發(fā)布時間：2020-08-26 13:36

【摘要】：湖泊和水庫是重要的地表水資源,與人類的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)。及時獲取湖庫水位變化對水資源監(jiān)測工作具有重要意義。衛(wèi)星測高技術(shù)用于監(jiān)測湖庫水位,具有高精度、全天候、周期性重訪、監(jiān)測成本低以及可覆蓋無資料地區(qū)等獨(dú)特優(yōu)勢,使用該技術(shù)來一定程度上填補(bǔ)地面監(jiān)測已成為發(fā)展趨勢[1-5]。但在目前的研究中,特別是在國內(nèi)還主要處于對水面面積較大的單一湖泊或特定區(qū)域少數(shù)湖泊的研究階段,還未能將豐富的測高數(shù)據(jù)在全國范圍內(nèi)應(yīng)用起來,離業(yè)務(wù)化監(jiān)測我國湖庫水位的目標(biāo)還有很大差距[6-9]。為此,本文開展了對測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)在我國湖庫水位監(jiān)測的應(yīng)用研究,主要的研究工作和成果如下:(1)基于測高數(shù)據(jù)質(zhì)量評價篩選提取水位的方法為解決衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)噪聲多、質(zhì)量不穩(wěn)定問題,提出了一種基于測高數(shù)據(jù)質(zhì)量篩選提取水位的方法。重點(diǎn)選取數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定的洪澤湖地區(qū)為例進(jìn)行方法驗(yàn)證。結(jié)果表明,該方法可快速、有效的去除異常數(shù)數(shù)據(jù),在改善數(shù)據(jù)精度方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。提取的測高水位與實(shí)測水位間相關(guān)系數(shù)從傳統(tǒng)方法的0.11提高到0.59,均方根誤差也從2 m減少到0.5 m,使得Jason-3數(shù)據(jù)用于湖庫水位監(jiān)測時具有較高的可信度。解決了傳統(tǒng)方法對于噪聲較多、質(zhì)量不一的湖區(qū)數(shù)據(jù)不太適用的問題,提高了測高數(shù)據(jù)的可用性和監(jiān)測精度。此外,對于那些數(shù)據(jù)質(zhì)量不好的周期,提取的水位精度整體較差,基于數(shù)據(jù)質(zhì)量評價結(jié)果將它們舍去,可進(jìn)一步提高了整體的監(jiān)測精度,相關(guān)系數(shù)可提高到0.9,均方根誤差減少到0.19 m,這對于無資料湖庫精確庫容曲線的構(gòu)建具有重要意義。(2)測高衛(wèi)星數(shù)據(jù)對我國湖庫水位變化監(jiān)測能力分析基于測高衛(wèi)星特性、測高數(shù)據(jù)監(jiān)測湖庫水位基本原理,結(jié)合衛(wèi)星地面軌跡文件、全國水體分布信息,運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行一系列空間分析實(shí)驗(yàn),獲取目前在軌典型的測高衛(wèi)星(Jason-2、Jason-3、Sentinel-3A、Sentinel-3B)各自潛在可監(jiān)測全國湖庫具體數(shù)量、名錄以及基本監(jiān)測條件。據(jù)此,在五大湖區(qū)(青藏湖區(qū)、西南湖區(qū)、東部湖區(qū)、東北湖區(qū)以及西北湖區(qū))基于周邊地形、水面大小、湖岸形狀等特征,系統(tǒng)性挑選多個湖庫作為實(shí)驗(yàn)研究的特征湖庫。(3)測高數(shù)據(jù)監(jiān)測我國湖庫水位實(shí)驗(yàn)和適用性分析分別使用Jason和Sentinel-3兩個系列測高數(shù)據(jù),對44個典型湖庫進(jìn)行水位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建測高監(jiān)測評價指標(biāo)體系,使用實(shí)測數(shù)據(jù)對監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證評價。在滿足最低有效監(jiān)測條件時(Jason數(shù)據(jù)地勢起伏大的湖庫,需沿軌截距1.6 km左右且最窄水面寬0.5 km左右。在地勢平坦時,需沿軌截距1.4 km左右且最窄水面寬0.4 km左右。Sentinel數(shù)據(jù)需沿軌截距0.6 km左右且最窄水面寬0.2 km左右),兩種數(shù)據(jù)都有良好的監(jiān)測結(jié)果。Jason數(shù)據(jù)監(jiān)測湖庫平均絕對誤差(MAE)集中在15 36 cm范圍、均方根誤差(RMSE)集中在17 43 cm范圍、相關(guān)系數(shù)(R2)集中在0.5-0.96范圍。Sentinel-3數(shù)據(jù)監(jiān)測湖庫MAE集中在5 29 cm范圍、RMSE集中在7 38 cm范圍、R2集中在0.7-0.99范圍。進(jìn)一步,對湖區(qū)、水面大小、地形等因素對監(jiān)測精度的影響進(jìn)行了差異性分析。湖區(qū)差異上,不同湖區(qū)帶來了的緯度、海拔差異對監(jiān)測精度沒有明顯影響;水面大小差異上,湖庫水面面積越大,兩種數(shù)據(jù)整體監(jiān)測精度都更高;地形差異上,Jason數(shù)據(jù)在相同監(jiān)測條件下,地勢越平坦監(jiān)測精度越高。而Sentinel-3數(shù)據(jù)受周邊地形起伏影響較小,監(jiān)測精度更高,未見顯著差異。這與其改進(jìn)了跟蹤模式,大大縮小了星下點(diǎn)沿軌分辨率有關(guān)。使得在不同類型的湖庫監(jiān)測中,整體都優(yōu)于Jason數(shù)據(jù),尤其中小型,并且可監(jiān)測到更小的湖庫,大大提升了監(jiān)測能力。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P332
【圖文】：

衛(wèi)星測高基本工作原理

（c）3 級數(shù)據(jù) （d）4 級數(shù)據(jù)圖 2.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量分級2.2.3.2 篩選提取水位對于 1、2、3 級數(shù)據(jù)，只保留選取的連續(xù)優(yōu)質(zhì)點(diǎn)群，將其余的高程點(diǎn)剔除，再將

測高數(shù)據(jù)約化示意圖

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本文編號：2805239