一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法

摘要

本发明公开了一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，该方法包括流量测验河段确定方法、卫星大数据河道断面重构方法、多卫星信息耦合的实时水位计算方法及流量计算与整编方法。通过本发明可解决测验困难或无人区河流流量连续测量难题，填补了基于河流动力学原理的卫星流量测验方法空白，可极大地提高河流流量测验的范围和密度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星测量河流流量方法，具体为一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，属于水文测验应用技术领域。

背景技术

目前，卫星遥感和测绘技术已大量应用国民经济的各个领域，在水文测验领域也有关于水位、流量监测等方面的应用。现有卫星流量测验，大多采用卫星观测的水位或水面宽，通过与地面现有水文站的水位流量关系或水面宽流量关系推求。因此，无论采用何种卫星进行流量测量均需要现有地面水文站测量信息进行率定或校核。

近年来，卫星的平面或垂直的分辨率进一步提高，安装在卫星上的激光、雷达等高度计，其水位测量精度可达到10cm以内，高精度的全色正射影像平面分辨率可达50cm以内，但两类卫星平面与高程信息往往不能同时获得或分辨率较低。随着资源系列、高分系列等测绘卫星的发射，以及未来地表水或海洋地形卫星（SWOT）等计划的实施，已具备监测地表水海拔和坡度的能力且精度会逐渐提高，但平面、垂直分辨率达数十米，单独使用均达不到河流流量测量的要求。同时，无论何种卫星均只能开展水面以上的平面或高程信息观测，无法获取水面以下的断面或地形数据。

针对大量无现有水文站、缺乏水下断面信息的河流，特别在我国西部众多无人区河流，目前尚无成熟的卫星流量测验方法。充分利用高精度的平面和垂直观测卫星星源，以及卫星三维立体影像的平面与高程差关系，根据水位随季节涨落、卫星重访规律的特点，耦合以上三种卫星的历史和实时观测信息，利用卫星大数据构建水下断面和河流水面比降，应用水动力学方法推算流量及过程是行之有效的手段。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，包括以下步骤：

S1、流量测验河段确定方法：在拟开展流量测验的河流，选择各种类型卫星重访位置接近的河段，确定高精度测高卫星水道回波点所处河道横断面为流量测验断面，若无高精度测高卫星则采用三维测绘卫星选择河岸较平缓的横断面为流量测验断面；

利用最新的高精度正射遥感影像信息在流量测验断面上下游一定距离选择河岸 较平缓的横断面作为比降断面，量取上下比降断面间距

S2、卫星大数据河道断面重构方法：采用流量测验断面测高卫星或三维测绘卫星、以及正射遥感影像卫星的历史信息，通过星源重访时间、观测要素联合耦合，建立流量测验断面、比降断面的水位～水面宽关系曲线；

S3、多星源信息耦合的实时水位计算方法：递次获取通过河段的正射遥感影像卫 星实时数据，量取上下比降断面水面宽数据

S4、流量计算与整编方法：根据比降断面的实时水位

优选的，缺乏资料系指在拟开展流量测验的河流，缺乏水文测验资料和河道地形资料。

优选的，所述多星源包括但不限于安装激光或雷达高度计的测高卫星、遥感正射影像卫星、具有综合三维成像的资源或测绘卫星。

优选的，在所述卫星大数据河道断面重构方法中，所述星源重访时间、观测要素联合耦合的实施步骤为：

S21、建立流量测验断面测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位

S22、求解测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位时间点的断面水面宽、正射遥感 影像观测断面宽时间点的水位，或在

S23、依据求解或插值的所有水位或水面宽数值，建立流量测验断面水位与断面宽 函数

S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位

优选的，在所述多星源信息耦合的实时水位计算方法中，所述河段的糙率系数可参照水力学教科书中的天然河道糙率表取值。

优选的，在所述多星源信息耦合的实时水位计算方法中，所述校正基准系指将测 高卫星水位

优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述河段比降

优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述水位～水面宽关系曲线计算过流面积实施步骤为：

S41、对

S42、按

优选的，在所述流量计算与整编方法中，所述比降面积法计算测验断面的流量实施步骤为：

S411、由流量测验断面实时水位

S422、选择低于实时水位

S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位

优选的，所述实时水位订正包括但不限于水位过程线连续修正、上下断面水位相关修正、上下断面水位过程线对照订正。

本发明的有益效果是：通过提出基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，解决了测验困难或无人区河流流量连续测量难题，填补了基于河流动力学原理的卫星流量测验方法空白，可极大地提高河流流量测验的范围和密度。

附图说明

图1为本发明基于卫星大数据的河流流量连续测量方法步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于卫星大数据的河流流量连续测量方法，其采用的技术方案包括流量测验河段确定方法、卫星大数据河道断面重构方法、多星源信息耦合的实时水位计算方法及流量计算与整编方法。

S1、流量测验河段确定方法

在拟开展流量测验的河流，选择各种类型卫星重访位置接近的河段，确定高精度 测高卫星水道回波点所处河道横断面为流量测验断面，若无高精度测高卫星则采用三维测 绘卫星选择河岸较平缓的横断面为流量测验断面。利用最新的高精度正射遥感影像信息在 流量测验断面上下游一定距离选择河岸较平缓的横断面作为比降断面，量取上下比降断面 间距

S2、卫星大数据河道断面重构方法

采用流量测验断面测高卫星或三维测绘卫星、以及正射遥感影像卫星的历史信息，通过星源重访时间、观测要素联合耦合，建立流量测验断面、比降断面的水位～水面宽关系曲线。

星源重访时间、观测要素联合耦合的实施步骤为：

S21、建立流量测验断面测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位

S22、求解测高卫星或三维成像测绘卫星观测水位时间点的断面水面宽、正射遥感 影像观测断面宽时间点的水位，或在

S23、依据求解或插值的所有水位或水面宽数值，建立流量测验断面水位与断面宽 函数

S24、比降断面采用三维成像测绘卫星观测水位

S3、多星源信息耦合的实时水位计算方法

递次获取通过河段的正射遥感影像卫星实时数据，量取上下比降断面水面宽数据

将测高卫星水位

根据实时正射遥感影像，参照水力学教科书中的天然河道糙率表取值糙率系数。

S4、流量计算与整编方法

根据比降断面的实时水位

采用流量测验断面的水位～水面宽关系曲线计算过流面积

过流面积计算步骤为：

S41、对

S42、按

比降面积法计算测验断面的流量实施步骤为：

S411、由流量测验断面实时水位

S422、选择低于实时水位

S433、按水力学曼宁公式计算流量测验断面实时水位

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。