[發(fā)明專利]一種潰決洪水淹沒范圍快速提取方法

有效

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• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113191292B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏進(jìn)兵;楊仲康;鄧建輝
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周敏

本發(fā)明公開了一種潰決洪水淹沒范圍快速提取方法，該方法通過融合光學(xué)影像、SAR影像和DEM數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)潰決洪水淹沒范圍快速提取。在無云區(qū)，構(gòu)建光學(xué)影像時(shí)間序列光譜指數(shù)，根據(jù)洪水過境前后光譜指數(shù)差異，提取已過境洪水區(qū)域最佳分離洪水指標(biāo)及其閾值，進(jìn)行洪水淹沒范圍提?。辉谠茖诱趽鯀^(qū)，根據(jù)洪水過境前后SAR影像后向散射系數(shù)的變化，提取VV和VH極化數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建特征集，以無云區(qū)數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練樣本，云層覆蓋區(qū)作為預(yù)測樣本，采用隨機(jī)森林算法對云層遮擋區(qū)進(jìn)行過境洪水淹沒范圍提取。本發(fā)明方法能夠在不依賴洪水峰值時(shí)的遙感影像的前提下快速獲取潰決洪水淹沒范圍，有利于洪水災(zāi)害快速評估和應(yīng)急響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于洪水災(zāi)害評價(jià)領(lǐng)域，具體涉及一種潰決洪水淹沒范圍快速提取方法。

背景技術(shù)

大型滑坡堰塞壩潰決形成的爆發(fā)性洪水會對沿岸數(shù)百至上千公里造成災(zāi)難性破壞，及時(shí)準(zhǔn)確的洪水范圍對評估和減緩災(zāi)害至關(guān)重要。近年來，利用遙感影像進(jìn)行洪水范圍快速提取的方法開始發(fā)展，主要有兩類：一類是利用光學(xué)影像中水體與非水體的光譜指數(shù)差異來進(jìn)行水陸分離，另一類是利用合成孔徑雷達(dá)(SAR)遙感數(shù)據(jù)極化分析進(jìn)行洪水范圍提取。目前這兩類方法均需要使用洪水峰值時(shí)的遙感影像。山區(qū)堰塞壩潰決洪水歷時(shí)短，難以獲取洪水峰值時(shí)的遙感數(shù)據(jù)，給洪水淹沒范圍快速提取帶來了新的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種潰決洪水淹沒范圍快速提取方法，在不依賴洪水峰值時(shí)的遙感影像的前提下快速獲取潰決洪水淹沒范圍，有利于洪水災(zāi)害快速評估和應(yīng)急響應(yīng)。

本發(fā)明提供的潰決洪水淹沒范圍快速提取方法，包括以下內(nèi)容:

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理

準(zhǔn)備覆蓋洪水災(zāi)區(qū)的歐洲航天局(ESA)開放的Sentinel系列數(shù)據(jù)，包括Sentinel-1SAR影像和Sentinel-2光學(xué)影像；采用Sentinel應(yīng)用程序平臺SNAP8.0.0對Sentinel-1SAR影像進(jìn)行校準(zhǔn)、去噪、濾波及配準(zhǔn)，得到VV和VH極化后向散射系數(shù)；在Sen2Cor V2.8插件中對Sentinel-2光學(xué)影像進(jìn)行輻射校準(zhǔn)和大氣校正；在ArcGIS10.2軟件中，按10m的空間分辨率對Sentinel-1和Sentinel-2影像進(jìn)行重新采樣，并重新投影到統(tǒng)一的WGS-84UTM坐標(biāo)系中。

(2)工作區(qū)劃分與潰決洪水制圖場景分類

在ArcGIS10.2軟件的水文分析模塊中，利用DEM數(shù)據(jù)提取集水流域，并將集水流域獲取的矢量面轉(zhuǎn)換為多邊形，作為集水單元。計(jì)算每個(gè)集水單元最小高程，將原始DEM與各個(gè)集水單元最小高程做差值，獲取高差，根據(jù)洪水災(zāi)情設(shè)置高差閾值，進(jìn)行高差掩膜提取工作區(qū)。采用云檢測算法將高差掩膜得到的工作區(qū)劃分為無云區(qū)和云層遮擋區(qū)，再依據(jù)影像采集時(shí)間、潰決洪水過境時(shí)間和云層覆蓋情況，將潰決洪水制圖場景分為三種：第一種，無云層遮擋，潰決洪水過境時(shí)間與影像時(shí)間相同，為光學(xué)影像區(qū)行進(jìn)中洪水制圖；第二種：無云層遮擋，影像時(shí)間滯后于潰決洪水，為光學(xué)影像區(qū)已過境洪水制圖；第三種：云層遮擋，光學(xué)影像數(shù)據(jù)缺失，為SAR影像洪水制圖。

(3)基于Sentinel-2光學(xué)影像的無云區(qū)洪水淹沒范圍提取

針對無云區(qū)行進(jìn)中洪水，采用水體指數(shù)(NDWI)和改進(jìn)的水體指數(shù)(MNDWI)進(jìn)行淹沒范圍提取，NDWI閾值為0、MNDWI閾值為0.1，并進(jìn)行人工目視調(diào)整；針對無云區(qū)已過境洪水，通過比較歸一化植被指數(shù)(NDVI)、歸一化水體指數(shù)(NDWI)、改進(jìn)的水體指數(shù)(MNDWI)和自動(dòng)水體指數(shù)(AWEI_nsh)，選出最佳光譜指數(shù)和閾值范圍，再進(jìn)行淹沒范圍提取。

(4)基于Sentinel-1SAR影像的云層遮擋區(qū)洪水淹沒范圍提取

根據(jù)洪水過境前后Sentinel-1SAR影像和DEM數(shù)據(jù)，創(chuàng)建多類型的特征變量集，采用隨機(jī)森林算法進(jìn)行洪水淹沒范圍預(yù)測，具體方法為：