本發(fā)明屬于河道斷面水位遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種河道斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、河道水位和河道徑流密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)河流水情的重要指標(biāo)，動(dòng)態(tài)、高精度監(jiān)測(cè)河道斷面水位對(duì)流域防洪、水利工程建設(shè)和管理、河流生態(tài)保護(hù)等業(yè)務(wù)至關(guān)重要。傳統(tǒng)基于水文站的斷面水位監(jiān)測(cè)雖然監(jiān)測(cè)精度高，但受限于設(shè)站成本和設(shè)站條件等因素，目前河流水文站數(shù)量有限，特別是一些地勢(shì)復(fù)雜、交通不便的山區(qū)，水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，其高時(shí)效性、大范圍覆蓋和連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，使得河流水位遙感監(jiān)測(cè)在動(dòng)態(tài)掌握河流水位變化方面展現(xiàn)出巨大的潛力。

2、基于河流地形數(shù)據(jù)和河流水邊線(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)的河流水位遙感監(jiān)測(cè)方法是動(dòng)態(tài)獲取河流水位的一種有效手段。該方法利用遙感提取河流水邊線(xiàn)，疊加河流地形數(shù)據(jù)獲取河流斷面水位。目前河流地形數(shù)據(jù)多采用30m空間分辨率srtm?dem數(shù)據(jù)，河流水邊線(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)多采用單一衛(wèi)星數(shù)據(jù)源。此外，30m空間分辨率的dem數(shù)據(jù)相對(duì)較粗，難以滿(mǎn)足較窄河段水位監(jiān)測(cè)對(duì)地形精度的需求；另外，采用單一衛(wèi)星數(shù)據(jù)源獲取河流水邊線(xiàn)的頻次有限，限制了河流水位監(jiān)測(cè)頻次。

3、隨著衛(wèi)星/無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，河流地形和水邊線(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段愈加豐富，如利用國(guó)產(chǎn)資源三號(hào)衛(wèi)星、高分七號(hào)衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)可開(kāi)展河流高空間分辨率地形立體測(cè)繪，獲取高空間分辨率和高精度河岸地形數(shù)據(jù)；如利用10m空間分辨率的哨兵1/2衛(wèi)星、1m/2m/8m/16m空間分辨率的國(guó)產(chǎn)gf-1/2/6衛(wèi)星、16m空間分辨率的hj-2a/2b衛(wèi)星、30m空間分辨率的landsat系列衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)河流水邊線(xiàn)高頻次監(jiān)測(cè)。利用立體測(cè)繪衛(wèi)星、光學(xué)、雷達(dá)等多源衛(wèi)星協(xié)同開(kāi)展河道水位監(jiān)測(cè)，可顯著提高河流水位監(jiān)測(cè)頻次。但利用不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)河流水邊線(xiàn)提取河流水位信息的精度和斷面的形態(tài)特征和坡度特征密切相關(guān)，導(dǎo)致不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)得到的不同特征斷面水位難以組成有效的時(shí)間序列，限制了多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)河流水位的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種河道斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，考慮了利用不同空間分辨率衛(wèi)星提取河流水邊線(xiàn)從地形數(shù)據(jù)中獲取不同類(lèi)型斷面水位的誤差特征，構(gòu)建了不同空間分辨率多源衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型，對(duì)不同空間分辨率多源衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差進(jìn)行了修正，提高了不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位的一致性，實(shí)現(xiàn)利用多源衛(wèi)星協(xié)同獲取高頻次、精度一致的長(zhǎng)時(shí)序河流斷面水位數(shù)據(jù)集。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種河道斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)方法，包括：

3、基于斷面形態(tài)特征和坡度特征，對(duì)斷面進(jìn)行分類(lèi)；

4、基于不同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位，構(gòu)建不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型；

5、基于不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型，以及不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面不同時(shí)相斷面水位，得不同類(lèi)型斷面的多源衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測(cè)時(shí)序水位數(shù)據(jù)集，即完成斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)。

6、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述斷面形態(tài)特征和坡度特征的獲得，包括：

7、基于斷面位置，以及斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)，獲取斷面所在河段的地形數(shù)據(jù)；

8、基于斷面所在河段的地形數(shù)據(jù)，獲得斷面形態(tài)特征和坡度特征。

9、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)的獲得，包括：

10、根據(jù)斷面位置，繪制斷面線(xiàn)矢量；

11、根據(jù)斷面線(xiàn)矢量以及歷史最大水體范圍，確定斷面所在河段范圍；

12、根據(jù)斷面位置和斷面所在河段范圍，獲取斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)。

13、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)為立體測(cè)繪衛(wèi)星監(jiān)測(cè)和/無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)監(jiān)測(cè)所得斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)；

14、或?yàn)榱Ⅲw測(cè)繪衛(wèi)星監(jiān)測(cè)和/無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)監(jiān)測(cè)所得斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)修正后的高程信息數(shù)據(jù)。

15、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述基于斷面位置，以及斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)，獲取斷面所在河段的地形數(shù)據(jù)，包括：

16、根據(jù)斷面位置和斷面所在河段范圍，通過(guò)立體測(cè)繪衛(wèi)星多光譜影像提取河段水體范圍矢量；

17、用河段水體范圍矢量對(duì)斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)進(jìn)行掩膜，得斷面所在河段的地形數(shù)據(jù)。

18、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述基于斷面所在河段的地形數(shù)據(jù)，獲得斷面形態(tài)特征和坡度特征，包括：

19、用斷面所在河段水體面積矢量裁剪斷面線(xiàn)矢量，并將裁剪后斷面線(xiàn)矢量要素個(gè)數(shù)作為汊道數(shù)；

20、將汊道數(shù)表示斷面的形態(tài)特征；

21、用斷面所在河道地形數(shù)據(jù)計(jì)算坡度；

22、用斷面線(xiàn)矢量對(duì)坡度提取并計(jì)算斷面平均坡度；

23、將斷面平均坡度表示斷面坡度特征。

24、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述基于斷面形態(tài)特征和坡度特征，對(duì)斷面進(jìn)行分類(lèi)，包括：

25、聯(lián)合斷面形態(tài)特征和坡度特征將斷面進(jìn)行分類(lèi)，其中，斷面的類(lèi)型數(shù)目為汊道數(shù)×斷面平均坡度的級(jí)別數(shù)。

26、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述基于不同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位，構(gòu)建不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型，包括：

27、同一類(lèi)型斷面中，以第一空間分辨率的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位作為基準(zhǔn)，分析其他空間分辨率衛(wèi)星影像監(jiān)測(cè)的斷面水位與基準(zhǔn)間的誤差特征；

28、基于同類(lèi)型斷面誤差特征，建立不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型；

29、重復(fù)“分析誤差特征”和“建立誤差修正模型”步驟，直至完成所有類(lèi)型斷面的不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)斷面水位誤差修正模型，得不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型。

30、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，不同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位的獲得，包括：

31、根據(jù)覆蓋不同類(lèi)型斷面的不同空間分辨率衛(wèi)星影像，提取不同類(lèi)型斷面所在河段水邊線(xiàn)；

32、根據(jù)不同類(lèi)型斷面所在河段水邊線(xiàn)與斷面矢量交點(diǎn)從地形數(shù)據(jù)提取對(duì)應(yīng)交點(diǎn)高程，計(jì)算像元高程均值；

33、并將像元高程均值作為斷面水位，即得不同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位。

34、在本發(fā)明具體的實(shí)施例中，所述基于不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型，以及不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面不同時(shí)相斷面水位，得不同類(lèi)型斷面的多源衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測(cè)時(shí)序水位數(shù)據(jù)集，包括：

35、用不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型對(duì)不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)同類(lèi)型斷面不同時(shí)相斷面水位進(jìn)行修正，得同類(lèi)型斷面的不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)水位時(shí)序數(shù)據(jù)集；

36、將同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)時(shí)序水位數(shù)據(jù)集按照時(shí)間順序進(jìn)行組合，獲得同類(lèi)型河段多源衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測(cè)水位時(shí)序數(shù)據(jù)集。

37、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種河道斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

38、分類(lèi)模塊：用于基于斷面形態(tài)特征和坡度特征，對(duì)斷面進(jìn)行分類(lèi)；

39、建立模型模塊：用于基于不同類(lèi)型斷面不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的斷面水位，構(gòu)建不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型；

40、修正模塊：用于基于不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型，以及不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面不同時(shí)相斷面水位，得不同類(lèi)型斷面的多源衛(wèi)星協(xié)同監(jiān)測(cè)時(shí)序水位數(shù)據(jù)集，即完成斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)。

41、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種電子設(shè)備，包括：處理器，所述處理器與存儲(chǔ)器耦合；

42、所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序；

43、所述處理器，用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的所述計(jì)算機(jī)程序，以使得所述電子設(shè)備執(zhí)行如上所述的方法。

44、本發(fā)明的第四個(gè)目的在于提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有程序或指令，當(dāng)所述程序或指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如上所述的方法。

45、本發(fā)明的有益效果：

46、本發(fā)明的一種河道斷面水位多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)斷面位置，以及斷面所在河段的高程信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷面進(jìn)行分類(lèi)，隨后通過(guò)多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面的斷面水位，滿(mǎn)足了較窄河段水位監(jiān)測(cè)對(duì)地形精度的需求，以及獲取數(shù)據(jù)集的高頻次的需求，同時(shí)，通過(guò)不同類(lèi)型斷面水位誤差修正模型的建立，克服了多源衛(wèi)星協(xié)同遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)當(dāng)中，不同空間分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型斷面獲得數(shù)據(jù)之間難以做到協(xié)調(diào)性和一致性的困難；

47、通過(guò)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)利用多源衛(wèi)星協(xié)同獲取高頻次、精度一致的長(zhǎng)時(shí)序河流斷面水位數(shù)據(jù)集，大大提升了河流水位遙感監(jiān)測(cè)能力。

48、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。