一種基于遙感分類獲取流域下墊面信息的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙感圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于遙感分類獲取流域下墊面信息 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地形是最為重要的地表屬性之一，是影響水文運(yùn)動(dòng)過程的決定性因素。目前，人們 常使用DEM來描述地形并進(jìn)水文模擬運(yùn)算。在以往的水文模型研宄中，研宄者已經(jīng)就如何 利用DEM進(jìn)行了大量的研宄工作，其中最主要的研宄是以DEM為基礎(chǔ)進(jìn)行匯流網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水文模擬。
[0003] 傳統(tǒng)算法主要是以DEM為唯一的數(shù)據(jù)源構(gòu)造匯流網(wǎng)絡(luò)，由于DEM數(shù)據(jù)本身水平分 辨率和垂向分辨率精度限制，以及DEM數(shù)據(jù)生成過程中出現(xiàn)的不可避免的誤差，導(dǎo)致DEM中 會(huì)出現(xiàn)大量的偽洼地，并且難以分辨出平原區(qū)的輕微起伏。因此往往會(huì)出現(xiàn)"平行河道"等 不合理的結(jié)果。盡管研宄者提出了許多方法對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，但由于數(shù)據(jù)源沒有增 加，提取結(jié)果仍難以盡如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）要解決的技術(shù)問題
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于遙感分類獲取流域下墊面信息的方 法，根據(jù)水庫洪水預(yù)報(bào)模型對匯流計(jì)算的要求，對傳統(tǒng)的以DEM為唯一數(shù)據(jù)的匯流網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 建方法進(jìn)行了改進(jìn)，綜合利用提取的地表覆蓋信息和DEM進(jìn)行匯流網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，有效地解 決了傳統(tǒng)算法中的"平行河道"問題。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] -種基于遙感分類獲取流域下墊面信息的方法，其包括：基于多源數(shù)據(jù)的產(chǎn)流柵 格提取算法和匯流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法；所述的基于多源數(shù)據(jù)的產(chǎn)流柵格提取算法包括數(shù)據(jù)源選 擇及處理和產(chǎn)流柵格提取算法；所述的產(chǎn)流柵格提取算法包括柵格的提取和產(chǎn)流柵格的算 法。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的數(shù)據(jù)源選擇及處理包括如下步驟：
[0009] I、配準(zhǔn)處理：由于采用的DEM和遙感影像所采用的的投影方式可能不同，因此第 一步處理是對二者進(jìn)行投影變換，使他們處在同一個(gè)地圖投影系統(tǒng)之中；然后，根據(jù)事先確 定的相同控制點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；可以使用ArcGIS中的Georeferencing工具或ERDAS來 完成這項(xiàng)操作；
[0010] II、DEM柵格與遙感影像柵格對應(yīng)關(guān)系確定：確定產(chǎn)流柵格的大小在15m至Ikm大 小范圍內(nèi)；設(shè)定一個(gè)DEM柵格的大小為S米，一個(gè)遙感影像柵格大小為T米，（i，j)是DEM 上的位于i行，k列的柵格，則該柵格在遙感影像上對應(yīng)的柵格是如下范圍內(nèi)的柵格：
[0011]
[0012] 由于一個(gè)DEM柵格可能包含多個(gè)遙感影像柵格，則這些遙感影像柵格并不一定處 于同一類，在提取產(chǎn)流柵格的流向關(guān)系時(shí)，按如下方式處理：當(dāng)DEM包含的柵格中有水體柵 格，則作為水體柵格；
[0013] III、水體的分離：水體可以分為兩類，一類是河流，一類是水庫、小水庫的非河流； 采用人工識(shí)別的方式對兩者進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)一步將水體分離為河流和非河流，分別作為不同 的類別；
[0014] 將水體進(jìn)一步區(qū)分為河流和非河流是為了提取柵格間的流向關(guān)系，若兩個(gè)相鄰柵 格都屬于河流，則存在水流從一個(gè)柵格流向另一個(gè)柵格的問題；若兩個(gè)柵格都屬于非河流， 則水流已經(jīng)聚集，不存在柵格間水流的流向問題。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流柵格提取的實(shí)質(zhì)是以水庫中心，按照路徑長度遞增的方式 逐步對產(chǎn)流柵格進(jìn)行"擴(kuò)張"，直到達(dá)到最邊緣的柵格；其具體的提取過程如下：
[0016] ①以水庫中心所在的柵格為根結(jié)點(diǎn)，以水庫邊緣結(jié)點(diǎn)為子結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一棵初始的 "關(guān)系樹"，在"關(guān)系樹"中，第二層結(jié)點(diǎn)所代表的柵格是入庫水流的路徑上的最后一個(gè)柵格， 水流從這里直接到達(dá)水庫，因此，這些柵格間不存在水流分配的問題，而是全部流向水庫；
[0017] ②隨機(jī)選擇一個(gè)水庫邊緣柵格點(diǎn)作為起始點(diǎn)進(jìn)行分析；根據(jù)多流向算法，每個(gè)柵 格最多可能有8個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)的水流流向該結(jié)點(diǎn)；分析起始點(diǎn)周邊8個(gè)相鄰的柵格，將其中的 尚程比該棚格尚的棚格；
[0018] ③對所有邊緣柵格按1的方式進(jìn)行處理，得到三層"關(guān)系樹";將所有其水流流向水 庫邊緣柵格的柵格已經(jīng)全部被提取出來；
[0019] ④按第一步所描述的方式，對"關(guān)系樹"中第三層上的結(jié)點(diǎn)作同樣的處理，如此順 延，直至搜索完所有可能的柵格，得到一棵完整的關(guān)系樹。
[0020] 進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流柵格提取在提取的過程中能會(huì)出現(xiàn)柵格的高程和周圍相鄰 的8個(gè)柵格高程都相等，在這種情況下，引入地表覆蓋信息后，根據(jù)地表覆蓋信息進(jìn)一步確 定高程相等和高程相差很小的柵格間的流向關(guān)系；設(shè)定匕和Gj是兩個(gè)相鄰的柵格，且他們 的高程值相等，從Gi出發(fā)搜索到Gr可以按如下的方式確定他們的流向關(guān)系：
[0021] (幻匕和6」屬于河流類水體：首先計(jì)算兩個(gè)柵格沿河流離水庫的距離，如果Gi距水 庫的距離比G，水庫的距離近，則說明存在G」到G ,的水流路徑，根據(jù)"關(guān)系樹"的定義，將 Gj添加為Gi的子結(jié)點(diǎn)；反之，如果如果匕距水庫的距離比G」距水庫的距離遠(yuǎn)，則說明水流 應(yīng)當(dāng)是從Gi流向G』，現(xiàn)在對Gj不作處理；
[0022] ⑶匕和Gj屬于非河流類的水體，則不作處理；
[0023] (C)GJPGj有一個(gè)屬于水體類別，有一個(gè)屬于非水體類別：在流域中不可能有河流 流向其它地表，而只能是其它地表的水流向河流或水庫集中，因此，如果Gi是水體，而G」是 非水體，則說明是徑流正在向Gi集中，則將G j添加為Gi的子結(jié)點(diǎn)；反之，則不作處理；
[0024] (Cl)GdPGj屬于非水體：大塊的平整的地表就可能造成這種情況，這種情況需要對 參加比較的柵格進(jìn)行擴(kuò)展。
[0025] 進(jìn)一步的，所述的產(chǎn)流柵格提取算法中首先定義如下符號(hào)：m，n :DEM的全部行數(shù)、 列數(shù)；行數(shù)和列數(shù)都從1開始編號(hào)，編號(hào)按從上到下，從左到右的方式進(jìn)行；f :流向元素； F :所有流向關(guān)系元素的集合；QR :表示當(dāng)前正在處理的層的結(jié)點(diǎn)集合，qr表示一個(gè)其中的 一個(gè)元素；QN:-個(gè)臨時(shí)序列，里面是根據(jù)正在處理層中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)計(jì)算而得到的新的柵 格；qn為其中的一個(gè)元素 ；G :所有柵格的集合；g表不一個(gè)柵格，Gi表不編號(hào)為k的柵格，k 的值按公式（5)計(jì)算：
[0026] k= (i-l)*n+j (5)
[0027] 其中i表示柵格所在的行號(hào)，j表示柵格所在的列號(hào)；
[0028] 其具體算法如下：
[0029] (A)初始化：算法的初始化階段主要完成以下工作：
[0030] (A-I)對所涉及到的DEM按位置關(guān)系進(jìn)行排列，以完整的DEM作為計(jì)算的原始輸 入；
[0031] (A-2)確定每一個(gè)柵格的編號(hào)，編號(hào)方式按公式（5)進(jìn)行；
[0032] (A-3)將通過對遙感影像分類得到的專題信息按同樣的方式進(jìn)行組織；
[0033] (B)創(chuàng)建只有根結(jié)點(diǎn)的關(guān)系樹TR ;
[0034] (C)將通過分類得到的水體圖層與DEM疊加，確定水庫所包含的柵格，并計(jì)算所有 位于獲取所有位于水庫邊緣的柵格，并將其作為TR的根結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)依次插入TR ;同時(shí)將 其存入臨時(shí)序列QN，開始提??；
[0035] (D)判斷QN序列是否