【摘要】：湖泊和水庫(kù)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(shí)獲取湖庫(kù)水位變化對(duì)水資源監(jiān)測(cè)工作具有重要意義。衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)用于監(jiān)測(cè)湖庫(kù)水位,具有高精度、全天候、周期性重訪、監(jiān)測(cè)成本低以及可覆蓋無(wú)資料地區(qū)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),使用該技術(shù)來(lái)一定程度上填補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)已成為發(fā)展趨勢(shì)[1-5]。但在目前的研究中,特別是在國(guó)內(nèi)還主要處于對(duì)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(cè)高數(shù)據(jù)在全國(guó)范圍內(nèi)應(yīng)用起來(lái),離業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)我國(guó)湖庫(kù)水位的目標(biāo)還有很大差距[6-9]。為此,本文開展了對(duì)測(cè)高衛(wèi)星數(shù)據(jù)在我國(guó)湖庫(kù)水位監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究,主要的研究工作和成果如下:(1)基于測(cè)高數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)篩選提取水位的方法為解決衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)噪聲多、質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題,提出了一種基于測(cè)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(cè)高水位與實(shí)測(cè)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(kù)水位監(jiān)測(cè)時(shí)具有較高的可信度。解決了傳統(tǒng)方法對(duì)于噪聲較多、質(zhì)量不一的湖區(qū)數(shù)據(jù)不太適用的問(wèn)題,提高了測(cè)高數(shù)據(jù)的可用性和監(jiān)測(cè)精度。此外,對(duì)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(píng)價(jià)結(jié)果將它們舍去,可進(jìn)一步提高了整體的監(jiān)測(cè)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(duì)于無(wú)資料湖庫(kù)精確庫(kù)容曲線的構(gòu)建具有重要意義。(2)測(cè)高衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)湖庫(kù)水位變化監(jiān)測(cè)能力分析基于測(cè)高衛(wèi)星特性、測(cè)高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)湖庫(kù)水位基本原理,結(jié)合衛(wèi)星地面軌跡文件、全國(guó)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(cè)高衛(wèi)星(Jason-2、Jason-3、Sentinel-3A、Sentinel-3B)各自潛在可監(jiān)測(cè)全國(guó)湖庫(kù)具體數(shù)量、名錄以及基本監(jiān)測(cè)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(gè)湖庫(kù)作為實(shí)驗(yàn)研究的特征湖庫(kù)。(3)測(cè)高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)我國(guó)湖庫(kù)水位實(shí)驗(yàn)和適用性分析分別使用Jason和Sentinel-3兩個(gè)系列測(cè)高數(shù)據(jù),對(duì)44個(gè)典型湖庫(kù)進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建測(cè)高監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證評(píng)價(jià)。在滿足最低有效監(jiān)測(cè)條件時(shí)(Jason數(shù)據(jù)地勢(shì)起伏大的湖庫(kù),需沿軌截距1.6 km左右且最窄水面寬0.5 km左右。在地勢(shì)平坦時(shí),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(cè)結(jié)果。Jason數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)湖庫(kù)平均絕對(duì)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(cè)湖庫(kù)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(duì)湖區(qū)、水面大小、地形等因素對(duì)監(jiān)測(cè)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(lái)了的緯度、海拔差異對(duì)監(jiān)測(cè)精度沒(méi)有明顯影響;水面大小差異上,湖庫(kù)水面面積越大,兩種數(shù)據(jù)整體監(jiān)測(cè)精度都更高;地形差異上,Jason數(shù)據(jù)在相同監(jiān)測(cè)條件下,地勢(shì)越平坦監(jiān)測(cè)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(cè)精度更高,未見(jiàn)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(kù)監(jiān)測(cè)中,整體都優(yōu)于Jason數(shù)據(jù),尤其中小型,并且可監(jiān)測(cè)到更小的湖庫(kù),大大提升了監(jiān)測(cè)能力。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P332
【圖文】：

衛(wèi)星測(cè)高基本工作原理

（c）3 級(jí)數(shù)據(jù) （d）4 級(jí)數(shù)據(jù)圖 2.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量分級(jí)2.2.3.2 篩選提取水位對(duì)于 1、2、3 級(jí)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(cè)高數(shù)據(jù)約化示意圖

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本文編號(hào)：2805239