基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法技术

本发明专利技术提供一种基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，包括以下步骤：S1、基于GF

【技术实现步骤摘要】
基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法


[0001]本专利技术涉及遥感
，尤其涉及基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法。

技术介绍

[0002]湖库是地表水资源的重要载体，储藏了大量水资源，同时湖库还具有防洪、养殖、航运以及生态系统服务等重要功能。湖库作为水循环的关键要素，对气候变化和人类活动十分敏感，湖库蓄水量变化是表征湖库水循环最直接的物理量，开展湖库蓄水量变化监测对理解水循环演变规律、预测水循环演变趋势具有重要的科学意义，同时对湖库水资源合理配置与保护具有重要的实践意义。
[0003]湖库蓄水量难以直接测量，传统监测方式通过实测地形获取湖库水位库容关系曲线，然后通过建设水文站点监测湖库水位变化以实现湖库蓄水量动态监测。湖库地形测量和建站成本高昂，导致目前只有部分湖库具备水位和蓄水量动态监测能力，仅依靠传统监测方式难以实现大范围湖库蓄水量的动态监测。遥感监测技术具有大范围监测优势，近年来在无地面观测湖库蓄水量监测中得到越来越多的关注。湖库蓄水量遥感监测的基本原理是利用卫星遥感获取湖库地形数据或者湖库水位
‑
水体面积匹配数据构建湖库水位
‑
面积关系曲线，推导湖库水位
‑
面积
‑
蓄水量变化遥感监测模型，通过动态监测湖库水体面积变化实现湖库蓄水量动态监测。
[0004]根据湖库水位
‑
面积关系构建方式不同，湖库蓄水量遥感监测模型构建方法可分为基于地形数据的湖库蓄水量构建方法和基于遥感水体面积
‑
测高水位的湖库蓄水量遥感监测模型构建方法，两种方法各有优缺点。基于地形数据的湖库蓄水量遥感监测模型构建方法可以获取湖库地形获取时间点水面(S0)以上连续的水位
‑
面积关系曲线，但无法获取湖库最小水域面积S
min
～S0区间的水位
‑
面积关系曲线。此外，目前基于地形数据的湖库蓄水量遥感监测模型构建采用的地形数据多为SRTM DEM，该地形数据是2000年采集的30米分辨率的地形数据，数据时效性较差、数据分辨率较低，难以准确获取湖库现状地形特征。基于遥感水体面积和测高水位的湖库蓄水量遥感监测模型构建方法的优势在于可以获取湖库历史最小
‑
最大水域面积之间的水位
‑
面积关系曲线，但该方法需要湖库同天水体面积与测高水位时序数据，由于测高卫星时空覆盖能力十分有限，加之测高水位和遥感水体面积时间匹配困难等因素，该方法实际应用能力有限。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出了基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，该方法联合高分七号(GF
‑
7)新一代立体测绘卫星动态获取的无地面观测湖库高精度地形数据、高分一/六号卫星光学卫星动态获取的高频次遥感水体面积以及ICEsat
‑
2高精度激光测高数据构建无地面观测湖库蓄水量遥感监测模型，通过立体测绘卫星、光学卫星和激光测高卫星数据协同，提高无地面观测湖库蓄水量监测范围和监测精度，提升无地
面观测湖库蓄水量时空变化监测能力。具体的技术方案为：
[0006]基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，步骤包括：
[0007]S1、基于GF
‑
7DLC影像开展无地面观测湖库地形遥感监测，获取湖库DSM地形数据
[0008]从中国资源卫星应用中心陆地观测卫星数据服务网站获取覆盖无地面观测湖库无云GF
‑
7DLCL1A级产品，若存在多期GF
‑
7DLCL1A产品，叠加影像，选择水域范围最小的一景GF
‑
7DLCL1A产品，利用ENVI5.6软件RPC Orthorectification Using DSM from Dense Image Matching工具对GF
‑
7DLC L1A产品进行处理，生成1m空间分辨率DSM和0.5m全色影像；生成或绘制湖泊缓冲区矢量，利用缓冲区矢量裁剪获取湖库DSM地形数据。
[0009]S2、构建基于DSM的无地面观测湖库水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型，即构建模型1
[0010]基于无地面观测湖库DSM，以最低水位L0作为水位起点，以最高水位L
max
作为终点，设置水位间隔ΔL，获取L0‑
L
max
水位范围内的水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型(模型1)。
[0011]S
GF
‑
7DSM
＝f1(L
GF
‑
7DSM
)，L
GF
‑
7DSM
＞L0ꢀꢀ
(1)
[0012][0013]式中：L0为GF
‑
7成像时湖库水位；L
GF
‑
7DSM
为GF
‑
7DSM获取的湖库水位变化，设水位变化间隔为ΔL，则L
GF
‑
7DSM
＝L0+kΔL,k＝1,2,
…
,floor((L
max
‑
L0)/ΔL)，floor为向下取整函数；S
GF
‑
7DSM
为基于GF
‑
7DSM获取的湖库水位L
GF
‑
7DSM
对应的等高面面积，即水体面积；f1为基于GF
‑
7DSM构建的湖库水位
‑
面积关系模型；V为L0‑
L
GF
‑
7DSM
水位范围内湖库蓄水量。
[0014]为了保证基于GF
‑
7DSM获取的湖库水位L
GF
‑
7DSM
对应的等高面面积S
GF
‑
7DSM
为水体面积，需要去除湖泊范围外、湖泊缓冲区内高程小于L
GF
‑
7DSM
的陆地像元对水体面积估算的干扰。本专利技术采用一种基于DSM和空间约束矢量的湖库水体面积自动计算方法，具体思路为基于湖库缓冲区GF
‑
7DSM提取高程≤L
GF
‑
7DSM
的像元，转换为等高面矢量，将等高面矢量和约束矢量进行交运算，保留和约束矢量相交的等高面矢量作为湖库水位为L
GF
‑
7DSM
时的水体面积矢量。
[0015]S3、构建基于测高卫星和遥感水体面积的无地面观测湖库水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型，即构建模型2S31、利用ICESat
‑
2测高卫星获取无地面观测湖库时序水位
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于GF
‑
7 DLC影像开展无地面观测湖库地形遥感监测，获取湖库DSM地形数据；S2、构建基于DSM的无地面观测湖库水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型，即构建模型1；S3、构建基于测高卫星和遥感水体面积的无地面观测湖库水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型，即构建模型2；S4、模型1和模型2水位间断修正模型构建；S5、构建基于多源卫星协同的无地面观测湖库蓄水量遥感监测模型，即构建模型3；S6、用于无地面观测湖库蓄水量时空变化遥感监测。2.根据权利要求1所述的基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，其特征在于，S1具体的方法为：从中国资源卫星应用中心陆地观测卫星数据服务网站获取覆盖无地面观测湖库无云GF
‑
7 DLCL1A级产品，若存在多期GF
‑
7 DLCL1A产品，叠加影像，选择水域范围最小的一景GF
‑
7 DLCL1A产品，利用ENVI5.6软件RPC Orthorectification Using DSM from Dense Image Matching工具对GF
‑
7 DLC L1A产品进行处理，生成1m空间分辨率DSM和0.5m全色影像；生成或绘制湖泊缓冲区矢量，利用缓冲区矢量裁剪获取湖库DSM地形数据。3.根据权利要求1所述的基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，其特征在于，S2具体的方法为：基于湖库DSM地形数据，以最低水位L0作为水位起点，以最高水位L
max
作为终点，设置水位间隔ΔL，获取L0‑
L
max
水位范围内的水位
‑
水体面积
‑
蓄水量关系模型，即模型1：S
GF
‑
7 DSM
＝f1(L
GF
‑
7 DSM
)，L
GF
‑
7 DSM
＞L0ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：L0为GF
‑
7成像时湖库水位；L
GF
‑
7 DSM
为GF
‑
7DSM获取的湖库水位变化，设水位变化间隔为ΔL，则L
GF
‑
7 DSM
＝L0+kΔL,k＝1,2,
…
,floor((L
max
‑
L0)/ΔL)，floor为向下取整函数；S
GF
‑
7 DSM
为基于GF
‑
7 DSM获取的湖库水位L
GF
‑
7 DSM
对应的等高面面积，即水体面积；f1为基于GF
‑
7 DSM构建的湖库水位
‑
面积关系模型；V为L0‑
L
GF
‑
7 DSM
水位范围内湖库蓄水量。4.根据权利要求3所述的基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，其特征在于，S2中，为了保证基于GF
‑
7DSM获取的湖库水位L
GF
‑
7 DSM
对应的等高面面积S
GF
‑
7 DSM
为水体面积，去除湖泊范围外、湖泊缓冲区内高程小于L
GF
‑
7 DSM
的陆地像元对水体面积估算的干扰，采用基于DSM和空间约束矢量的湖库水体面积自动计算方法：基于湖库缓冲区GF
‑
7 DSM提取高程≤L
GF
‑
7 DSM
的像元，转换为等高面矢量，将等高面矢量和约束矢量进行交运算，保留和约束矢量相交的等高面矢量作为湖库水位为L
GF
‑
7 DSM
时的水体面积矢量。5.根据权利要求3或4所述的基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，其特征在于，S3具体的包括以下步骤：S31、利用ICESat
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2测高卫星获取无地面观测湖库时序水位；S32、利用GF
‑
1/6光学卫星获取无地面观测湖库水体面积时序数据；S33、利用ICEsat
‑
2测高水位和GF
‑
1/6遥感水体面积构建模型2。6.根据权利要求3或4所述的基于多源卫星协同的湖库蓄水量时空变化遥感监测方法，
其特征在于，S3具体的包括以下步骤：S31、利用ICESat
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2测高卫星获取无地面观测湖库时序水位从美国国家冰雪数据中心下载ICEsat
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2 ATL13激光测高产品，利用无地面观测湖库水体矢量筛选ICEsat
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2 ATL13激光测高数据，若无地面观测湖库有ICEsat
‑
2测高数据，则利用无地面观测湖库水域范围内ICEsat
‑
2 ATL13激光点测高水位均值作为湖库平均水位，利用不同时相ICEsat
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹引，张怀文，孙博，赵红莉，张永刚，张艳，冶运涛，蒋云钟，赵慧子，孙静杰，英杰，
申请(专利权)人：山东省调水工程运行维护中心，
类型：发明
国别省市：