【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利水电工程与水文水资源管理，尤其是涉及基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法。
技术介绍
1、水库作为一种重要的水资源管理工具，在防洪、供水、灌溉和发电等方面发挥着重要作用。水库的有效运行依赖于高代表性的库容曲线，即水位与库容之间的准确定量关系。然而，随着建成水库的运行，由于自然因素（如泥沙淤积和河流冲刷）和人为因素（如人工开挖河沙和改道河流），很多水库的库容曲线代表性已显著降低。这可能使水库防洪、发电和灌溉等效益难以得到保证，同时为水库群调度带来风险。如何实现库容特性曲线的便捷性批量复核是当前工程运行管理中亟需解决的重要问题。
2、目前，重构水库库容曲线的传统方法主要依赖于实地测量。这通常涉及使用水下声学设备、激光测距仪或其他类似工具来测量水库各个高程下的水域面积。基于实地测量数据重构的特性曲线精度高且可靠性强，但这类方法也存在诸多限制。首先，水库多位于偏远的山区（甚至是无人区），实地勘测耗时耗力，投入成本巨大；其次，实测法在一些特殊情况下（如在恶劣天气或水库周围有安全隐患的地区）可能无法实施，实测法也难以方便快捷地批量复核水库特性曲线。因此，有必要寻求一种更高效、安全的方法来更新水库的库容曲线。
3、近年来，卫星遥感技术的飞速发展为水库库容曲线的更新提供了新的思路。卫星遥感技术能够提供大范围的地表覆盖数据，包括水体的面积和高程信息。结合卫星测高数据和高分辨率的遥感影像，可以在不直接接触水体的情况下，远程监测水库的水位和面积。这种方法不仅可以提高数据收集的效率和安全性，还可以显
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，以解决
技术介绍
存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，包括以下步骤：
3、s1、获取目标水库上方的遥感数据集，对像素级数据预处理，并构建库区水体掩膜；
4、s2、获取目标水库库区高精度dem、jrc monthly water history（jmwh）、遥感影像同时刻的高分辨率卫星测高数据，结合水库特征水位（如死水位和设计洪水位等）和直通滤波、半径滤波和统计滤波等滤波法对反演水位点云数据去噪处理，以获取精确可靠的水位数据；
5、s3、结合水库同期水位、水体指数、dem和jmwh数据，构建机器学习模型，识别影像水体范围、提取库面水体边界，进一步估算出水库面积，拟合水库水位-面积关系并评价拟合优度；
6、s4、通过高分辨率卫星测高和遥感影像分别获取同期水位序列和同期水库表面面积序列，基于二者构建水库库容计算模型，计算水库蓄水量数据；
7、s5、基于水库蓄水量数据，采用多项式、幂函数和指数函数拟合水位-面积曲线和水位-库容曲线并评价拟合优度从而优选拟合关系曲线。
8、优选的，获取卫星遥感数据，对高分辨率卫星点云测高数据进行预处理，包括统计滤波、直通滤波和dbscan等，对影像栅格数据进行正射校正、辐射定标、大气校正和山体阴影处理等，预处理还包括系统偏差校正和聚合去噪。该过程旨在通过一些通用的质量控制方法确保水库掩膜内点云数据受噪声干扰更小、具有更高准确性和一致性。
9、优选的，在提取水库表面面积时，基于全球大坝数据库、库区高精度dem及掩膜技术获取水库掩膜边界，获取swot点云数据，依据水库基本信息、同期水库水面范围和其掩膜边界获取水位数据（包括水位数据不确定性、水位质量指标和黑水范围等）。
10、优选的，获取水库边界掩膜内的像元信息，依据像元面积测量质量指标等进行筛选和校正，依据库区高精度dem数据、经去噪和各类校正预处理得测高点云数据、掩膜区暗水标记、库区jmwh、暗水比例等构建指标集，选取训练集和验证集训练并验证机器学习模型分类精度。使用两次机器学习方法，第一次是结合基础点云去噪算法、水库基本特征水位、jmwh和高精度dem去除点云测高数据中的噪点，获取准确的水库水位并辅助获取水库表面面积；第二次则用于准确获取水库表面面积。
11、优选的，遥感水库表面面积与高分辨率卫星测高水位数据提取并预处理完成后，构建遥感反演面积—测高水位序列，并采用数字高程模型dem延展高水位的面积数据，使得测高水位—遥感面积序列更加完整可靠。
12、优选的，机器学习模型为监督学习模型、无监督学习模型或强化学习模型等，其目的在于融合多种指标，区分属于水域还是非水域（区分测高点云数据是否为噪点）。充分考虑给定分类指标集的信息，降低预处理未消除的噪声干扰，弥补采取单一指标分类容易误判的缺陷，进而有效识别水位和水库表面面积。特征向量包含影像自身信息（各波段及水体指数）、水库地形信息（dem）、库区反演水位及时段影像信息（jmwh）等。
13、优选的，水库库容计算模型依据目标水库情况判别为梯形体或棱台体，再将水体按不同水位分为 n层，水库库容数据由 n层梯形体或者棱台体体积积累求得。
14、优选的，水库库容计算模型的梯形公式为：
15、；
16、棱台公式为：
17、；
18、累积库容公式为：
19、；
20、式中，为两相邻水位之间的库容差；为两相邻水位的水位差；、分别为两相邻水位对应的水面面积；为序数；为累计个数；为初始库容；为累计水库容积。
21、最新运行的地表水与海洋地形（swot）卫星任务监测数据可大范围获取水库同期的水位、面积，克服了传统影像卫星仅能获取库面面积、雷达或激光卫星足迹过大即只能获取星下点水库水位的缺点，对无实测数据或实测数据缺失、有误的水库适用性较高。
22、swot卫星搭载的合成孔径雷达（karin雷达干涉仪）能以沿轨20 m，横跨轨采取10-60 m高速模式获取数据。对于水库狭长段可能存在的数据缺失或误判，可依据dem和jmwh数据增强识别能力，得到更准确的库区面积。进行分类识别的卫星遥感影像和测高数据主要采用宽刈幅雷达干涉仪（karin）的观测数据，其它影像数据（landsat 8/9、sentinel-1/2）作为水库面积反演的重要补充。
23、因此，本专利技术采用上述基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，具有以下有益效果：
24、（1）实现采用同一卫星任务（可利用多源卫星影像数据作为补充）反演同期水位和面积重构库容曲线过程；
25、（2）监测范围广和复核成本低，数据的获取均源于卫星观测数据，不再依靠耗时耗力的地面水文监测和工程测量，特别适用于传统测量方法难以应用的水库；
26、（3）对于提高水库管理的效率和准确性，尤其是在防洪、发电和供水等方面具有重要意义。
27、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：获取卫星遥感数据，对高分辨率卫星点云测高数据进行预处理，包括统计滤波、直通滤波和DBSCAN，对影像栅格数据进行正射校正、辐射定标、大气校正和山体阴影处理，预处理还包括系统偏差校正和聚合去噪。
3.根据权利要求2所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：在提取水库表面面积时，基于全球大坝数据库、库区高精度DEM及掩膜技术获取水库掩膜边界，获取SWOT点云数据，依据水库基本信息、同期水库水面范围和其掩膜边界获取水位数据。
4.根据权利要求3所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：获取水库边界掩膜内的像元信息，依据像元面积测量质量指标进行筛选和校正，依据各指标、库区JMWH和高精度DEM数据构建特征向量，进而构建机器学习模型以识别并提取水库的水体范围。
5.根据权利要求4所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲
6.根据权利要求5所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：机器学习模型为监督学习模型、无监督学习模型或强化学习模型，特征向量包含影像自身信息、水库地形信息、库区反演水位及时段影像信息。
7.根据权利要求1所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：水库库容计算模型依据目标水库情况判别为梯形体或棱台体，再将水体按不同水位分为n层，水库库容数据由n层梯形体或者棱台体体积积累求得。
8.根据权利要求7所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：水库库容计算模型的梯形公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：获取卫星遥感数据，对高分辨率卫星点云测高数据进行预处理，包括统计滤波、直通滤波和dbscan，对影像栅格数据进行正射校正、辐射定标、大气校正和山体阴影处理，预处理还包括系统偏差校正和聚合去噪。
3.根据权利要求2所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：在提取水库表面面积时，基于全球大坝数据库、库区高精度dem及掩膜技术获取水库掩膜边界，获取swot点云数据，依据水库基本信息、同期水库水面范围和其掩膜边界获取水位数据。
4.根据权利要求3所述的基于卫星测高和遥感成像技术的水库库容曲线复核方法，其特征在于：获取水库边界掩膜内的像元信息，依据像元面积测量质量指标进行筛选和校正，依据各指标、库区jmwh和高精度dem数据构建特征向量，进...
【专利技术属性】
技术研发人员：桂绪，曾凌，栗一粟，吴海宁，刘亚宸，覃佳宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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