本發(fā)明涉及未提及的用光學(xué)裝置勘探或探測(cè)，特別是涉及一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、水文連通性是指泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽和生物體等各種物質(zhì)以水為載體，在空間異質(zhì)景觀或斑塊間進(jìn)行遷移、傳輸或擴(kuò)散的便利程度，其根本是作為載體的水的連通。水文連通性是表征濕地格局和功能穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，連通性的降低通常意味著濕地生態(tài)功能的退化，內(nèi)部能量流動(dòng)和養(yǎng)分循環(huán)的擾亂。

2、由于水淺且與底泥間物質(zhì)交換強(qiáng)烈，淺水湖泊（水深小于6米，且不存在溫躍層）是容易出現(xiàn)水文連通性問(wèn)題的天然水體。且淺水湖泊從形態(tài)上也有一定的特殊性，其往往是由多個(gè)較小的湖區(qū)通過(guò)水道連通起來(lái)的。一場(chǎng)輕度的干旱，就足以讓淺水湖泊的水位發(fā)生重大變化，使其中一部分湖區(qū)與其他部分的連通減弱甚至完全中斷。甚至連野生動(dòng)物（典型案例為水獺）的活動(dòng)都足以影響淺水湖泊水文連通性。出現(xiàn)水文連通性問(wèn)題的湖區(qū)變?yōu)樗浪畢^(qū)，水質(zhì)快速惡化，其中生物大量死亡，甚至?xí)诓痪煤笸耆珊?，從而帶?lái)生態(tài)問(wèn)題。

3、但水文連通性狀況難以通過(guò)遙感手段來(lái)獲取。水體輪廓、水深、流量與流速等影響水文連通性的因素中，只有水體輪廓能夠直接體現(xiàn)在遙感數(shù)據(jù)及圖像中，其他因素只能通過(guò)間接的手段反演推算，且準(zhǔn)確度不佳，容易出現(xiàn)誤判。因此現(xiàn)有技術(shù)中水文連通性結(jié)果通常是以連通性指數(shù)這樣一種較為模糊、包含概率的參數(shù)來(lái)表示，不能確切判斷一片湖區(qū)的水文連通性，不利于為環(huán)境工作者提供工作指引。而現(xiàn)場(chǎng)勘探的話，工作量過(guò)大。

4、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于底泥的吸光性明顯強(qiáng)于湖水，且湖水的比熱容較高。因此對(duì)于流動(dòng)緩慢的淺水道，其升溫和降溫的速率都相對(duì)較高，且在每天水溫最高的時(shí)刻，其水溫高于周邊區(qū)域。且如果水道逐漸萎縮，升溫/降溫速率會(huì)變得更高。也就是說(shuō)容易造成水文連通性變化的水道，其在溫度上有著獨(dú)特的特征，且其變化狀況也會(huì)體現(xiàn)在溫度變化上。而水溫的數(shù)據(jù)是很容易通過(guò)熱紅外遙感的手段來(lái)直接連續(xù)獲取的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法。

2、解決的技術(shù)問(wèn)題是：水文連通性狀況難以通過(guò)遙感手段來(lái)獲取，不利于為環(huán)境工作者提供工作指引。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

4、步驟一：獲取淺水湖泊當(dāng)前的高光譜影像，以及淺水湖泊過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)的熱紅外遙感影像，所述熱紅外遙感影像采集自晴天，并以每天的熱紅外遙感影像為一個(gè)取樣單元，各取樣單元按時(shí)間先后順序排序；

5、步驟二：從高光譜影像提取淺水湖泊輪廓；

6、步驟三：從取樣單元中位于淺水湖泊輪廓范圍內(nèi)的區(qū)域提取水溫信息，并找出各取樣單元中淺水湖泊全天溫度最高及最低的時(shí)間點(diǎn)；

7、步驟四：尋找淺水湖泊中的淺水緩流節(jié)點(diǎn)以及易斷流區(qū)，所述淺水緩流節(jié)點(diǎn)為滿足以下條件的淺水湖泊區(qū)域：

8、條件4.1：在同一天中淺水湖泊溫度最高的時(shí)間點(diǎn)，溫度高于周邊；

9、條件4.2：在同一天中淺水湖泊溫度最低的時(shí)間點(diǎn)，溫度等于或低于周邊；

10、條件4.3：在同一天中，升溫速率高于周邊，降溫速率等于或低于周邊；

11、所述易斷流區(qū)為完全被淺水緩流節(jié)點(diǎn)包圍的淺水湖泊區(qū)域，或完全被淺水緩流節(jié)點(diǎn)和陸地包圍的淺水湖泊區(qū)域；

12、步驟五：比較易斷流區(qū)周邊的每個(gè)淺水緩流節(jié)點(diǎn)在各取樣單元的同一時(shí)刻的升溫速率，將升溫速率逐漸增大的淺水緩流節(jié)點(diǎn)記作即將斷流節(jié)點(diǎn)，若一個(gè)易斷流區(qū)周邊的淺水緩流節(jié)點(diǎn)均為即將斷流節(jié)點(diǎn)，則將該易斷流區(qū)記作即將斷流區(qū)。

13、進(jìn)一步，步驟二中，采用smdpso方法從高光譜影像提取淺水湖泊輪廓。

14、進(jìn)一步，步驟一中需要獲取至少7個(gè)取樣單元，且最早的取樣單元與最晚的取樣單元的時(shí)間間隔不超過(guò)20天。

15、進(jìn)一步，若各取樣單元在時(shí)間上連續(xù)，則各取樣單元中，每個(gè)取樣單元均需包含0點(diǎn)到24點(diǎn)的全過(guò)程的熱紅外遙感影像，且均采用衛(wèi)星取樣；

16、若各取樣單元在時(shí)間上連續(xù)，則各取樣單元中，一個(gè)取樣單元包含0點(diǎn)到24點(diǎn)的全過(guò)程的熱紅外遙感影像，并采用衛(wèi)星取樣；其余取樣單元包含正午前后各一小時(shí)的熱紅外遙感影像，并采用無(wú)人機(jī)取樣。

17、進(jìn)一步，步驟四中，先基于條件4.1進(jìn)行初步判斷，然后排除不滿足條件4.2的區(qū)域，最后排除不滿足條件4.3的區(qū)域。

18、進(jìn)一步，步驟一中，共取n個(gè)取樣單元；

19、步驟五中，對(duì)易斷流區(qū)周邊的每個(gè)淺水緩流節(jié)點(diǎn)繪制每個(gè)取樣單元的溫度變化散點(diǎn)圖，基于溫度變化散點(diǎn)圖擬合出以時(shí)間為自變量、以溫度為因變量的多項(xiàng)式函數(shù)，對(duì)多項(xiàng)式函數(shù)求導(dǎo)獲得導(dǎo)函數(shù)，第m個(gè)淺水緩流節(jié)點(diǎn)的第n個(gè)取樣單元的導(dǎo)函數(shù)記作，且在每天的a時(shí)刻到b時(shí)刻時(shí)間段內(nèi)，，若，則第m個(gè)淺水緩流節(jié)點(diǎn)為即將斷流節(jié)點(diǎn)；

20、式中，t為溫度，t為時(shí)間。

21、進(jìn)一步，所述預(yù)測(cè)方法還包括步驟六：對(duì)即將斷流區(qū)與已斷流區(qū)進(jìn)行人工干預(yù)，挖深易斷流區(qū)周邊至少一處即將斷流節(jié)點(diǎn)，并人工開(kāi)挖使已斷流區(qū)與淺水湖泊的主體連通；

22、所述已斷流區(qū)為被陸地完全包圍的淺水湖泊區(qū)域。

23、進(jìn)一步，所述高光譜影像包含熱紅外波段的影像，并以高光譜影像的熱紅外波段的影像作為一個(gè)取樣單元。

24、本發(fā)明一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

25、本發(fā)明中，不再反演獲取那些難以通過(guò)遙感手段直接獲取的水體參數(shù)來(lái)判斷水文連通性，而是基于水文連通性變化在水溫及水溫變化上造成的二次效應(yīng)來(lái)判斷淺水湖泊的水文連通性。先從高光譜影像提取淺水湖泊輪廓，避免陸地的熱紅外遙感圖像參與識(shí)別；然后采集一段時(shí)間內(nèi)的熱紅外遙感圖像，在輪廓內(nèi)尋找升溫降溫速率以及最高溫均高于周邊的區(qū)域，這種區(qū)域?qū)?yīng)著水淺且流速緩慢的區(qū)域，屬于容易造成淺水湖泊水文連通性變化的結(jié)點(diǎn)。再監(jiān)測(cè)這些節(jié)點(diǎn)每天的升溫速率在多天內(nèi)的變化狀況，如果同一時(shí)間段內(nèi)升溫速率越來(lái)越高，則表明該節(jié)點(diǎn)的水越來(lái)越淺和/或流量越來(lái)越小，即將斷開(kāi)，從而找出即將發(fā)生水文連通性問(wèn)題的湖區(qū)，給環(huán)境工作者采用人工干涉手段提供直接而確切的指引。

技術(shù)特征：

1.一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟二中，采用smdpso方法從高光譜影像提取淺水湖泊輪廓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟一中需要獲取至少7個(gè)取樣單元，且最早的取樣單元與最晚的取樣單元的時(shí)間間隔不超過(guò)20天。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：若各取樣單元在時(shí)間上連續(xù)，則各取樣單元中，每個(gè)取樣單元均需包含0點(diǎn)到24點(diǎn)的全過(guò)程的熱紅外遙感影像，且均采用衛(wèi)星取樣；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟四中，先基于條件4.1進(jìn)行初步判斷，然后排除不滿足條件4.2的區(qū)域，最后排除不滿足條件4.3的區(qū)域。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟一中，共取n個(gè)取樣單元；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述預(yù)測(cè)方法還包括步驟六：對(duì)即將斷流區(qū)與已斷流區(qū)進(jìn)行人工干預(yù)，挖深易斷流區(qū)周邊至少一處即將斷流節(jié)點(diǎn)，并人工開(kāi)挖使已斷流區(qū)與淺水湖泊的主體連通；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述高光譜影像包含熱紅外波段的影像，并以高光譜影像的熱紅外波段的影像作為一個(gè)取樣單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及未提及的用光學(xué)裝置勘探或探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于熱紅外遙感的淺水湖泊水文連通性變化預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明中，不再反演獲取那些難以通過(guò)遙感手段直接獲取的水體參數(shù)，而是基于水文連通性變化在水溫及水溫變化上造成的二次效應(yīng)來(lái)判斷。先從高光譜影像提取淺水湖泊輪廓，避免陸地的熱紅外遙感圖像參與識(shí)別；然后采集一段時(shí)間內(nèi)的熱紅外遙感圖像，在輪廓內(nèi)監(jiān)測(cè)升溫降溫速率以及最高溫均高于周邊的區(qū)域，找出水淺且流速緩慢、容易造成水文連通性變化的結(jié)點(diǎn)。再監(jiān)測(cè)這些節(jié)點(diǎn)升溫速率變化狀況，找出即將斷開(kāi)的節(jié)點(diǎn)，從而找出即將發(fā)生水文連通性問(wèn)題的湖區(qū)，給環(huán)境工作者采用人工干涉手段提供直接而確切的指引。

技術(shù)研發(fā)人員：余藤艷,馬嵐,武志偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17