一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测方法及系统与流程

本发明属于河道断面水位遥感监测领域，特别涉及一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测方法及系统。

背景技术：

1、河道水位和河道径流密切相关，是评价河流水情的重要指标，动态、高精度监测河道断面水位对流域防洪、水利工程建设和管理、河流生态保护等业务至关重要。传统基于水文站的断面水位监测虽然监测精度高，但受限于设站成本和设站条件等因素，目前河流水文站数量有限，特别是一些地势复杂、交通不便的山区，水位监测数据缺失严重。随着遥感技术的快速发展，其高时效性、大范围覆盖和连续动态监测的特点，使得河流水位遥感监测在动态掌握河流水位变化方面展现出巨大的潜力。

2、基于河流地形数据和河流水边线遥感监测的河流水位遥感监测方法是动态获取河流水位的一种有效手段。该方法利用遥感提取河流水边线，叠加河流地形数据获取河流断面水位。目前河流地形数据多采用30m空间分辨率srtm dem数据，河流水边线遥感监测多采用单一卫星数据源。此外，30m空间分辨率的dem数据相对较粗，难以满足较窄河段水位监测对地形精度的需求；另外，采用单一卫星数据源获取河流水边线的频次有限，限制了河流水位监测频次。

3、随着卫星/无人机遥感技术的不断发展，河流地形和水边线遥感监测的技术手段愈加丰富，如利用国产资源三号卫星、高分七号卫星或无人机搭载倾斜摄影相机可开展河流高空间分辨率地形立体测绘，获取高空间分辨率和高精度河岸地形数据；如利用10m空间分辨率的哨兵1/2卫星、1m/2m/8m/16m空间分辨率的国产gf-1/2/6卫星、16m空间分辨率的hj-2a/2b卫星、30m空间分辨率的landsat系列卫星可实现河流水边线高频次监测。利用立体测绘卫星、光学、雷达等多源卫星协同开展河道水位监测，可显著提高河流水位监测频次。但利用不同空间分辨率卫星监测河流水边线提取河流水位信息的精度和断面的形态特征和坡度特征密切相关，导致不同空间分辨率卫星监测得到的不同特征断面水位难以组成有效的时间序列，限制了多源卫星协同遥感监测河流水位的能力。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测方法及系统，考虑了利用不同空间分辨率卫星提取河流水边线从地形数据中获取不同类型断面水位的误差特征，构建了不同空间分辨率多源卫星影像监测不同类型断面水位误差修正模型，对不同空间分辨率多源卫星影像监测不同类型断面水位误差进行了修正，提高了不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位的一致性，实现利用多源卫星协同获取高频次、精度一致的长时序河流断面水位数据集。

2、本发明的第一个目的在于提供一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测方法，包括：

3、基于断面形态特征和坡度特征，对断面进行分类；

4、基于不同类型断面不同空间分辨率卫星监测的断面水位，构建不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型；

5、基于不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型，以及不同空间分辨率卫星监测不同类型断面不同时相断面水位，得不同类型断面的多源卫星协同监测时序水位数据集，即完成断面水位多源卫星协同遥感监测。

6、在本发明具体的实施例中，所述断面形态特征和坡度特征的获得，包括：

7、基于断面位置，以及断面所在河段的高程信息数据，获取断面所在河段的地形数据；

8、基于断面所在河段的地形数据，获得断面形态特征和坡度特征。

9、在本发明具体的实施例中，所述断面所在河段的高程信息数据的获得，包括：

10、根据断面位置，绘制断面线矢量；

11、根据断面线矢量以及历史最大水体范围，确定断面所在河段范围；

12、根据断面位置和断面所在河段范围，获取断面所在河段的高程信息数据。

13、在本发明具体的实施例中，所述断面所在河段的高程信息数据为立体测绘卫星监测和/无人机搭载倾斜摄影相机监测所得断面所在河段的高程信息数据；

14、或为立体测绘卫星监测和/无人机搭载倾斜摄影相机监测所得断面所在河段的高程信息数据经过修正后的高程信息数据。

15、在本发明具体的实施例中，所述基于断面位置，以及断面所在河段的高程信息数据，获取断面所在河段的地形数据，包括：

16、根据断面位置和断面所在河段范围，通过立体测绘卫星多光谱影像提取河段水体范围矢量；

17、用河段水体范围矢量对断面所在河段的高程信息数据进行掩膜，得断面所在河段的地形数据。

18、在本发明具体的实施例中，所述基于断面所在河段的地形数据，获得断面形态特征和坡度特征，包括：

19、用断面所在河段水体面积矢量裁剪断面线矢量，并将裁剪后断面线矢量要素个数作为汊道数；

20、将汊道数表示断面的形态特征；

21、用断面所在河道地形数据计算坡度；

22、用断面线矢量对坡度提取并计算断面平均坡度；

23、将断面平均坡度表示断面坡度特征。

24、在本发明具体的实施例中，所述基于断面形态特征和坡度特征，对断面进行分类，包括：

25、联合断面形态特征和坡度特征将断面进行分类，其中，断面的类型数目为汊道数×断面平均坡度的级别数。

26、在本发明具体的实施例中，所述基于不同类型断面不同空间分辨率卫星监测的断面水位，构建不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型，包括：

27、同一类型断面中，以第一空间分辨率的卫星监测的断面水位作为基准，分析其他空间分辨率卫星影像监测的断面水位与基准间的误差特征；

28、基于同类型断面误差特征，建立不同空间分辨率卫星监测同类型断面水位误差修正模型；

29、重复“分析误差特征”和“建立误差修正模型”步骤，直至完成所有类型断面的不同空间分辨率卫星监测断面水位误差修正模型，得不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型。

30、在本发明具体的实施例中，不同类型断面不同空间分辨率卫星监测的断面水位的获得，包括：

31、根据覆盖不同类型断面的不同空间分辨率卫星影像，提取不同类型断面所在河段水边线；

32、根据不同类型断面所在河段水边线与断面矢量交点从地形数据提取对应交点高程，计算像元高程均值；

33、并将像元高程均值作为断面水位，即得不同类型断面不同空间分辨率卫星监测的断面水位。

34、在本发明具体的实施例中，所述基于不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型，以及不同空间分辨率卫星监测不同类型断面不同时相断面水位，得不同类型断面的多源卫星协同监测时序水位数据集，包括：

35、用不同空间分辨率卫星监测同类型断面水位误差修正模型对不同空间分辨率卫星监测同类型断面不同时相断面水位进行修正，得同类型断面的不同空间分辨率卫星监测水位时序数据集；

36、将同类型断面不同空间分辨率卫星监测时序水位数据集按照时间顺序进行组合，获得同类型河段多源卫星协同监测水位时序数据集。

37、本发明的第二个目的在于提供一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测系统，包括：

38、分类模块：用于基于断面形态特征和坡度特征，对断面进行分类；

39、建立模型模块：用于基于不同类型断面不同空间分辨率卫星监测的断面水位，构建不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型；

40、修正模块：用于基于不同空间分辨率卫星监测不同类型断面水位误差修正模型，以及不同空间分辨率卫星监测不同类型断面不同时相断面水位，得不同类型断面的多源卫星协同监测时序水位数据集，即完成断面水位多源卫星协同遥感监测。

41、本发明的第三个目的在于提供一种电子设备，包括：处理器，所述处理器与存储器耦合；

42、所述存储器，用于存储计算机程序；

43、所述处理器，用于执行所述存储器中存储的所述计算机程序，以使得所述电子设备执行如上所述的方法。

44、本发明的第四个目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上所述的方法。

45、本发明的有益效果：

46、本发明的一种河道断面水位多源卫星协同遥感监测方法及系统，本发明通过断面位置，以及断面所在河段的高程信息数据，实现对断面进行分类，随后通过多源卫星协同遥感监测不同类型断面的断面水位，满足了较窄河段水位监测对地形精度的需求，以及获取数据集的高频次的需求，同时，通过不同类型断面水位误差修正模型的建立，克服了多源卫星协同遥感监测技术当中，不同空间分辨率卫星监测不同类型断面获得数据之间难以做到协调性和一致性的困难；

47、通过本发明的方法实现利用多源卫星协同获取高频次、精度一致的长时序河流断面水位数据集，大大提升了河流水位遥感监测能力。

48、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。