[發明專利]一種基于遙感解譯技術提取河流監測斷面水面寬度的方法

有效

• 申請號: 202010317714.0
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111553226B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 張盼偉;李昆;吳文強;黃偉;趙曉輝;王卓微;胡明明;劉來勝;王啟文;吳雷祥
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08;G01C7/00;G01S13/89;G01B7/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種基于遙感解譯技術提取河流監測斷面水面寬度的方法，包括：構建Bi?LSTM模型，得到河道流量數據；構建河道水面寬水力模型：并基于遙感檢測和線性擬合方法進行水面寬水力模型的系數求解，得到最優的水面寬水力模型，求得高精度的河道斷面水面寬表達式。相比于傳統直接利用遙感技術采集河道斷面水面寬，本發明采用線性擬合，有效去除誤差較大的數據，提高計算精度，并真實反映了河流斷面水面寬與流量之間的水力函數關系。

技術領域

本發明屬于水力資源的技術領域，具體涉及一種基于遙感解譯技術提取河流監測斷面水面寬度的方法。

背景技術

隨著河流水資源開發利用加快，河流生態與環境問題日益凸顯，生態流量的概念也被廣泛應用。由于研究者的視角及重點不同，出現了與生態流量相關的諸多概念，如“水生生態需水”、“水生生態基流”、“最小下泄流量”和“河道生態環境需水量”等。在澳大利亞和南非，生態流量基本含義是維持河流生態完整性和生物多樣性的流量狀況，或者說，生態流量就是留給河流自身用水需求的水量。世界自然保護聯盟采納的生態流量定義為“在用水矛盾突出、且用水量可以進行調度的河流、濕地和沿海區域，為維持正常的生態系統及功能所擁有的水量”。而我國制定的生態流量定義為“滿足水電工程下游河段保護目標生態需水基本要求的流量及過程”。

河流流量重要的水力參數之一為河流斷面水面寬，其對河流流量具有重要的影響。現有存在多種河流斷面水面寬的檢測方法，基本是利用遙感技術如無人機或雷達電磁波直接進行測量所得，而遙感所得河流斷面水面寬僅僅為參考值，其與真實值具有一定的誤差，且不能真實反映河流斷面水面寬與流量之間的關系。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種基于遙感解譯技術提取河流監測斷面水面寬度的方法，以解決現有采用遙感監測河流斷面水面寬誤差較大，且不能真實反映河流斷面水面寬與流量之間關系的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于遙感解譯技術提取河流監測斷面水面寬度的方法，其包括：

S1、獲取河道及其上下游若干年的歷史流量數據，并對歷史流量數據進行預處理，得到關于流量數據的時間序列數據；

S2、將時間序列數據作為輸入數據進行監督學習，得到訓練樣本數據和測試樣本數據；

S3、根據訓練樣本數據和測試樣本數據構建Bi-LSTM模型，并基于測試樣本數據對Bi-LSTM模型進行測試，獲取作為預測輸出結果的河道流量數據；

S4、根據步驟S3中得到的預測輸出結果河道流量數據Q和河道斷面水面寬w之間的水力函數關系構建河道水面寬水力模型：

W＝α*Q*β

其中，α、β均為河道水面寬水力模型系數；

S5、基于遙感實時測量監測獲取河道斷面水面寬W0，將遙感所測河道斷面水面寬W0作為輸出，預測所得的河道流量數據Q作為輸入帶入河道水面寬水力模型中，得到N組系數α_i、β_i，其中，α_i、β_i分別為求解得到的第i組系數，i＝1、2、…N，N≥70000；

S6、在N組系數α_i、β_i中隨機選取M組系數α_j、β_j，j＝1、2、…M，1000≤M≤N，將M組系數分別帶入水面寬水力模型W_j＝α_j*Q*β_j中，并隨機選取預測所得的河道流量數據Q作為輸入帶入W_j＝α_j*Q*β_j中，計算得到河道斷面水面寬測試值；

S7、將河道斷面水面寬測試值與其對應的遙感所測河道斷面水面寬進行線性擬合：