CN110987063A - 一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，包括有以下步骤：（1）通过遥感卫星等手段获取目标河湖的遥感图像；（2）对获取的遥感图像分别进行数据预处理；（3）采用GIS叠加分析方法提取目标河湖的水面空间分布信息；（4）研究河湖水文水生态要素变化；（5）在步骤（4）的基础上，根据评估对象的实际情况，结合地面调查数据建立相关区段河流湖泊的评估模型；（6）根据评估模型结果分析，对目标河湖水文水生态要素进行估计，同时数据保存至自建河湖水文水生态要素数据库中，作为历史参考数据。本发明采用遥感图像的方式对河湖的水文水生态要素进行监测，遥感图像具有宏观性、获取信息快、重复周期短和成本低等优点。

Description

一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法

技术领域

本发明涉及遥感及水利领域技术，尤其是指一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法。

背景技术

水文水生态要素是构成某一地点或区域在某一时间的水文情势、河湖生态状况的主要因素，是描述水文情势的主要物理量，是用来描述河湖水情、水质的重要指标，也是反映河湖水文水生态情势变化的主要依据。水文水生态要素包括各种水文变量的水文现象。降水、蒸发和径流是水文循环的基本要素。同时，水文要素主要包括水位、流速、流量、水温、含沙量、冰凌，水生态要素主要包括水温、叶绿素、悬浮物、透明度和水体富营养化水质等。

目前，对于各种大大小小的河湖水文水生态要素的监测普遍采用人工调查监测方法，一般是由水利技术人员通过人工地面调查，费时费力且不便于及时、全面地掌握水情的空间位置以及程度，造成河湖治理不能及时进行，造成更加巨大经济损失；另一方面，发生蓝藻、山洪、泥石流、山体滑坡等自然灾害后，需要及时掌握河湖水文水生态要素情况，以便制定及时的应急处置方案，保障人民群众生命财产安全。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，其便于及时、全面地掌握河湖水文水生态要素的具体情况。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，包括有以下步骤：

（1）通过遥感卫星、无人机、监测站观测方法获取目标河湖的遥感图像，并收集相应的国内外遥感影像；

（2）对获取的遥感图像分别进行数据预处理，预处理方法包括：辐射定标、大气校正、裁剪与拼接、解译；

（3）采用GIS叠加分析方法提取目标河湖的水面空间分布信息，并采用水面空间分布信息计算目标河湖各像素点的信息；以及，计算相邻两次获得的遥感图像中各像素点对应的信息变化情况；

（4）研究河湖特定水文水生态要素时，从步骤（3）中选择遥感监测水文水生态要素参数，并从自有河湖水文水生态要素数据库中调取历史数据；

（5）在步骤（4）的基础上，有条件的目标河湖再结合地面调查数据进行评估模型的修正和率定，建立高精度评估模型，在无条件或紧急情况下可直接利用遥感图像信息建立评估模型；

（6）根据评估模型进行监测结果与分析，确定河湖水文水生态要素，并将数据保存至河湖水文水生态要素数据库中。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

本发明采用遥感的方式对河湖的水文水生态要素进行监测，遥感具有宏观性、获取信息快、重复周期短和成本低等优点，恰恰可以弥补人工调查的不足，能够快速和准确的监测水文水生态要素，及时准确识别水情的空间位置，为水利等部门防治河湖决策提供数据支持，减少不必要的经济损失。

具体实施方式

本发明揭示了一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，包括有以下步骤：

（1）通过遥感卫星、无人机、监测站等观测方法获取目标河湖的遥感图像，并收集相应的国内外遥感影像。

（2）对获取的遥感图像分别进行数据预处理，预处理方法包括：辐射定标、大气校正、裁剪与拼接和解译，具体是：

1、几何校正：无论是卫星还是无人机获得的航空影像，因为传感器搭载平台、地形或者大气等因素的影响，获取的遥感影像都会发生一些几何畸变，因此获取的影像数据不能直接应用。同时，由于遥感技术的快速发展，遥感影像现如今也越来越多样化，时间分辨率和空间分辨率也越来越高，光谱波段也越来越多，影像中包含的信息也越来越丰富，但是在具体使用的过程中，需要根据不同的应用要求，对其进行几何校正。所以，在使用遥感影像前必需要对其进行几何校正。一般需要先通过选取合适的地面控制点，采用相应的算法，拟合畸变函数来建立地理坐标和像元坐标之间的对应系数或者对应关系，也可进行图像与图像之间的几何配准。

2、辐射定标：获取到的原始遥感影像上的值是数字量化值(DN)，需要转换为辐射亮度值等物理量才能使用，所以需要对原始影像进行辐射定标。辐射定标就是将影像上的DN值转化相应物理量的处理过程。在遥感影像的元数据文件中一般保存有辐射定标的参数，利用ENVI软件的辐射定标工具(Radiometric Calibration)可以直接从元数据文件中读取辐射定标参数，完成辐射定标。所以本文根据研究需要，应用ENVI软件的进行辐射定标和大气校正。

3、影像的裁剪和拼接：影像裁剪是指从影像上剪切出研究所需要的区域，即感兴趣区，由于在实际应用中，图像覆盖范围往往与研究区域不太一致，然后必须根据研究区范围对遥感影像进行拼接和裁剪。图像拼接就是指将若干相邻图像根据研究区域合并成一幅图像或一组图像，进行拼接的影像必须具备相同几何校正后的地理参考以及相同的波段数。

4、解译：遥感图像解译分为两种:一种是目视解译，它指专业人员直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。另一种是遥感图像计算机解译，它以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术和人工智能技术相结合，根据遥感图像中目标地物的各种影像特征(颜色、形状、纹理与空间位置)，结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。

（3）采用GIS叠加分析方法提取目标河湖的水面空间分布信息，并采用水面空间分布信息计算目标河湖各像素点的信息；以及，计算相邻两次获得的遥感图像中各像素点对应的信息变化情况；

（4）研究河湖特定水文水生态要素时，从步骤（3）中选择遥感监测水文水生态要素参数，并从自有河湖水文水生态要素数据库中调取历史数据；

（5）在步骤（4）的基础上，有条件的目标河湖再结合地面调查数据进行评估模型的修正和率定，建立高精度评估模型，在无条件或紧急情况下可直接利用遥感图像信息建立评估模型；

（6）根据评估模型进行监测结果与分析，确定河湖水文水生态要素，并将数据保存至河湖水文水生态要素数据库中。

本发明的设计重点在于：本发明采用遥感的方式对河湖的水文水生态要素进行监测，遥感具有宏观性、获取信息快、重复周期短和成本低等优点，恰恰可以弥补人工调查的不足，能够快速和准确的监测水文水生态要素，及时准确识别水情的空间位置，为水利部门防治河湖决策提供数据支持，减少不必要的经济损失。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，其特征在于：包括有以下步骤：

（1）通过遥感卫星、无人机、监测站观测手段获取目标河湖的遥感图像，并进行国内数据和国外数据相应遥感图像收集；

（2）对获取的遥感图像分别进行数据预处理，对比预处理方法包括：辐射定标、大气校正、裁剪与拼接、解译；

（3）采用GIS叠加分析方法提取目标河湖的水面空间分布信息，并采用水面空间分布信息计算目标河湖各像素点的信息；以及，计算相邻两次获得的遥感图像中各像素点对应的信息变化情况；

（4）研究河湖特定水文水生态要素时，从步骤（3）中选择遥感监测水文水生态要素参数，并从自有河湖水文水生态要素数据库中调取历史数据；

（5）在步骤（4）的基础上，有条件的目标河湖再结合地面调查数据进行评估模型的修正和率定，建立高精度评估模型，在无条件或紧急情况下可直接利用遥感图像信息建立评估模型；

（6）根据评估模型进行监测结果与分析，确定河湖水文水生态要素，并将数据保存至河湖水文水生态要素数据库中。

2.根据权利要求1所述的一种遥感监测河湖水文水生态要素的方法，其特征在于：在在紧急时，用此方法推测那些难以快速、实地测量的河流、湖泊数据，特别是在高海拔、山区、发生灾害的地方，且需要迅速掌握的河湖数据。