[发明专利]基于悬浮物示踪的江水倒灌入湖遥感监测方法

说明书

本发明涉及基于悬浮物示踪的江水倒灌入湖遥感监测方法，通过卫星遥感影像实时监控湖泊水体，获取水体遥感反射率；构建基于悬浮物指数法的水体悬浮物浓度卫星遥感反演模型，应用模型得到湖区水体悬浮物浓度的时空分布图；利用悬浮物突变分界线的移动判断湖泊水体是否发生倒灌。本发明方法以悬浮物为示踪，利用卫星遥感反演湖泊水体悬浮物浓度监测江水倒灌入湖的现象，解决了目前完全依赖于水文站监测的唯一途径和水文站监测存在的局限性问题，同时解决了无水文资料条件下获得江水倒灌特征信息。此方法可以快速全面地获取江水倒灌的开始时间、时段长度、结束时间和影响范围等参数，从而节约大量监测成本，为生态环境预报与研究提供重要的技术手段。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，具体涉及基于悬浮物示踪的江水倒灌入湖的遥感监测方法。

背景技术

随着人类活动和自然条件的变化，湖泊正历经剧烈变化，面积萎缩、水质恶化、生态环境遭受严重破坏、功能和效益不断下降，这些已成为制约社会可持续发展的瓶颈。掌握江湖关系是流域生态环境良性发展的重要环节，通常情况江河来水注入湖泊，湖泊水体再流入下游江河。在湖泊水位高于江河水位时湖泊水体自流到江河，当湖泊水位低于江河水位时，江河的水将返流到湖泊，这时称为“江水倒灌”现象。这种现象典型地发生在我国第一大淡水湖泊——鄱阳湖，监测该现象对于湖泊水环境演变、物质交换有着重要影响，为鄱阳湖综合治理提供科学依据。创新挖掘时序遥感大数据应用于湖泊生态监测，为河湖长制背景条件下保护生态环境起着重要作用。因此科学获得江水倒灌入湖的发生、过程及影响很有必要。

“江水倒灌”现象的监测方法一般通过在河湖交界处设置水文站，监测水体断面的流量、流向，从而分析湖泊出湖和入湖情况，判断江水是否倒灌，但水文站建站前的历史倒灌情况无法获得。而且目前并不是所有河湖交界处均设置水文站，更多的区域无水文站或没有条件监测，倒灌现象难以确定。水文站的监测仅对流量和流向进行监测，对于倒灌入湖水体的影响情况无法获取。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于悬浮物示踪的江水倒灌入湖遥感监测方法，该方法利用遥感获取悬浮物浓度时空分布，可快速全面地监测江水倒灌入湖过程和特征。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于悬浮物示踪的江水倒灌入湖遥感监测方法，包括如下步骤：

从卫星遥感影像中提取待监测湖区水体影像，获取卫星遥感反射率数据；

基于遥感反射率数据构建湖泊水体悬浮物浓度遥感反演模型，反演获得每景遥感影像的湖区水体悬浮物浓度时空分布；

基于流向湖泊水体悬浮物浓度变化构建水体悬浮物浓度突变分界线；所述水体悬浮物浓度突变分界线定义为：以前一个时刻水体悬浮物浓度的空间分布为本底，后一个时刻减去前一个时刻水体悬浮物浓度的空间分布，发生水体悬浮物浓度梯度变化较大时，该变化缓冲区域的浓度差值的低值线即为突变分界线；

基于水体悬浮物浓度突变分界线移向判断此时江水是否发生倒灌。

进一步的，所述卫星遥感影像可以是MODIS、GOCI、MERIS、Landsat、SentinelVIIRS、SPOT、环境卫星、高分卫星等可用于监测水环境指标的卫星数据；对水体影像进行几何校正、辐射校正和大气校正处理，获取卫星遥感反射率数据。可以同时使用多个卫星数据组合，达到高频观测时间间隔的目的。

作为本发明的进一步改进，所述待监测湖区水体影像的提取方式为：计算遥感影像NDWI指数，通过阈值分割提取水体影像。

作为本发明的进一步改进，所述湖泊水体悬浮物浓度遥感反演模型构建方式为：

(1)对不同波段的遥感反射率与悬浮物浓度进行相关性分析，确定悬浮物的敏感波段。