[发明专利]一种结合卫星遥感图像与河流计数据的河宽提取的方法

说明书

本发明提供一种结合卫星遥感图像与河流计数据的河宽提取的方法，包括获取SAR卫星遥感影像并对卫星遥感影像进行图像预处理；将图像预处理结果裁剪出研究区域，进行水体提取，得到河流水面，从而计算平均河宽；判断得到的粗略河宽所在距离元的回波在河流计中是否存在距离折叠，从而确定下一步河流计数据的研究范围；获取河流计的回波数据并处理得到零多普勒谱，并将一个文件内所有零多普勒谱叠加；在确定的研究范围内，根据河流回波与地面回波的幅度差异确定分界点所在距离元，作为河流计与对岸的距离；测量河流计与靠近河流计一侧河岸的距离，计算得到河流宽度。本发明实现成本低、实时的高效高精度河宽提取。

技术领域

本发明涉及河流宽度提取方法，具体涉及结合卫星遥感图像与河流计数据的河宽提取的方法。

背景技术

随着国家工业发展和水污染加重，地表水资源的监测逐渐成为关注的重点。河流作为地表水资源的重要组成部分，是人类生产、生活用水的重要来源。中小河流的在线监测不仅可以实时掌握可用水资源，还可以预防洪水灾害。河宽是重要的水文特征，很多模型都会将河宽作为流量计算的重要参数。所以准确地河宽提取不仅能够在一定程度上提高流量计算的精度，还能在很多水文应用中起到关键作用。

目前的河流监测方法大多通过水文站监测，水文站点数量有限、人工采集数据效率低、在暴雨洪涝等恶劣环境下监测仪器易损坏，导致部分水文站测量数据的缺失。现有主要的河宽提取方法主要分为建立河流模型和遥感技术两种方法。利用河宽模型计算河宽需要大量的实测地形数据，然而精度较高的地形数据也不易获取。遥感技术分为卫星遥感技术与用于河流探测的微波多普勒雷达(以下简称河流计)技术。卫星遥感技术具有覆盖范围广、测量成本低的优点，但旱季影像得到的河宽与真实的河宽差异大，卫星图像空间分辨率较低。河流计具有全天时、全天候的观测能力，具有一定穿透云、雨、雾的能力，但是不能区分可能存在的多种静止强回波目标。

发明内容

基于目前的情况，有必要提出一种结合卫星遥感图像与河流计数据的河宽提取的方法，用来弥补目前两种遥感技术分别河宽测量出现的问题，实现具有实时性且高精度的河宽提取。

本发明提供的一种结合卫星遥感图像与河流计数据的河宽提取的方法，包括如下步骤：

1)获取SAR卫星遥感影像并对卫星遥感影像进行图像预处理；

2)将步骤1)的图像预处理结果裁剪出研究区域，进行水体提取，得到河流水面，从而计算河流平均宽度，并作为粗略河宽；

3)判断步骤2)得到的粗略河宽所在距离元的回波在河流计中是否存在距离折叠，从而确定下一步河流计数据的研究范围；

4)获取河流计的回波数据并处理得到零多普勒谱，并将一个文件内所有零多普勒谱叠加；

5)在步骤3)确定的研究范围内，根据河流回波与地面回波的幅度差异确定分界点所在距离元，作为河流计与对岸的距离；

6)测量河流计与靠近河流计一侧河岸的距离，结合步骤5)的距离计算得到河流宽度。

进一步的，步骤1)中，卫星遥感影像预处理具体包括去除SAR卫星系统自带热噪声、校正轨道信息中存在的误差、采用辐射定标对SAR进行辐射校正、使用Refined Lee滤波减少图像中的斑点噪声、采用Range-Doppler校正算子完成地形校正和分贝化。

进一步的，步骤2)中，水体提取采用阈值分割法对图像进行分类并将灰度图转成二值图像，二值化时满足如下表达式：

式中，f(x,y)为灰度值，T为分割阈值。

进一步的，步骤2)中计算河流平均宽度公式如下所示；

S_river＝S_pixel×N