[發明專利]一種融合多源數據的區域地下水位監測方法及裝置

在審

• 申請號: 202210114812.3
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114663746A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 陳少輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06K9/62;G06V10/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種融合多源數據的區域地下水位監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：確定研究區域，下載研究區的遙感影像的可見光波段和熱紅外波段及GlobalLand Data Assimilation System(GLDAS)的模型蒸散產品并進行裁剪和投影轉換，搜集研究區的蒸發皿蒸發及地下水位觀測資料；

步驟2：根據遙感影像的可見光波段和熱紅外波段逐像元估算地表蒸散；

步驟3：對遙感蒸散和模型蒸散進行時空融合將遙感蒸散拓展為天尺度的融合蒸散；

步驟4：根據蒸發皿蒸發、地下水位的觀測資料及天尺度的融合蒸散建立地表蒸散和地下水位的聯系模型；

步驟5：將融合蒸散輸入到地表蒸散和地下水位的聯系模型中估算區域地下水位。

2.如權利要求1所述的一種融合多源數據的區域地下水位監測方法，其特征在于，所述步驟2根據遙感影像的可見光波段和熱紅外波段逐像元估算地表蒸散的具體步驟為：

步驟2011：通過遙感影像內置的質量控制標簽，剔除受云污染的像元數據；通過遙感數據的增益與偏移量對遙感數據進行定標；

步驟2012：利用由步驟2011所得到的遙感影像數據近紅外波段的地表反射率NIR和紅光波段的地表反射率R計算歸一化差異植被指數NDVI(無量綱)，NDVI計算公式如下：

步驟2013：根據研究區的土壤水分特征與植被覆蓋特征確定研究區的最大NDVI值NDVI_max和最小NDVI值NDVI_min；

步驟2014：根據步驟2012所得到的NDVI和步驟2013所得到的NDVI_max和NDVI_min計算研究區的植被覆蓋度FVC(無量綱)，FVC計算公式如下：

步驟2015：根據研究區的土壤類型特征與植被覆蓋特征確定研究區的裸土全覆蓋的比輻射率ε_soil(無量綱)和植被全覆蓋的比輻射率ε_veg(無量綱)；

步驟2016：根據步驟2014所得到的FVC和步驟2015所得到的ε_soil和ε_veg計算地表比輻射率EM(無量綱)，計算公式如下：

EM＝FVC*ε_veg+(1-FVC)*ε_soil (3)

步驟2017：根據步驟2016所得到的EM及遙感影像的亮溫數據T_B計算地表真實溫度T_s(K)，計算公式如下：

步驟2018：根據步驟2011得到的遙感影像的藍光波段反射率ρ_B(無量綱)、紅光波段反射率ρ_R(無量綱)、NIR波段反射率ρ_NIR(無量綱)、中波紅外波段反射率ρ_swir(無量綱)、中波紅外波段反射率ρ_swir2(無量綱)計算反照率α(無量綱)，計算公式如下：

α＝(0.356*ρ_B+0.13*ρ_R+0.373*ρ_NIR+0.085*ρ_swir+0.072*ρ_swir2-0.018)/1.016 (5)

步驟2019：根據步驟2016得到的EM(無量綱)、步驟2017得到的T_s(K)、步驟2018得到的α(無量綱)，結合太陽下行短波輻射S_d(W/m²)，斯蒂芬-波爾茲曼常數σ(無量綱)，大氣入射長波輻射計算地表凈輻射通量R_n(W/m²)，計算公式如下：

其中，太陽下行短波輻射S_d的計算公式如下：

S_d＝S₀*cosZ*cosZ/(1.085*cosZ+ea*(2.7+cosZ)*0.001+b) (7)

其中，S₀為大氣頂端太陽輻射常數，為1367W/m²，Z為從影像數據中獲取的太陽天頂角，單位為弧度，ea為大氣實際水汽壓，從氣象觀測得到，單位為hPa，b＝0.2為校正系數；

其中，α為反照率，無量綱，斯蒂芬-波爾茲曼常數σ，為0.000000056697，EM為地表的比輻射率，無量綱，Ts為地表溫度，單位為K，ε_sky為天空比輻射率，可近似地等于1，T_sky為天空溫度，單位為K；

步驟2020：根據步驟2014得到的FVC、步驟2019得到的地表凈輻射通量R_n、完全裸土時地表熱通量G占R_n的比例0.315、完全植被覆蓋時G占R_n的比例0.05，計算地表熱通量G(W/m²)，計算公式如下：

G＝R_n[0.05+0.31*(1-FVC)] (8)

步驟2021：根據步驟2014得到的FVC、步驟2017得到的T_s，構建以FVC 為橫軸、T_s為縱軸的二維散點空間；將FVC劃分為若干等分，統計每個FVC分區內的最大T_s Tmaxv和最小的T_sTminv，以若干個等分的FVC值為自變量，以對應的Tmaxv和Tminv為因變量，得到以下的回歸方程：

Tmaxv＝ar+br*FVC (9)

Tminv＝aw+bw*FVC (10)

式中，ar，br分別為地表溫度和植被覆蓋度二維散點空間干邊的斜率及截距，aw，bw分別為地表溫度和植被覆蓋度二維散點空間濕邊的斜率及截距。

步驟2022：根據步驟2014得到的FVC、步驟2017得到的T_s、步驟2021得到的Tmaxv和Tminv，計算每個像元的波文比β(無量綱)，計算公式如下：

β＝(T_s-Tminv)/(Tmaxv-T_s) (11)

步驟2023：根據步驟2019得到的R_n、步驟2020得到的G、步驟2022得到的β，計算每個像元的地表蒸散ET(W/m²)，計算公式如下：

ET＝(R_n-G)/(1+β) (12)