CN113758470B - 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法 - Google Patents

一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113758470B
CN113758470B CN202111003048.4A CN202111003048A CN113758470B CN 113758470 B CN113758470 B CN 113758470B CN 202111003048 A CN202111003048 A CN 202111003048A CN 113758470 B CN113758470 B CN 113758470B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water level
lake
points
boundary
ecological
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111003048.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113758470A (zh
Inventor
刘国军
刘勇
岳健
杜建军
朱新英
孙永强
杨华兵
李红山
王世杰
李从娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS
Original Assignee
Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS filed Critical Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS
Priority to CN202111003048.4A priority Critical patent/CN113758470B/zh
Publication of CN113758470A publication Critical patent/CN113758470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113758470B publication Critical patent/CN113758470B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法，该方法利用遥感影像，进行历史水体信息提取，找到不同时期的水体边界点，选取水体边界点高程的测量，得到历史生态水位，通过水文学的方法算出最低生态水位。本发明根据遥感图像的水位边界的高程就是当时的水位的特点，提供了一种测量没有水文资料和水文站的湖泊水位的方法，克服了对于没有水文资料湖泊，无法计算生态水位的难题。为湖泊水资源管理、生态水位调控及生态修复提供可靠的技术支撑，本方法具有重要的应用推广价值。

Description

一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法
技术领域
本发明属于湖泊生态环境技术领域，涉及一种基于高分辨率卫星数据测量湖泊历史水位的方法。
背景技术
生态水位的概念是由生态需水或环境水流衍生而出。对于湖泊生态水位，目前并没有明确的定义，基于上述生态需水的概念，湖泊生态水位可以理解为：维持湖泊生态系统完整及其对人类的服务功能所需要的水位过程。生态水位评估是湖泊水资源管理及生态系统保护和修复面临的重要难题，目前国际上采用的计算方法主要有三类：1)水文资料法，基于水文学中Q95 th法来计算湖泊最低生态水位，或者将多年最低水位作为最低生态水位；2)形态分析法，以湖泊面积为功能指标，在水位-面积关系曲线中，以湖泊面积变化率最大值对应的水位作为最低生态水位；3)生物最小空间需求法，用湖泊各类生物对生存空间的需求来确定最低生态水位。
迄今为止，中国专利(CN 110569565 A)公开了一种湖泊最低生态水位计算方法，通过收集湖泊水文测站的长系列逐日流量资料，统计每年的最枯月平均水位，用矩法估计出最枯月平均水位均值和离差系数的初估值，计算出不同累计频率对应的水位值。最后在皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线上求90％保证率的水位，即为湖泊最低生态水位。中国专利(CN111753680 A)发明一种基于高分辨率卫星数据的河流生态流量保障程度遥感快速判别方法，该发明提供一种基于高分辨率卫星数据的河流生态流量保障程度遥感快速判别方法，特别地，涉及一种仅一次性依靠部分河流断面地面监测数据，大量应用高分辨率卫星遥感数据的河流生态流量保障程度遥感快速判别方法。中国专利(CN 105868579 A)一种湖泊生态水位计算方法，通过萌发期水位值计算，幼苗生长期生态水位值计算，生长、扩散期生态水位值计算，休眠期水位值计算计算出湖泊生态水位过程线。
上述方法需要湖泊多年的水文资料，对于一些小的湖泊，特别是干旱区的一些尾闾湖，没有水文站和水文资料，也没有连续测量的水位数据。对于这些湖泊水资源管理及生态系统保护和修复时，没有历史水文资料，无法计算其湖泊的生态水位和最小生态水位。
本发明通过遥感影像对比分析，根据不同时期湖面的湖岸线，在遥感影像上选择不同的测量点，给测量点编号，对应找到其经纬度，再选择多个适合测量的点，使用南方灵锐S86RTK进行测量，通过已有控制点的平面坐标(80或54坐标)和经过三维约束平差的经纬度坐标求取，坐标点实地测量这个点的高程，即当时的历史水位。
发明内容
本发明目的在于，提供一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法，该方法利用遥感影像，进行历史水体信息提取，找到不同历史时期的水体边界，选取水体边界点高程的测量，得到当时的水位。本发明提供了一种没有水文资料和水文站的湖泊测量水位的方法，克服了对于没有水文资料湖泊，无法计算生态水位的难题，具有重要的应用推广价值。为湖泊水资源管理、生态水位调控及生态修复提供可靠的技术支撑，本方法具有重要的应用推广价值。
本发明所述的一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法，按下列步骤进行：
a、图像处理：采用高清晰卫星遥感影像进行水体信息提取，并对该数据进行了几何纠正、辐射定标、大气纠正预处理，得到地表反射率数据；
b、提取水体信息：将步骤a的地表反射率数据采用改正水体指数法提取水体信息，计算公式：MNDWI＝(Green-MIR)/(Green+MIR)，Green为绿波段，MIR为短波红外波段；
c、边界提取：将步骤a的图像处理和步骤b的提取水体信息利用ArcGIS10.5软件进行边界提取，边界是由软件根据提取公式和阈值自动绘制生成，少量提取误差由人工目视解译情况下利用软件编辑功能手动修正；
d、提取多年水面面积，边界线：通过收集多年连续遥感影像，解译并获得了这些时期的湖泊的水面面积，边界线；
e、选择测点：根据不同时期湖面的湖岸线的边界点，边界点的海拔高度，当时水位，在遥感影像上选择不同的测量点，给测量点编号，在卫星影像图上找到对应其经纬度，再选择多个适合测量的点，编制表格，制定测量的点的记录表格；
f、S86RTK接入：使用南方灵锐S86RTK进行测量，通过移动站进入用户接点，用户在作业前，应根据项目设计的坐标系，进行转换参数的求取；
g、水位测量：通过已有控制点的平面坐标80或坐标54和经过三维约束平差的经纬度坐标求取，坐标点实地测量这几个点的高程，即测量点当时的历史水位；
h、最低生态水位计算：得到历史水位值后，得到多年湖泊最低水位，多年最低水位作为最低生态水位；通过形态分析法，在水位-面积关系曲线中，以湖泊面积变化率最大值对应的水位作为最低生态水位。
本发明所述的一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法，该方法利用遥感影像，进行历史水体信息提取，找到不同历史时期的水体边界，选取水体边界点高程的测量，得到当时的水位。本发明提供了一种没有水文资料和水文站的湖泊测量水位的方法，克服了对于没有水文资料湖泊，无法计算生态水位的难题，具有重要的应用推广价值。为湖泊水资源管理、生态水位调控及生态修复提供可靠的技术支撑，本方法具有重要的应用推广价值。
附图说明
图1为本发明湖岸线取点图；
图2为本发明湖岸线取点编号图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1
在新疆巴里坤湖采集信息：
a、图像处理：采用高清晰卫星遥感影像对新疆巴里坤湖进行水体信息提取，并对该数据进行了几何纠正、辐射定标、大气纠正预处理，得到地表反射率数据；
b、提取水体信息：将步骤a的地表反射率数据采用改正水体指数法(MNDWI)提取水体信息，计算公式：MNDWI＝(Green-MIR)/(Green+MIR)，Green为绿波段，MIR为短波红外波段；
c、边界提取：将步骤a的图像处理和步骤b的提取水体信息利用ArcGIS10.5软件进行边界提取，边界是由软件根据提取公式和阈值自动绘制生成，少量提取误差由人工目视解译情况下利用软件编辑功能手动修正；
d、提取多年水面面积，边界线：通过收集多年新疆巴里坤湖连续遥感影像，解译并获得了这些时期的湖泊的水面面积，边界线；通过遥感影像对比分析，近10年中2013年湖面面积最小；
e、选择测点：根据不同时期湖面的湖岸线的边界点，边界点的海拔高度，就是当时水位，在遥感影像上选择不同的测量点(图1)，给测量点编号(图2)，在卫星影像图上找到对应其经纬度，再选择多个适合测量的点，编制表格(表1)，制定测量的点的记录表格；
表1新疆巴里坤湖测点位置高程与湖面积
测点编号 经度 纬度 高程H(m) 面积(km2)
1 92°49′15.698051″ 43°36′51.992704″ 1523.062 42.95
2 92°48′33.24016″ 43°36′36.680199″ 1523.229 42.95
3 92°47′26.345814″ 43°36′36.797119″ 1523.042 42.95
64 92°48′35.022319″ 43°36′31.099833″ 1523.357 49.7
65 92°47′47.411286″ 43°36′24.407962″ 1523.418 49.7
66 92°47′19.119316″ 43°36′30.020391″ 1523.166 49.7
65 92°47′46.352992″ 43°36′24.477111″ 1522.973 44.09
118 92°49′17.376645″ 43°36′35.015037″ 1523.366 57.72
119 92°47′12.479591″ 43°36′26.441556″ 1523.505 57.72
119 92°47′12.479275″ 43°36′26.442967″ 1523.509 57.72
120 92°46′30.703426″ 43°36′53.92309″ 1523.502 57.72
f、S86RTK接入：使用南方灵锐S86RTK进行测量，通过移动站进入用户接点，用户在作业前，应根据项目设计的坐标系，进行转换参数的求取；
g、水位测量：通过已有控制点的平面坐标80或坐标54和经过三维约束平差的经纬度坐标求取，坐标点实地测量这几个点的高程，即测量点当时的历史水位；
h、最低生态水位计算：得到历史水位值后，得到多年新疆巴里坤湖泊最低水位，多年最低水位作为最低生态水位；通过形态分析法，在水位-面积关系曲线中，以新疆巴里坤湖泊面积变化率最大值对应的水位作为最低生态水位。

Claims (1)

1.一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、图像处理：采用高清晰卫星遥感影像进行水体信息提取，并对该数据进行了几何纠正、辐射定标、大气纠正预处理，得到地表反射率数据；
b、提取水体信息：将步骤a的地表反射率数据采用改正水体指数法提取水体信息，计算公式：改正水体指数法=(Green-MIR)/ (Green+MIR)，Green为绿波段，MIR为短波红外波段；
c、边界提取：将步骤a的图像处理和步骤b的提取水体信息利用ArcGIS10.5软件进行边界提取，边界是由软件根据提取公式和阈值自动绘制生成，少量提取误差由人工目视解译情况下利用软件编辑功能手动修正；
d、提取多年水面面积，边界线：通过收集多年连续遥感影像，解译并获得了这些时期的湖泊的水面面积，边界线；
e、选择测点：根据不同时期湖面的湖岸线的边界点，边界点的海拔高度，当时水位，在遥感影像上选择不同的测量点，给测量点编号，在卫星影像图上找到对应其经纬度，再选择多个适合测量的点，编制表格，制定测量的点的记录表格；
f、S86RTK接入：使用南方灵锐S86RTK进行测量，通过移动站进入用户接点，用户在作业前，应根据项目设计的坐标系，进行转换参数的求取；
g、水位测量：通过已有控制点的平面坐标80或坐标54和经过三维约束平差的经纬度坐标求取，坐标点实地测量这几个点的高程，即测量点当时的历史水位；
h、最低生态水位计算：得到历史水位值后，得到多年湖泊最低水位，多年最低水位作为最低生态水位；通过形态分析法，在水位-面积关系曲线中，以湖泊面积变化率最大值对应的水位作为最低生态水位。
CN202111003048.4A 2021-08-30 2021-08-30 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法 Active CN113758470B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111003048.4A CN113758470B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111003048.4A CN113758470B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113758470A CN113758470A (zh) 2021-12-07
CN113758470B true CN113758470B (zh) 2024-06-07

Family

ID=78791758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111003048.4A Active CN113758470B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113758470B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115077656B (zh) * 2022-08-16 2023-01-10 清华大学 水库水储量反演方法和装置
CN117313434B (zh) * 2023-11-29 2024-02-20 长江水资源保护科学研究所 基于越冬水鸟对水位响应关系的湖泊湿地微地形营造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103363962A (zh) * 2013-07-23 2013-10-23 中国科学院遥感与数字地球研究所 一种基于多光谱影像的湖泊水储量遥感估算方法
KR20180020421A (ko) * 2016-08-18 2018-02-28 경북대학교 산학협력단 대용량 고해상도 위성 영상을 이용한 해안선 추출 방법 및 시스템
KR101821973B1 (ko) * 2017-03-28 2018-03-08 대한민국 위성영상을 이용한 수계면적 분석방법
CN111192282A (zh) * 2019-12-19 2020-05-22 中国科学院南京地理与湖泊研究所 湖滨带虚拟站的湖库时序水位重建方法
CN111324952A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 基于多源遥感数据获取水位的冰湖体积估算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210199579A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-01 Beijing Normal University Method and system for urban impervious surface extraction based on remote sensing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103363962A (zh) * 2013-07-23 2013-10-23 中国科学院遥感与数字地球研究所 一种基于多光谱影像的湖泊水储量遥感估算方法
KR20180020421A (ko) * 2016-08-18 2018-02-28 경북대학교 산학협력단 대용량 고해상도 위성 영상을 이용한 해안선 추출 방법 및 시스템
KR101821973B1 (ko) * 2017-03-28 2018-03-08 대한민국 위성영상을 이용한 수계면적 분석방법
CN111192282A (zh) * 2019-12-19 2020-05-22 中国科学院南京地理与湖泊研究所 湖滨带虚拟站的湖库时序水位重建方法
CN111324952A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 基于多源遥感数据获取水位的冰湖体积估算方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
利用改进的归一化差异水体指数(ＭＮＤＷＩ)提取水体信息的研究;徐涵秋;《遥感学报》;20050930;589-595页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113758470A (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113758470B (zh) 一种基于高分辨率卫星数据获取湖泊历史水位的方法
CN111008941B (zh) 基于高分卫星遥感影像农业洪涝灾害范围监测系统及方法
Rientjes et al. Changes in land cover, rainfall and stream flow in Upper Gilgel Abbay catchment, Blue Nile basin–Ethiopia
Herman et al. Objectively determined 10-day African rainfall estimates created for famine early warning systems
KR101791007B1 (ko) 고해상도 강수량자료 복원시스템 및 그 방법
CN101672646A (zh) 一种卫星图像自动几何精校正方法
Pietro et al. Developing terrestrial-LIDAR-based digital elevation models for monitoring beach nourishment performance
CN113139901A (zh) 一种流域尺度植被净初级生产力遥感精细反演方法
CN105974418B (zh) 基于天气雷达反射率特征匹配的降水估测方法
CN110032939A (zh) 一种基于高斯混合模型的遥感时序数据拟合方法
CN114998213B (zh) 一种基于径流权值模型的湖库群滞洪量计算方法
CN114297578A (zh) 一种基于遥感的草地植被覆盖度估算及预测方法
CN105095670A (zh) 基于连续雨凇日数的输电线路覆冰厚度增长率分布图绘制方法
CN115203625A (zh) 一种旱涝指数数据缺失值插补方法及其插补装置
CN112414510A (zh) 卫星测高河流水位监测方法及系统
Singh et al. Sedimentation analysis for a reservoir using remote sensing and GIS techniques
CN103400022A (zh) 一种海表面温度遥感数据集等纬度重构方法
CN114266796A (zh) 基于激光点云数据与平均大潮高潮面的自然岸线自动获取方法、设备、介质、产品
CN111222679B (zh) 一种基于遥感的河道水量估算方法
CN111753408A (zh) 一种顾及天气的gnss大气加权平均温度计算方法
CN104778469B (zh) 一种太阳轮廓的自动提取方法
CN114529814B (zh) 基于多源数据的黄土高原淤地坝提取方法
Hakim et al. Shoreline Change Analysis Using Digital Shoreline Analysis System Method in Southeast Bali Island
CN115660134A (zh) 一种基于遥感数据的洪水调蓄量空间化方法及系统
CN112380984B (zh) 一种基于遥感的盐沼植被缓流能力空间评价方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant