与正射遥感影像卫星重访时间、观测
要素耦合，插补正射遥感影像卫星数据获取时间的流量测验断面水位，为流量测验断面
的实时水位或校正基准；
S4、流量计算与整编方法：根据比降断面的实时水位、计算河段比降，采用
流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积，并按比降面积法计算测验断面的
流量；采用流量测验断面的水位、流量，即可按水文资料整编要求开展整编。


2.根据权利要求1所述的一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其特征在于：缺乏资料系指在拟开展流量测验的河流，缺乏水文测验资料和河道地形资料。


3.根据权利要求2所述的一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其特征在于：所述多星源包括但不限于安装激光或雷达高度计的测高卫星、遥感正射影像卫星、具有综合三维成像的资源或测绘卫星。


4.根据权利要求3所述的一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其特征在于：在所述卫星大数据河道断面重构方法中，所述星源重访时间、观测要素联合耦合的实施步骤为：
S21、建立流量测验断面测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位和正射遥感影像
观测断面宽随时间的联合分布函数，或点绘、过程线图；
S22、求解测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位时间点的断面水面宽、正射遥感影像
观测断面宽时间点的水位，或在过程线图中插值测高卫星或三维成像测绘卫星观
测水位时间点的断面水面宽、在过程线图中插值正射遥感影像观测断面宽时间
点的水位；
S23、依据求解或插值的所有水位或水面宽数值，建立流量测验断面水位与断面宽函数，或点绘相关图；
S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位和正射遥感影像卫...

【专利技术属性】
技术研发人员：程海云，熊明，邓山，朱子园，赵昕，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局，
类型：发明
国别省市：湖北;42