CN112729258B - 一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法 - Google Patents

一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法 Download PDF

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CN112729258B CN202110359722.6A CN202110359722A CN112729258B CN 112729258 B CN112729258 B CN 112729258B CN 202110359722 A CN202110359722 A CN 202110359722A CN 112729258 B CN112729258 B CN 112729258B
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Abstract

本发明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。

Description

一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法
技术领域
本发明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领域。
背景技术
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。
发明内容
本发明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
Figure 125177DEST_PATH_IMAGE001
；
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
Figure 785965DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 914852DEST_PATH_IMAGE003
，以及流量测验断面水面宽数据
Figure 268473DEST_PATH_IMAGE004
，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
Figure 863402DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 875351DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 544230DEST_PATH_IMAGE007
，判别 该水位时河段的糙率系数
Figure 380337DEST_PATH_IMAGE008
；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
Figure 400245DEST_PATH_IMAGE009
，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
Figure 465153DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 4850DEST_PATH_IMAGE011
计算河段比降
Figure 965853DEST_PATH_IMAGE012
， 采用流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积
Figure 269795DEST_PATH_IMAGE013
，并按比降面积法计算测验断 面的流量
Figure 328275DEST_PATH_IMAGE014
；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
Figure 299642DEST_PATH_IMAGE015
和正射遥 感影像观测断面宽
Figure 900387DEST_PATH_IMAGE016
随时间的联合分布函数，或点绘
Figure 442358DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 849069DEST_PATH_IMAGE018
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
Figure 861893DEST_PATH_IMAGE019
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
Figure 695857DEST_PATH_IMAGE020
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
Figure 443233DEST_PATH_IMAGE021
，或点绘
Figure 342050DEST_PATH_IMAGE022
相关图；
S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位
Figure 22430DEST_PATH_IMAGE023
和正射遥感影像卫星观测断 面宽
Figure 2195DEST_PATH_IMAGE024
，按步骤S21～S23建立比降断面水位与断面宽函数
Figure 502446DEST_PATH_IMAGE025
，或点绘
Figure 736112DEST_PATH_IMAGE026
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
Figure 270999DEST_PATH_IMAGE027
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
Figure 650028DEST_PATH_IMAGE028
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
Figure 152422DEST_PATH_IMAGE029
，其中，
Figure 642309DEST_PATH_IMAGE030
为上比 降断面实时水位，
Figure 48014DEST_PATH_IMAGE031
为下比降断面实时水位，
Figure 597944DEST_PATH_IMAGE032
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
Figure 541629DEST_PATH_IMAGE033
数值插值或将
Figure 884142DEST_PATH_IMAGE034
相关图离散化，形成基本水道断面水 位和断面宽集
Figure 331304DEST_PATH_IMAGE035
，其中，
Figure 114452DEST_PATH_IMAGE033
为流量测验断面水位与断面宽函数，
Figure 30587DEST_PATH_IMAGE034
为流量测验断面水位与断面宽图；
S42、按
Figure 924593DEST_PATH_IMAGE036
计算离散水位的流量测验 断面过流面积，其中，
Figure 272267DEST_PATH_IMAGE037
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图 第
Figure 164000DEST_PATH_IMAGE038
个断面宽离散点，
Figure 879015DEST_PATH_IMAGE039
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面 宽图第
Figure 999549DEST_PATH_IMAGE040
个水位离散点；
Figure 483620DEST_PATH_IMAGE041
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
Figure 546254DEST_PATH_IMAGE042
；
Figure 735183DEST_PATH_IMAGE043
外延处理方法；建立流量测验断面水位与过 流面积函数
Figure 174254DEST_PATH_IMAGE044
，或点绘
Figure 263564DEST_PATH_IMAGE045
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
Figure 762679DEST_PATH_IMAGE046
，通过过流面积函数
Figure 124390DEST_PATH_IMAGE047
计算或
Figure 147578DEST_PATH_IMAGE048
相关图插补得对应的过流面积
Figure 543925DEST_PATH_IMAGE049
，其中，
Figure 10678DEST_PATH_IMAGE046
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，
Figure 875997DEST_PATH_IMAGE047
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
Figure 391292DEST_PATH_IMAGE050
离散
Figure 704462DEST_PATH_IMAGE051
，计算水力半径
Figure 63155DEST_PATH_IMAGE052
Figure 196196DEST_PATH_IMAGE053
，其中，
Figure 859390DEST_PATH_IMAGE054
为流量测验断面 水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 230329DEST_PATH_IMAGE055
个断面宽离散点，
Figure 225835DEST_PATH_IMAGE056
为流量 测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 377331DEST_PATH_IMAGE057
个水位离散点；
Figure 516319DEST_PATH_IMAGE058
表示低 于
Figure 476185DEST_PATH_IMAGE059
水位
Figure 455642DEST_PATH_IMAGE060
的最大离散值；
S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位
Figure 30454DEST_PATH_IMAGE061
对应的流量
Figure 487980DEST_PATH_IMAGE062
；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。
本发明的有益效果是：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为本发明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
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其采用的技术方案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、多星源信息耦合的实时水位计算方法及流量计算与整编方法。
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
Figure 646560DEST_PATH_IMAGE063
。
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。
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
Figure 181DEST_PATH_IMAGE064
和正射遥 感影像观测断面宽
Figure 578799DEST_PATH_IMAGE065
随时间的联合分布函数，或点绘
Figure 840016DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 321944DEST_PATH_IMAGE067
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
Figure 846466DEST_PATH_IMAGE068
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
Figure 663112DEST_PATH_IMAGE069
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
Figure 449059DEST_PATH_IMAGE070
，或点绘
Figure 769182DEST_PATH_IMAGE071
相关图。
S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位
Figure 746497DEST_PATH_IMAGE072
和正射遥感影像卫星观测 断面宽
Figure 316018DEST_PATH_IMAGE073
，按步骤S1～S3建立比降断面水位与断面宽函数
Figure 122300DEST_PATH_IMAGE074
，或点绘
Figure 280618DEST_PATH_IMAGE075
相关图。
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
Figure 209260DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 938181DEST_PATH_IMAGE077
，以及流量测验断面水面宽数据
Figure 361203DEST_PATH_IMAGE078
，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
Figure 124760DEST_PATH_IMAGE079
、
Figure 742080DEST_PATH_IMAGE080
和
Figure 20614DEST_PATH_IMAGE081
，判别该水位时河段的糙率系数
Figure 919431DEST_PATH_IMAGE082
。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
Figure 599811DEST_PATH_IMAGE083
，为流量测验断面的实时水位或校正基准。
将测高卫星水位
Figure 542359DEST_PATH_IMAGE084
作为校正基准流，采用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等方法对流量测验断面、比降断面实时水位订正。
根据实时正射遥感影像，参照水力学教科书中的天然河道糙率表取值糙率系数。
S4、流量计算与整编方法
根据比降断面的实时水位
Figure 291879DEST_PATH_IMAGE085
、
Figure 40392DEST_PATH_IMAGE086
，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
Figure 857169DEST_PATH_IMAGE087
计算河段比降
Figure 285133DEST_PATH_IMAGE088
；其中，
Figure 7101DEST_PATH_IMAGE085
为上比 降断面实时水位，
Figure 762568DEST_PATH_IMAGE086
为下比降断面实时水位，
Figure 168272DEST_PATH_IMAGE089
为上下比降断面间距；
采用流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积
Figure 718202DEST_PATH_IMAGE090
，并按比降面积法 计算测验断面的流量
Figure 442313DEST_PATH_IMAGE091
。根据规范或管理要求，若达到水文资料整编时间限制，则按水文 资料整编规范进行整编；若未达到水文资料整编时间限制，则进行下一次流量测验循环。
过流面积计算步骤为：
S41、对
Figure 735892DEST_PATH_IMAGE092
数值插值或将
Figure 979791DEST_PATH_IMAGE093
相关图离散化，形成基本水道 断面水位和断面宽集
Figure 513672DEST_PATH_IMAGE094
，其中，
Figure 679074DEST_PATH_IMAGE095
为流量测验断面水位与断面宽 函数，
Figure 813559DEST_PATH_IMAGE093
为流量测验断面水位与断面宽图；
S42、按
Figure 115227DEST_PATH_IMAGE096
计算离散水位的流量测验断 面过流面积，其中，
Figure 803698DEST_PATH_IMAGE097
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 3866DEST_PATH_IMAGE098
个断面宽离散点，
Figure 639247DEST_PATH_IMAGE097
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断 面宽图第
Figure 326580DEST_PATH_IMAGE098
个水位离散点；
Figure 700798DEST_PATH_IMAGE099
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
Figure 575213DEST_PATH_IMAGE100
；
Figure 561755DEST_PATH_IMAGE101
外延处理方法。建立流量测验断面水位与过 流面积函数
Figure 103595DEST_PATH_IMAGE102
，或点绘
Figure 868289DEST_PATH_IMAGE103
相关图。
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
Figure 278935DEST_PATH_IMAGE104
，通过过流面积函数
Figure 318435DEST_PATH_IMAGE105
计算或
Figure 465514DEST_PATH_IMAGE106
相关图插补得对应的过流面积
Figure 932267DEST_PATH_IMAGE107
，其中，
Figure 515695DEST_PATH_IMAGE108
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，
Figure 608154DEST_PATH_IMAGE109
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
Figure 859007DEST_PATH_IMAGE110
离散
Figure 981815DEST_PATH_IMAGE111
，计算水力半径
Figure 114856DEST_PATH_IMAGE052
Figure 433841DEST_PATH_IMAGE112
，其中，
Figure 588136DEST_PATH_IMAGE113
为流量 测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 396692DEST_PATH_IMAGE114
个断面宽离散点，
Figure 236603DEST_PATH_IMAGE115
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 93700DEST_PATH_IMAGE116
个水位离散点；
Figure 381462DEST_PATH_IMAGE058
表 示低于
Figure 547870DEST_PATH_IMAGE117
水位
Figure 858766DEST_PATH_IMAGE118
的最大离散值；
S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位
Figure 863762DEST_PATH_IMAGE119
对应的流量
Figure 943714DEST_PATH_IMAGE120
；或采用自下游至上游的水面曲线法试算推流。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

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
Figure 140637DEST_PATH_IMAGE001
；
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
Figure 588935DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 181722DEST_PATH_IMAGE003
，以及流量测验断面水面宽数据
Figure 108090DEST_PATH_IMAGE004
，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
Figure 250358DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 118826DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 713755DEST_PATH_IMAGE007
，判别该水 位时河段的糙率系数
Figure 928967DEST_PATH_IMAGE008
；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
Figure 129004DEST_PATH_IMAGE009
，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
Figure 450264DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 530826DEST_PATH_IMAGE011
计算河段比降
Figure 798997DEST_PATH_IMAGE012
，采用 流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积
Figure 587961DEST_PATH_IMAGE013
，并按比降面积法计算测验断面的 流量
Figure 96434DEST_PATH_IMAGE014
；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；
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
Figure 603639DEST_PATH_IMAGE015
数值插值或将
Figure 455926DEST_PATH_IMAGE016
相关图离散化，形成基本水道断面水位和 断面宽集
Figure 161714DEST_PATH_IMAGE017
，其中，
Figure 762459DEST_PATH_IMAGE018
为流量测验断面水位与断面宽函数，
Figure 570010DEST_PATH_IMAGE016
为流量测验断面水位与断面宽图；
S42、按
Figure 914403DEST_PATH_IMAGE019
计算离散水位的流量测验断面过 流面积，其中，
Figure 523632DEST_PATH_IMAGE020
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 826438DEST_PATH_IMAGE021
个断面宽离散点，
Figure 590126DEST_PATH_IMAGE022
为流量测验断面水位与断面宽函数或水位与断面 宽图第
Figure 738210DEST_PATH_IMAGE023
个水位离散点；
Figure 418590DEST_PATH_IMAGE024
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
Figure 875985DEST_PATH_IMAGE025
； 外延处理方法；建立流量测验断面水位与过 流面积函数
Figure 328012DEST_PATH_IMAGE027
，或点绘
Figure 879210DEST_PATH_IMAGE028
相关图；
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
Figure 258239DEST_PATH_IMAGE029
，通过过流面积函数
Figure 497984DEST_PATH_IMAGE030
计算或
Figure 50188DEST_PATH_IMAGE031
相关图插补得对应的过流面积
Figure 377264DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 740244DEST_PATH_IMAGE029
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，
Figure 683929DEST_PATH_IMAGE033
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
Figure 757933DEST_PATH_IMAGE034
离散
Figure 267412DEST_PATH_IMAGE035
，计算水力半径
Figure 270134DEST_PATH_IMAGE036
，其中，
Figure 847319DEST_PATH_IMAGE038
为流量测验断面 水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 476884DEST_PATH_IMAGE039
个断面宽离散点，
Figure 103037DEST_PATH_IMAGE040
为流量 测验断面水位与断面宽函数或水位与断面宽图第
Figure 303205DEST_PATH_IMAGE041
个水位离散点；表示低 于水位的最大离散值；
S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位
Figure 405711DEST_PATH_IMAGE045
对应的流量
Figure 392253DEST_PATH_IMAGE046
；或采用自下游至上游的水面曲线法试算推流。
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
Figure 465251DEST_PATH_IMAGE047
和正射遥感影像 观测断面宽
Figure 1582DEST_PATH_IMAGE048
随时间的联合分布函数，或点绘
Figure 894451DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 684684DEST_PATH_IMAGE050
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
Figure 815451DEST_PATH_IMAGE051
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
Figure 485467DEST_PATH_IMAGE052
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
Figure 646059DEST_PATH_IMAGE053
，或点绘
Figure 161354DEST_PATH_IMAGE054
相关图；
S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位
Figure 225256DEST_PATH_IMAGE055
和正射遥感影像卫星观测断面宽
Figure 331752DEST_PATH_IMAGE056
，按步骤S21～S23建立比降断面水位与断面宽函数
Figure 716990DEST_PATH_IMAGE057
，或点绘
Figure 629452DEST_PATH_IMAGE058
相 关图。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求5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
Figure 485543DEST_PATH_IMAGE059
作 为流量测验断面、比降断面实时水位订正的基准。
7.根据权利要求6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： 在所述流量计算与整编方法中，所述河段比降
Figure 294099DEST_PATH_IMAGE060
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
Figure 852120DEST_PATH_IMAGE061
，其中，
Figure 489643DEST_PATH_IMAGE062
为上比降断面实时水位，
Figure 511826DEST_PATH_IMAGE063
为下比降断面实时水位，
Figure 428966DEST_PATH_IMAGE064
为上下比降断面间距。
8.根据权利要求6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。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108460483B (zh) * 2018-02-09 2021-03-12 中国水利水电科学研究院 一种天然河道流量的定量反演方法
CN108645456B (zh) * 2018-02-09 2020-11-03 中国水利水电科学研究院 一种山区河流流量监测定量反演方法
CN108896117A (zh) * 2018-05-10 2018-11-27 北京师范大学 一种遥感水文站监测河流径流的方法
CN111895979B (zh) * 2020-08-10 2021-11-23 中国水利水电科学研究院 基于gf-1影像和测高卫星的河流存量计算方法
CN112729258B (zh) * 2021-04-02 2021-08-03 长江水利委员会水文局 一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法

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