基于遥感影像与卫星测高数据的大型湖泊水量变化估算

来源 :同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ydy448681577
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
湖泊的形成、扩张与收缩、消失及其引起的生存环境变化都反映了一定区域乃至全球的构造和气候事件。因此湖泊的保护与治理成为21世纪可持续发展的重要研究课题。湖泊作为区域陆地水循环中的一个重要载体,对区域的水量平衡发挥着重要的作用。湖泊水量的动态变化主要受气候变化和人类活动的双重影响。气候变化是引起湖泊水量动态变化的根本原因,而人类活动是湖泊水量变化的强化因素。湖区扩张或者萎缩的演化过程都会改变湖区原有的生态机构,其生态环境也遭受严重的威胁。及时、准确地获取湖泊水资源的分布、面积、水位和水量的变化信息,有利于充分认识湖泊的动态变化特征及驱动因素,对及时掌握区域水量平衡状况、水资源的可持续利用、灾害预警防控、生态环境保护等方面都具有重要的科学意义。
  随着卫星遥感技术的快速发展,为湖泊的整体变化进行大范围、动态、全面深入的监测提供了有效的技术手段,使得利用卫星遥感资料来获取大范围长时间序列的湖泊变化信息成为可能。本文利用多源卫星数据开展了大型湖泊的水量变化估算与时空分析研究。基于光学遥感影像进行了水体表面积信息的提取;基于卫星测高数据进行了湖泊水位高程计算;联合多时间序列的湖泊面积数据与水位数据建立了相对水量估算的合理函数模型,实现大型湖泊的相对水量变化估计与多尺度时空分析。以非洲第一、世界第二大湖维多利亚湖为例,实证本论文研究的理论与方法。利用2009至2018年的MODIS时间序列遥感影像,进行湖泊轮廓和水体面积的信息提取,并结合Jason2/3卫星测高数据的时间序列水位计算结果,构建湖泊水体“面积-水位-水量”的最佳拟合关系模型,估算维多利亚湖的相对水量。并分析气候与人类活动变化对其体现出的多尺度时空演变规律。
  本文的主要研究工作包括:
  (1)数据的选取、收集与预处理。选取维多利亚湖的MODIS卫星遥感影像和Jason2/3卫星测高数据,环巢湖区域的Landsat-8卫星遥感影像,进行数据预处理,以及研究区地物分类系统的建立与光谱特征空间构建。
  (2)遥感影像的地物信息识别与水体信息提取算法研究。基于改进的粒子群寻优算法,进行混合核函数的参数寻优构建K-ELM分类模型、进行正则化参数寻优构建R-ELM分类模型。通过比较标准SVM、标准ELM、K-ELM和R-ELM分类模型的精度与效率,选择合适的分类算法对维多利亚湖及周围缓冲区的土地利用/覆盖进行水体信息和地物信息的提取。
  (3)大型湖泊的相对水量变化估算。基于遥感影像分类获取的时间序列的湖泊面积信息和Jason2/3卫星测高数据计算获得的时间序列湖泊水高数据结果,构建“面积-水位-水量”的最佳函数关系模型,对维多利亚湖泊长时间序列的相对水量进行估算。
  (4)水量变化的多尺度时空分析与驱动因素影响分析。从不同的时间尺度,包括年际变化、季度变化、月际变化进行多尺度的水量时空变化分析。通过气温、降水、湖泊周围缓冲区土地利用类型变化,以及人口等要素分析气候变化和人类活动对水量变化的影响。
其他文献
移动机器人定位技术是机器人实现智能化、自主化工作的基础和前提。近年来,移动机器人的自主定位问题正受到越来越多的研究与关注。在众多机器人定位方法中,视觉定位和惯性导航定位方法由于其自主性、轻便性、低成本等特点已经成为机器人自主定位方法的主流,尤其是在GPS无法覆盖的区域、如室内环境、深空探测、森林救援等。  针对基于立体视觉和惯导的机器人定位问题,本文首先分别进行了基于立体视觉的定位方法和基于惯性导
获取GNSS卫星精密轨道是GNSS应用的前提。尽管目前基于全球站的GNSS精密定轨(POD)技术已经相当成熟,如何减少地面跟踪站数量以及进一步提升GNSS轨道精度仍是值得研究的问题。尤其是对GeostationaryEarthOrbit(GEO)卫星,由于其独特的高轨道及静止特性,轨道精度只能达到米级或分米级。通过引入低轨卫星(LEO)的星载GNSS数据,利用低轨卫星的高动态性改善GNSS卫星几何
学位
三维激光扫描技术具有非接触测量,高分辨率、高精度、高效率,数字化采集,信息全面等优点,逐步应用于数字城市、虚拟考古、地形测量以及变形监测等领域。其中在变形监测领域,相比于传统变形监测技术,三维激光扫描技术监测方法能高效率、高精度地获取扫描对象表面的完整信息。通过扫描获得的点云数据包含海量建筑物表面点的三维坐标以及灰度颜色信息,可以详细表达建筑物的表面信息,在建筑物变形监测和形变量分析过程中具有巨大
土地利用现状变更调查是国家全面掌握土地利用变化情况,获取土地利用现状数据的主要途径与手段,做好这项工作对于实现“以图管地”目标,保证土地调查数据库的现势性,满足国土部门对土地日常监管的需要具有重要意义。当前的土地变更调查方式为集中在年底进行统一变更,这种变更方式存在一些问题,如获取的土地数据现势性较差,无法实时反映当地经济发展情况;集中调查工作量大,调查数据质量无法保证;调查工作的信息化程度较低,
学位
第五次IPCC评估报告中提到,近百年全球海平面已升高0.19m,目前海平面升高速率还在继续加快,预计到21世纪末有可能再升高0.18-0.59m,这将导致一系列的社会和环境问题(Stocker等,2014)。作为目前地球上仅存的两大陆地冰盖之一,南极冰盖的质量平衡对于研究全球气候变化以及全球海平面变化机理有着十分重要的研究价值。目前对于南极冰盖质量变化的定量研究集中在三大技术手段:输入输出法,重力
学位
在移动机器人智能化进程中,解决机器人在所处环境中的即时定位与建图(Simultaneouslylocalizationandmapping,简称SLAM)问题是一项重要议题,它是智能导航应用的关键。全局初始定位是导航应用中的一个关键步骤,它是路径规划等后续步骤的先决条件。路径规划是连接机器人环境感知与机械控制的重要模块。  针对嵌入式端激光导航中的三项关键技术:建图、全局初始定位与路径规划,本文作
随着对地观测技术的迅速发展,对地观测卫星遥感数据日获取近3TB。如何对海量遥感影像数据进行高效的组织、管理和检索,成为了当前关注的重点。基于内容的遥感影像检索作为解决该难题的一种有效技术,具备较强的实际意义。  基于内容的遥感影像检索系统通常经过三个步骤,先对输入影像进行特征提取,然后与数据库中影像的特征进行匹配,最后按照特征相似性排序,返回检索结果。检索的难点在于遥感影像容易受到时间、季节、天气
随着遥感卫星技术的不断发展,各国纷纷推出越来越多的高分辨率遥感卫星,高分辨率遥感影像的采集变得更加容易。与传统的低分辨率和中分辨率遥感图像相比,高分辨率遥感图像中的混合像素减少了。纯净像元增多,地物之间拓扑关系明显,像元之间独立性的假设不再成立。首先,空间分辨率的提高,包括更多的特征形状信息和纹理信息,但它所包含的光谱信息显着减少。传统的用于中低分辨率遥感图像变化的方法主要使用遥感图像中包含的光谱
室内自主跟随机器人是一种服务型机器人,其具有在室内环境自主移动并跟随目标的功能,在多个国民经济领域都具有很高的应用价值,典型场景如仓储运输、医疗陪护、日常跟随搬运等。室内自主跟随技术是目前机器人领域的研究热点之一,且在若干关键技术环节存在较大的技术瓶颈。  本文针对机器人室内自主跟随中的实时行人检测、鲁棒跟踪、定位与环境感知三个核心技术问题开展研究。在研究中引入即时定位与建图(Simultaneo
学位
GNSS技术凭借其全天候、自动化、高精度的特点,能够有效弥补传统变形监测方法的缺陷。应用GNSS技术构建一种信息化、自动化的监测平台已成为变形监测领域发展的必然趋势。目前商业化的GNSS形变监测系统往往需要布设多台高精度多频多模接收机,导致监测系统价格昂贵,因此采用低成本终端能够有效降低监测成本。但低成本终端接收到的为单频数据,无法进行频率间的组合,且数据信噪比低,信号频繁失锁中断,难以得到高精度