[发明专利]一种河流全水域水面宽度测算方法及系统

说明书

本发明公开了一种河流全水域水面宽度测算方法及系统。该方法包括：获取河道遥感图像；将过河道遥感图像中河道内目标点的多条直线构成集合确定为目标直线集合；基于预设最大探测河宽阈值和河道内目标点，确定目标直线集合中各直线的直线像素点坐标集合；基于直线像素点坐标集合，计算目标直线集合中各直线的左交点的像素坐标和右交点的像素坐标；计算各直线对应的任意一个左交点的像素坐标与任意一个右交点的像素坐标之间的像素点距离，并将最小的像素点距离确定为对应直线的两岸直线距离；将所有的两岸直线距离中的最小者确定为过所述河道内目标点的河宽。本发明实现了大范围、动态河宽的高效高精度测算。

技术领域

本发明涉及遥感图像分析与摄影测量领域，特别是涉及一种河流全水域水面宽度测算方法及系统。

背景技术

地表河流水面宽度(河宽)是重要的水文学参数之一，与地表径流量有着密切的联系。基于遥感数据进行大范围、长时间序列的河宽测算有助于研究和掌握地表径流量的变化规律，对于无资料或少资料地区的径流监测、洪水等灾害监测具有重要意义。

地表河流宽度的测算一直是遥感水文研究的热点。常用的地表河流宽度的定义是过河道中心线做垂线，该垂线与两岸交点之间的距离即为当前位置的河流宽度。基于该定义，目前存在以下几种测算方法：RivWidth工具基于拉普拉斯卷积算法提取河道中心线并计算河道宽度，采用该方法目前构建了全球主要河流宽度数据集Global River Widthsfrom Landsat(GRWL)；基于Google Earth Engine(GEE)平台开发的RivWidthCloud工具，该工具改善了RivWidth提取河道中心线不连续的问题，但与RivWidth一样在河道交汇处的河宽计算方法失效，暂不适用于Landsat以外的遥感数据；基于水体图像奇异性分析方法开发的RivaMap软件，并给出了基于奇异性指数(singularity index)的河道宽度计算方法，同样存在河道交汇处的河宽计算失效；利用SRTM高程数据采用中心线到河岸最短距离的方法提取全球大型河流的宽度，但该方法需要去除河道中的沙洲、岛屿等影响，因此对于辫状河等部分河流的宽度测算不准确。

现有的河宽测算方法存在如下问题：(1)现有方法测算河宽时依赖河道中心线的准确提取，而河道中心线提取的误差将传递到河宽测算结果，因此增加了河宽测算的不确定性。例如，现有的河宽测算方法对于河道中心线不可导、多河道中心线交汇等情况无法给出完整、一致的定义，导致河宽测算结果在河道转向或交汇处的测量值不连续；(2)利用多时相遥感数据提取河宽时，若河道中心线随水面不规则扩张或收缩而发生偏移，用现有方法计算的河宽对应的中心线位置将相应发生变化，无法给出除河道中心线以外水面位置的河宽测算结果，且无法保证不同时期测算的河宽值具有一致性和可比性，因此无法满足大范围、动态河宽测算的需要，导致有效的河宽数据集仍然缺乏。

综上所述，传统方法中河宽的测算不是一个独立的问题，而是依赖于河道中心线的准确提取，为简化计算，现有方法忽略河道交叉或沙洲、岛屿的存在而提取河宽，由此造成河宽的测算无法精确。此外，河道宽度往往随径流量变化而改变，随之可能导致河道中心线变化而使得河宽测量的起算目标点不能保持一致，因此，目前缺乏一种河流全水域(即河道内任意点的)水面宽度测算方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种河流全水域水面宽度测算方法及系统，以弥补传统方法对全水域水面宽度测算方法的缺失，实现大范围、动态河宽的高效高精度测算。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种河流全水域水面宽度测算方法，包括：

获取河道遥感图像；

确定所述河道遥感图像中的河道内部图像和河道外部图像；