基于光学影像的洪泛湿地水深反演与流量测算模型研究

摘要

本文主要目的是研究基于光学影像的洪泛湿地水深反演和流量测算的方法与技术,以建立一套洪泛湿地水深反演和流量测算的遥测模型体系。该模型体系的研究包含三个部分:(1)基于光学影像的洪泛湿地水深反演的模型;(2)利用水深反演结果测算洪泛湿地流量的模型;(3)根据以往水深图及实测水文资料验证该模型的可靠性。
　　螺蛳滩水域属于漓江流域,呈典型的山区河流特性,是很具有代表性的洪泛湿地。该水域属于浅水域,利用回声探测水深较为困难,尤其是在枯水季节。该水域的现有水深数据都是小于20米的水深数据,而且大部分水深都小于5米。本文提出了一种利用法国SPOT卫星的光学影像或者近红外遥感的方法以获取浅水域的水深数据。该方法是采用光学能量反射原理从而获取水深的,它利用多时段影像获取水深点比传统方法更为有效。在本文的研究中,利用两幅遥感影像进行比对,以获取水域环境的参数的分布。为了做到精确比对,本文使用了相对大气校正法来改善两幅影像的比对标准,使它们拥有相似的大气条件。然后,本文比较了从两幅影像中捕获的不同的当地水域可见光的折射系数。最后,在此研究的基础上,本文提出了一种用来确定浅水域的衰减系数和水底的反射系数的方法。该方法确定的这两个参数效果较为理想。
　　在流量测算研究中,假设漓江流场是紊流流况,垂向流速分布呈对数律和幂次律。如果把研究流域横断面视为由若干矩形分区组成,则可以根据该分区反演的水深和测得粗糙度计算出该区的表面流速及平均流速,从而可以测算测断面流量。粗糙度主要受床底粒径、河床形状及床底传播能量的性能的影响。除了碎石河床可依据床底粒径测量粗糙度,一般情况下,很难直接测量。本文建议采用以往水文资料计算横断面上的粗糙度分布,从而推估表面流速,进而测算流量。
　　根据本文所提出的模型与方法在螺蛳滩水域进行了实验。研究结果表明,通过本文的模型可以获得螺蛳滩浅水域的高分辨率的水深图以及较准确的流量值。此外,研究结果也表明了该水域的最大水深为14米,两次流量测算结果的误差分别为9.03％和10.52%。该研究提出了一种利用光学影像有效的关于浅水域的水深反演和流量测算模型。同时,通过该模型揭示了细部相关环境特征有助于在地理环境和港口的海岸工程的进一步研究和发展。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的内容与框架

第2章 基本理论与模型

2.1 SPOT多光谱影像数据

2.2 水深反演理论

2.3 流量测算理论

2.4 小结

第3章 基于光学影像的水深反演模型

3.1水边线确定方法

3.2大气校正模型

3.3 参数估计

3.4 水深反演模型

3.5 小结

第4章 洪泛湿地流速分布与流量测算模型

4.1 流体动力学控制方程

4.2 流体动力学二维近似方程

4.3 表面流速与水深的关系

4.4 表面流速与平均流速的关系

4.5 流量测算模型的建立

4.6 小结

第5章 漓江流域水深反演与流量测算研究

5.1 测区概况

5.2 数据预处理

5.3实验分析

5.4 小结

第6章 结论与建议

6.1 本文主要工作

6.2 研究创新点

6.3 本文主要结论与建议

参考文献

附录

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢