低空遥感无人机影像反演河道流量

作     者：赵长森 潘旭 杨胜天 刘昌明 陈新 张含明 潘天力 ZHAO Changsen;PAN Xu;YANG Shengtian;LIU Changming;CHEN Xin;ZHANG Hanming;PAN Tianli

作者机构：北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室北京100875 山东农业大学水利土木工程学院泰安271018 济南市水文局济南250013 东营市水文局东营257000 

出 版 物：《地理学报》 (Acta Geographica Sinica)

年 卷 期：2019年第74卷第7期

页      面：1392-1408页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFC0402403 2016YFC0402409)~~ 

主　　题：河道流量 无人机 水力学 济南 

摘      要：河道流量在维持水圈系统稳定性、估算国家水能资源可开发量等方面具有重要作用。卫星遥感受其分辨率限制很难准确反演中小河流流量,近地面遥感流量计算方法及传统水文测流方法技术复杂、设备昂贵、测算效率低,限制了其在无资料区、灾害突发事件非接触式应急监测等方面的广泛应用。为此,在充分吸收国内外遥感反演河道流量方法优点的基础上,基于低空遥感无人机(UAV)影像,提出了一种适用于各类尺度河流的高效、非接触、简易快速反演河道流量的方法。该方法提供了有、无地面实测大断面两类情况下流量反演途径,通过无人机影像生成点云和表面高程(DSM),基于点云和DSM获取水面宽、糙率、水面比降以及水上大断面信息,采用水力学方法计算河道流量。并根据地面336组野外站点实测数据验证了方法的精度,进一步分析了无地面实测大断面情况下的流量计算误差。结果表明,反演流量在高值区略高于实测流量,可以满足灾害应急监测流量精度需求(R^2=0.997,RMSE=4.55m^3/s);无地面实测大断面资料而进行概化时,流量计算误差随水位升高、河宽增大而减小,最大累积误差为最大过水流量的8.28%,误差主要来自于水位低、河宽小、流量小的过水断面底部。考虑到研究区大断面多样性受限,而人类活动影响下的河底断面复杂多样,未来尚需进一步研究提高近河底处大断面概化精度,以提高无地面实测大断面情况下的流量反演精度。本文利用无人机遥感影像反演河道流量的思路可为灾害应急监测提供快速流量监测的新途径,也可为无资料地区遥感水文测站的建立提供重要参考依据。