[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

本發明涉及一種融合多源數據的區域地下水位監測方法及裝置，步驟包括：1)確定研究區域，下載研究區遙感影像及Global Land Data Assimilation System的模型蒸散產品，搜集研究區蒸發皿蒸發及地下水位觀測資料；2)根據遙感影像的可見光波段和熱紅外波段對地表蒸散進行估算；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；4)根據蒸發皿蒸發、地下水位的觀測資料及相應位置的天尺度的融合蒸散建立地表蒸散和地下水位的聯系模型；5)將步驟3天尺度的融合蒸散輸入到步驟4得到的地表蒸散和地下水位的聯系模型中對區域地下水位進行估算。本發明通過遙感蒸散強化了地下水位監測的物理基礎，使無資料地區和資料缺乏地區的地下水位估算成為可能。

技術領域

本發明涉及區域地下水位監測方法，尤其涉及一種融合多源數據的區域地下水位監測方法及裝置。

背景技術

作為水資源重要組成部分的地下水，是區域農業灌溉、工業耗水和生活需水的主要來源，是供給植被-土壤-大氣系統的主要水源，是質量循環和能量循環的重要載體，直接影響著區域的氣候特征和植被生長及類型分布，對其進行監測是區域可持續發展的關鍵保障。

傳統地下水位野外人工監測費時費力，而且觀測點位稀疏、空間代表性差，無法實現地下水位大面積動態監測和評價。遙感技術作為宏觀、綜合、動態、快速監測和評價自然資源的有效手段，在大范圍區域地下水埋深的估算研究中已成為發展趨勢。遙感地下水位監測主要是借助與地下水位有密切關系的土壤濕度、地表溫度、植被指數等指標進行研究。

基于土壤濕度的地下水位估算的原理是補給表層土壤水分的毛細管水的量隨地下水位的變化而變化，因而一定深度土壤濕度的變化反映了地下水位的高低。遙感估算土壤濕度的物理基礎是土壤濕度的變化會影響地表及植被的光譜特性，通過對遙感參量與土壤濕度觀測進行線性/非線性擬合建立土壤濕度的遙感反演模型，進而借助地下水位實測資料建立與土壤濕度及其他輔助數據的實驗方程，然后利用遙感反演的土壤濕度估算地下水位分布。對于干旱區而言，近地表層土壤濕度很低，強烈的蒸發使得土壤濕度的變化很小，所以基于土壤濕度的地下水位估算不適用于干旱區。

基于地表溫度的地下水位估算的原理是地下水的富集程度和水位高低因水與土比熱的差異直接影響著地表溫度，利用遙感技術反演的地表溫度及其衍生指數間接估算地下水位，衍生指數主要包括溫度植被干旱指數、作物缺水指數、植被供水指數、水分虧缺指數、表觀熱慣量等。地表溫度及其衍生指數與地下水位的聯系易受大氣-地表能量循環和地表物理過程中諸多氣象要素的影響，從而降低了地下水位的估算精度。

基于植被指數的地下水位估算的原理是植物在各個階段都需適宜它生長的地下生態水位以維持其自然生長，過低的地下水位會導致植物需水不足而萎蔫，水位過高導致的土壤鹽堿化會影響植物的生長。因此，植被的生長狀態是地下水位的指示器，借助遙感技術計算的植被指數能間接反映地下水位，如已建立的歸一化植被指數、增強型植被指數、比值植被指數、土壤調整植被指數等，聯合地下水位觀測經數學建模來監測區域地下水位。較適用于高植被覆蓋區域，對于植被覆蓋稀疏的干旱區則不適用。

為克服當前遙感估算區域地下水位方法普適性差、物理基礎薄弱等問題，利用遙感地表蒸散反演結果結合蒸發皿蒸發、地下水位觀測發明了一種區域地下水位監測方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種融合多源數據的區域地下水位監測方法及裝置。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種融合多源數據的區域地下水位監測方法，包括如下步驟：

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Global Land 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；