[发明专利]一种基于低空遥感的静水平均水深估算方法

说明书

本发明公开一种基于低空遥感的静水平均水深估算的方法：步骤一：遥感波纹采集，控制无人机悬停于目标水域上方4～8m处，调整云台，使无人机搭载的镜头垂直向下正对水面；调整镜头参数，对焦至视野水面中心后开始录制视频；直到水面恢复平静没有波纹后停止录制；步骤二：水纹信息再提取：将波纹视频信息进行逐帧的分析，重现波纹由产生到消散的各个阶段；步骤三：水深估算：将水力学中微波在水中传播的能量方程与连续方程联合计算，将简化出平均水深与波纹传播速度之间的关系，通过测量波纹传播速度进而估算水深。本发明简化了测量步骤；使用新的数据源进行水深估算是一种方法层面的创新；对工作环境及地点要求较低，大大降低测量水深的难度。

技术领域

本发明涉及水波传动、遥感信息反演技术领域，具体的说是一种基于低空遥感的静水平均水深估算方法。

背景技术

当今世界范围内，存在着大量的无资料或稀缺资料地区，如何获取这些地区的水文信息一直是困扰国内外水文学家的难题之一。而水深是水文信息监测的重要基础数据，在断面径流计算、水资源管理及水灾害监测上具有重要的地位。目前通过遥感技术对水深进行估算的研究较为粗糙，且应用领域多处在卫星数据对大型河流的水深估测，而中小型河流水深的非接触式遥感探测技术发展还有待研究，在相关的文献或研究中鲜有提及。

对于水深的探测技术概括可分为直接测量和间接测量两种。前者是一种接触式的测量方法，主要通过探杆直接测量水深。该方法具有简单、快速、准确的特点，但对于一些不易到达的地区，如高山峡谷河流、宽广水域等，该方法的应用受到限制，难以获取必要的数据。间接测量是一种非接触式的测量方法，例如使用声波传播、激光传播、区域重力变化、水纹传播等信息反演水深数据。由于该方法可获得的信息具有多样性的特征，测量手段具有非接触性、适应范围广的特征，是技术的主要进步方向。特别是水体中天然存在或易于人工制造的波纹，通过对波纹传播信息的记录与解读估算水深相比其他简介测量方法更加方便实用。

由于自然状态下的波纹传播快、存在时间短，一直以来难以详细的记录波纹产生、传播、消失的细节过程信息。基于小型低空无人机的遥感技术，亦称之为低空遥感技术，拥有数据记录高效、信息密度大的特点，在各行各业都得到了普遍的应用。而小型无人机由于携带方便、易于操作、悬空稳定等特征，更是将低空遥感具有的优势发挥的更加出色。通过深度挖掘低空遥感技术获取的波纹信息估算水深的研究，将遥感技术的应用拓展到一个新的领域，这种非接触式的技术在快捷、高效的获取水深数据，弥补缺少资料地区水文信息的不足等方面具有良好的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种基于低空遥感的静水平均水深估算方法。在低空遥感技术的支持下，通过分析水中波纹的产生、传播、消散信息进行水深较为准确的估测。

本发明可通过下述技术方案实现：

本发明是一种基于低空遥感的静水平均水深估算的方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：遥感波纹采集

水波纹的采集是基于小型无人机的低空遥感技术。具体如下：控制无人机悬停于目标水域上方4～8m处，调整云台，使无人机搭载的镜头垂直向下正对水面；调整镜头参数，对焦至视野水面中心后开始录制视频；将准备的硬质规则物体垂直抛掷水中激起波纹，直到水面恢复平静没有波纹后停止录制。

其中，所述的水波纹可以为水体中天然波纹，更优的是通过投掷规则物体激起的水面波纹。

步骤二：水纹信息再提取：将步骤一通过低空遥感技术获取的波纹视频信息进行逐帧分析，重现波纹由产生到消散的各个阶段。具体过程如下：

波纹信息的再提取是将拍摄的视频逐帧播放，记录不同时间波纹的传播距离与形状变化，进而计算不同时间阶段波纹的传播速度，建立波纹传播速度、形状变化的模型，为水深估测提供基础数据。该模型为本发明在公开软件对视频分析技术的基础上进行的特别设计，模型机理如图1所示。

步骤三：水深估算