[發(fā)明專利]基于懸浮物示蹤的江水倒灌入湖遙感監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112229771B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 江輝;劉瑤;姚莉;陳麗萍;曾晨軍
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/47
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發(fā)明涉及基于懸浮物示蹤的江水倒灌入湖遙感監(jiān)測方法，通過衛(wèi)星遙感影像實時監(jiān)控湖泊水體，獲取水體遙感反射率；構建基于懸浮物指數法的水體懸浮物濃度衛(wèi)星遙感反演模型，應用模型得到湖區(qū)水體懸浮物濃度的時空分布圖；利用懸浮物突變分界線的移動判斷湖泊水體是否發(fā)生倒灌。本發(fā)明方法以懸浮物為示蹤，利用衛(wèi)星遙感反演湖泊水體懸浮物濃度監(jiān)測江水倒灌入湖的現象，解決了目前完全依賴于水文站監(jiān)測的唯一途徑和水文站監(jiān)測存在的局限性問題，同時解決了無水文資料條件下獲得江水倒灌特征信息。此方法可以快速全面地獲取江水倒灌的開始時間、時段長度、結束時間和影響范圍等參數，從而節(jié)約大量監(jiān)測成本，為生態(tài)環(huán)境預報與研究提供重要的技術手段。

技術領域

本發(fā)明涉及遙感技術領域，具體涉及基于懸浮物示蹤的江水倒灌入湖的遙感監(jiān)測方法。

背景技術

隨著人類活動和自然條件的變化，湖泊正歷經劇烈變化，面積萎縮、水質惡化、生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞、功能和效益不斷下降，這些已成為制約社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。掌握江湖關系是流域生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，通常情況江河來水注入湖泊，湖泊水體再流入下游江河。在湖泊水位高于江河水位時湖泊水體自流到江河，當湖泊水位低于江河水位時，江河的水將返流到湖泊，這時稱為“江水倒灌”現象。這種現象典型地發(fā)生在我國第一大淡水湖泊——鄱陽湖，監(jiān)測該現象對于湖泊水環(huán)境演變、物質交換有著重要影響，為鄱陽湖綜合治理提供科學依據。創(chuàng)新挖掘時序遙感大數據應用于湖泊生態(tài)監(jiān)測，為河湖長制背景條件下保護生態(tài)環(huán)境起著重要作用。因此科學獲得江水倒灌入湖的發(fā)生、過程及影響很有必要。

“江水倒灌”現象的監(jiān)測方法一般通過在河湖交界處設置水文站，監(jiān)測水體斷面的流量、流向，從而分析湖泊出湖和入湖情況，判斷江水是否倒灌，但水文站建站前的歷史倒灌情況無法獲得。而且目前并不是所有河湖交界處均設置水文站，更多的區(qū)域無水文站或沒有條件監(jiān)測，倒灌現象難以確定。水文站的監(jiān)測僅對流量和流向進行監(jiān)測，對于倒灌入湖水體的影響情況無法獲取。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于懸浮物示蹤的江水倒灌入湖遙感監(jiān)測方法，該方法利用遙感獲取懸浮物濃度時空分布，可快速全面地監(jiān)測江水倒灌入湖過程和特征。

為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

基于懸浮物示蹤的江水倒灌入湖遙感監(jiān)測方法，包括如下步驟：

從衛(wèi)星遙感影像中提取待監(jiān)測湖區(qū)水體影像，獲取衛(wèi)星遙感反射率數據；

基于遙感反射率數據構建湖泊水體懸浮物濃度遙感反演模型，反演獲得每景遙感影像的湖區(qū)水體懸浮物濃度時空分布；

基于流向湖泊水體懸浮物濃度變化構建水體懸浮物濃度突變分界線；所述水體懸浮物濃度突變分界線定義為：以前一個時刻水體懸浮物濃度的空間分布為本底，后一個時刻減去前一個時刻水體懸浮物濃度的空間分布，發(fā)生水體懸浮物濃度梯度變化較大時，該變化緩沖區(qū)域的濃度差值的低值線即為突變分界線；

基于水體懸浮物濃度突變分界線移向判斷此時江水是否發(fā)生倒灌。

進一步的，所述衛(wèi)星遙感影像可以是MODIS、GOCI、MERIS、Landsat、SentinelVIIRS、SPOT、環(huán)境衛(wèi)星、高分衛(wèi)星等可用于監(jiān)測水環(huán)境指標的衛(wèi)星數據；對水體影像進行幾何校正、輻射校正和大氣校正處理，獲取衛(wèi)星遙感反射率數據。可以同時使用多個衛(wèi)星數據組合，達到高頻觀測時間間隔的目的。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述待監(jiān)測湖區(qū)水體影像的提取方式為：計算遙感影像NDWI指數，通過閾值分割提取水體影像。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述湖泊水體懸浮物濃度遙感反演模型構建方式為：

(1)對不同波段的遙感反射率與懸浮物濃度進行相關性分析，確定懸浮物的敏感波段。