基于Envisat-RA2 PLF地表动态特征的吞吐型湖泊水位监测方法

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41101427
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
23.0万
负责人：
蔡晓斌
依托单位：
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
学科分类：
D0113.遥感科学
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
季维(WeiJi)；冯奇；张琍；邓帆；李辉；姜刘志；
关键词：
水位 Envisat-RA2 动态地表特征测高 PLF

项目摘要

从测高数据波形数据的形成机理出发，以Envisat-RA2波形监测数据所对应的PLF（pulse-limited footprint）地表范围为基本分析单元，结合PLF内的高程特征、遥感影像同步提取的湖泊动态边界特征及测高数据的回波波形特征，建立典型回波数据库。研究目前主要的重跟踪算法对不同类型回波的适应性。通过分析回波特征与典型回波的相似性，以建立专家规则的方式划分为不同的回波类型，并针对性地进行波形重跟踪。综合考虑吞吐性湖泊的水位空间差异性，在对比不同空间插值算法有效性的基础上，高精度模拟PLF处对应的水位数据。比较不同数据编辑规则的水位监测结果，分析数据剔除规则、改正项组合对湖泊水位监测的影响。在长时间测高湖泊水位监测的基础上，探讨卫星测高数据在监测吞吐型湖泊水位中的应用能力。

结项摘要

以遥感影像提取的水体信息为基础，分析了针对吞吐型湖泊测高数据中水体的识别方法及其潜在的误差。结果显示常用的固定边界方法显著高估了测高卫星监测时段的湖泊水体面积，结合波形PLF内的后向散射系数方法，虽然能大致区分水体和非水体地表，但受风速影响显著。风速与后向散射系数两者相关系数大于0.93，两个变量间存在显著的指数关系。因而，结合遥感同步获取的水体信息分析纯水体PLF的回波信号更为可靠。研究发现在典型水体附近的水陆交替界面连续的测高回波结果会出现抛物线特征，且升降轨间存在明显差异。根据湖泊水体的主要回波特征将波形划分为近似海洋波形、镜面反射尖峰波形和其他波形。利用遥感影像确定的纯水体样区中大约80%的波形满足近似海洋波形及镜面反射尖峰波形特征，适合用于内陆水体水位信息反演。其中静水型的水库水体，以镜面反射尖峰波形为主，大湖区受风浪影响，主要以近似海洋波形为主，与此同时水库周边的地形起伏对波形结果也存在干扰作用。通过对比OCOG及阈值重跟踪算法，结果显示阈值方法效果较优。通过鄱阳湖14个样区水位反演结果的对比，显示了PLF对应4种不同水体（大湖区、入江水道区、季节性连通的子湖区、水库）的水位空间差异。入江水道区水位变化幅度最大，变幅达9m以上。大湖区存在8m左右的水位变幅，季节性连通的子湖区其水位变幅仅为4-5m。针对吞吐型湖泊水位空间差异性显著引起的水位-面积关系模型不稳定问题，分析了5拟合曲线，8个站位的模型结果，结果显示考虑鄱阳湖水位波动特征的LOGISTIC曲线，采用湖中心距支流较远的棠荫站点结果最优，常用于鄱阳湖区水文分析的湖口水文站构建的模型存显著的模型误差。除此之外，对长江上游来水变化对吞吐型湖泊水位变化的形成原因及影响机制进行了分析。在本基金项目执行期间，共发表论文9篇，其中SCI论文6篇，中文核心论文3篇。