[發(fā)明專利]一種基于多光譜影像的湖泊水儲量遙感估算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310311523.3
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103363962A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧善龍;歐陽寧雷;吳炳方;肖高懷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感和對地觀測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多光譜影像的湖泊水儲量遙感估算方法。?

背景技術(shù)

湖泊（包括天然湖泊和人工庫塘）是地表水資源的最主要表現(xiàn)形式。除冰川和永久雪蓋外，湖泊水是第二大地表水資源類型，它是影響全球海平面變化的主要因素之一。湖泊演化與環(huán)境變化密切相關(guān)：一方面，湖面波動引起的水量變化和沉積環(huán)境改變可敏感地指示氣候變化；另一方面，湖泊水面積的增減會改變下墊面條件，從而對氣候變化產(chǎn)生影響。然而長期以來，受調(diào)查和觀測資料、模擬和分析方法的限制，人們無法精確獲取大范圍湖泊水資源儲量并描述其動態(tài)變化特征，嚴重影響了人們對陸表水儲量變化與全球或區(qū)域水循環(huán)加劇、全球海平面升降的關(guān)系等科學(xué)問題的認識。在水資源管理應(yīng)用方面，這一現(xiàn)狀也限制了人們對近年來全球范圍內(nèi)頻發(fā)的旱澇災(zāi)害事件的應(yīng)對時效。?

因此，需要采用有效的方法對湖泊的水儲量進行準確估算。現(xiàn)有的估算方法是：以實測水下地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的水位-容積曲線法。該方法主要是根據(jù)實測水下地形數(shù)據(jù)和水位測量數(shù)據(jù)采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進行體積的計算，從而獲得水位-容積曲線方程，在獲知湖泊實時水位后，就能根據(jù)水位-容積曲線得知該水位相對應(yīng)的容積值。?

上述方法的應(yīng)用受限于庫容計算數(shù)學(xué)模型、水位測量空間代表性和水下地形這三個方面資料的獲取。?

常用的庫容計算方法有斷面法、等高線容積法、方格網(wǎng)法和三角網(wǎng)格法，受湖泊形態(tài)、大小和復(fù)雜程度的影響，不合適的數(shù)學(xué)模型會帶來較大的計算誤差。這一問題可以利用當前的高性能計算資源，通?過增加模型微分量級加以解決。對于水位觀測站測量結(jié)果空間代表性差的問題，則可以通過優(yōu)化觀測站點位置和增加觀測站點數(shù)量來解決。?

而對于水下地形資料來說，一般地區(qū)都有早期l:5000或1:10000地形圖，可通過收集掃描矢量化，采集高程數(shù)據(jù)并生成數(shù)字地形模型（DTM）。此方法生成的DTM數(shù)據(jù)工期短，但這些基礎(chǔ)資料的收集一般較為困難，獲取的庫容數(shù)據(jù)精度易受地形圖本身精度的影響，且無法反映制圖后期上游水沙及人類活動對水下地形改造的影響。解決這一問題的辦法是綜合利用3S技術(shù)，即GPS、GIS、RS，定期開展湖泊水下地形測量，如綜合利用GPS和激光雷達數(shù)據(jù)的水下地形制圖，基于GPS野外調(diào)查數(shù)據(jù)的水下地形模擬，以及直接利用激光雷達獲取的數(shù)字高程模型（DEM）模擬湖泊水下地形等。這些方法雖然能部分解決水下地形數(shù)據(jù)獲取及更新問題，但受測量周期和費用的限制，無法進行大范圍推廣應(yīng)用。?

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題?

本發(fā)明的目的是提出一種湖泊水儲量估算方法，使得該方法能夠在大范圍內(nèi)進行推廣應(yīng)用。?

（二）技術(shù)方案?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于多光譜影像的湖泊水儲量遙感估算方法，該方法包括：?

S1、根據(jù)湖泊水體在多光譜遙感影像不同波段上的光譜響應(yīng)特性提取反映湖泊水面分布特征的水體指數(shù)；?

S2、根據(jù)提取的水體指數(shù)獲取湖泊水體邊界，并將實測的湖泊水位信息賦給湖泊水體邊界，根據(jù)不同時期的湖泊水體邊界生成湖泊等水位線數(shù)據(jù)集；?

S3、根據(jù)湖泊等水位線數(shù)據(jù)集模擬湖泊水下地形；?

S4、根據(jù)模擬的湖泊水下地形和實測的水位數(shù)據(jù)計算不同時期的?湖泊水儲量。?

其中，在步驟S1前，首先進行遙感數(shù)據(jù)的收集和遴選；并將收集和遴選的遙感影像進行輻射糾正和幾何糾正；然后根據(jù)糾正后的遙感影像提取反映湖泊水面分布特征的水體指數(shù)。?

其中，水體指數(shù)的提取可以采用兩種途徑實現(xiàn)：?

根據(jù)湖泊水體在Landsat?MSS或HJ-1A/B影像不同波段上的光譜響應(yīng)特征提取歸一化差異水體指數(shù)；?

或者，?

根據(jù)湖泊水體在Landsat?TM/ETM+影像不同波段上的光譜響應(yīng)特征提取增強型歸一化差異水體指數(shù)。?

其中，歸一化差異水體指數(shù)NDWI采用下式計算：?