基于遥感的洪水淹没历时模拟系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水利信息技术领域，尤其涉及基于遥感的洪水淹没历时模拟系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 洪水一直以来对人类的生存与发展产生着重大的影响，一场较大洪水的发生往往 会给人们带来严重的人员伤亡以及财产损失。无论是对洪水险情的预报还是灾难过后的损 失评估，甚至对流域的综合治理，都要基于对洪水特征的了解，其中最主要的便是洪水的演 进规律。
[0003] 洪水演进是以河道的下垫面条件为基础，根据上游断面水文站测得的洪水相关水 文参数，分析洪水沿河道的运动规律，经过一系列的演算，最终获得下游河道任一断面的洪 水参数。洪水演进模型不仅是防洪减灾体系的重要组成部分，也是分析洪水运动规律强有 力的工具。
[0004] 1738年瑞士 D. I伯努利提出表述水流能量的伯努利方程式，拉开了水力学研宄 的序幕；17世纪50年代，法国J.LER.达朗伯和瑞士 L.欧拉分别提出水流连续微分方程 以及微分形式的理想流体动量方程式一欧拉方程式，率先将微积分应用于流体力学的研宄 中，为其发展开创了新的途径；法国A. de谢才于1769年提出明槽均匀流流速的谢才公式， R-Manning于1890年对其中一个参数进行研宄得到应用更加广泛的曼宁公式；1781年法国 J. L拉格朗日提出浅水波速公式，再次促进了明渠非恒定流的研宄；19世纪70年代圣维 南根据质量守恒定律以及动量守恒定律建立了偏微分方程组，将河道洪水运动规律的研宄 提上了新的台阶。之后学者们针对明渠非恒定流的研宄大都基于该方程，进行简化或联合 下垫面以及降雨等条件进行改进，并取得了很好的进展。其中美国科学家G. T. McCarthy于 1938年运用水量平衡方程以及槽蓄方程简化了圣维南方程，并首次应用于美国的马斯京根 河，开始了洪水演进的水文学研宄。自此，河道洪水演进的研宄分为以圣维南方程组为依据 的水力学以及以马斯京根方程为代表的水文学两个方向。
[0005] 现有技术中主要利用水文学和水力学方法，水文学方法的特点是把以往经验和实 时信息简单地组合在一起，对河道地形等水文资料要求较多；水力学方法则在较大程度上 克服了传统水文学方法的缺陷和不足之处，对历史水文资料的依赖性相对来说较小，克服 了人为的经验性不足的方面，计算精度比较髙，适应性比较强，但需要较为详细的水下测量 地形资料，计算量较大。采用上述方法，在洪水灾害发生时，很难完成洪水范围及洪水历时 的预测，在灾后也很难完成受灾面积及受灾被淹天数的及时反馈，不利于灾情的评估。
[0006] 现阶段卫星遥感已经成为综合对地观测的重要组成部分，呈现出高空间、光谱、时 间分辨率的技术特点和多平台、传感器、角度的发展趋势。卫星遥感观测技术由于观测范围 广、周期性重访等独特优势，已经引起包括水利、环境保护、防灾减灾等多个领域的广泛关 注。利用遥感数据有效地提取水体信息，已经成为当前水利遥感技术研宄重点。与其他领 域的监测不同，洪水监测具有监测精度高、监测范围广、监测周期长等特点，因此对监测方 法和监测数据源都有特殊要求。洪水监测的汛前本底监测、汛中跟踪监测、灾害应急监测、 灾后评估监测的四个监测过程体现了洪水监测的主要特点。
[0007] 卫星遥感数据在洪水灾害中的应用按照应用时间大致可以分为灾前、灾中和灾后 三个部分。灾前主要进行常态化的监测，对洪峰、降水过程进行预测；灾中主要利用微波遥 感技术对洪峰经过区域进行监控，有效跟踪监测洪水从形成直至消退的全过程，为防洪决 策提供了及时可靠的汛情数据；灾后主要利用多时相遥感影像进行变化监测，评估灾害损 失。
[0008] 卫星遥感影像数据进行洪水监测的技术流程主要包括方案制定、数据获取、数据 预处理、信息提取、专题图制作及评估报告生成等相关环节。首先对获取的卫星遥感影像数 据进行辐射校正、几何校正、大气校正、影像裁切与镶嵌、彩色合成与增强等处理，生产出能 够较好反映洪水信息的专业遥感影像数据；再以该卫星遥感影像为基础通过人机交互方法 提取相关信息；最后制作专题图、统计相关数据，并生成相应评估报告。
[0009] 然而卫星遥感数据获取受限于天气环境、重访周期等因素，不能全时段接收信息 导致了部分遥感数据的缺失，在接收到信息的时段内无法记录洪水淹没范围及历史信息的 演进过程，也无法完成信息的预测。
[0010] 如公开号为CN102842104A的专利文献，公开了一种面向海量DEM数据的高精度河 道洪水淹没区生成方法，其针对海量DEM数据进行条带划分，并将条带中栅格行上连续多 个淹没单元进行游程压缩存储，以降低数据量，最后采用压缩单元边界追踪方法提取淹没 范围，从而实现了复杂地形条件下的淹没区生成。其依然采用了传统的计算方法，同时需要 大量数据作为输入。
【发明内容】
[0011] 针对【背景技术】中出现的问题，本发明提出了一种基于遥感的洪水淹没历时模拟系 统，以遥感采集到的信息数据为输入，所述历时模拟系统包括：信息读取模块，用于读取遥 感信息；淹没范围计算模块，用于计算洪水轮廓得到洪水淹没范围的演进结果；淹没历时 计算模块，用于计算洪水淹没的历时信息；输出模块，用于输出专题地图。
[0012] 优选的是，所述历时模拟系统进一步包括信息提取模块，用于提取所述遥感信息 得到多时相高时间分辨率洪水淹没范围数据。
[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述多时相高时间分辨率洪水淹没范围数据的参数 信息包括：时间参数和水位参数。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块和所述淹没历时计算模块的 计算模式包括：天和/或小时模式。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，所述专题地图包括洪水淹没范围图和洪水淹没历时 图。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块和淹没历时计算模块使用的 计算方法包括水平集方法。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块进一步用于预测洪水淹没范 围。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块进一步用于预测洪水淹没历 时。
[0019] 本发明还提供了基于遥感的洪水淹没历时模拟方法，以遥感采集到的信息数据为 输入，所述历时模拟方法包括以下步骤：
[0020] 信息读取模块读取遥感信息；
[0021] 淹没范围计算模块计算洪水轮廓得到洪水淹没范围的演进结果；
[0022] 淹没历时计算模块计算洪水淹没的历时信息；
[0023] 输出模块输出专题地图。
[0024] 优选的是，所述信息读取模块读取遥感信息后进一步包括：信息提取模块通过所 述遥感信息提取洪水淹没范围得到多时相高时间分辨率洪水淹没范围数据。
[0025] 在上述任一方案中优选的是，所述多时相高时间分辨率洪水淹没范围数据的参数 信息包括：时间参数和水位参数。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块和所述淹没历时计算模块的 计算模式包括：天和/或小时模式。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，所述专题地图包括洪水淹没范围图和洪水淹没历时 图。
[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块和淹没历时计算模块使用的 计算方法包括水平集方法。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块进一步用于预测洪水淹没范 围。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述淹没范围计算模块进一步用于预测洪水淹没历 时。
[0031] 本方案公开的系统及方法，以遥感卫星采集到的时段信息为输入，利用水平集的 计算方法得到任一时间，任一时段的洪水淹没范围信息和洪水淹没历时信息，通过人工输 入水位的阈值信息，能够模拟洪水淹没范围的预测信息，在洪水灾害发生后通过淹没范围 图及历时图能够有效模拟洪水淹没范围的涨退过程，及时的评估灾情造成的损失。
【附图说明】
[0032] 图1是按照本发明的一优选实施例的图洪水淹没历时模拟方法流程图。
[0033] 图2是按照本发明的一优选实施例的图洪水淹没历时模拟系统执行步骤图。
[0034] 图3是根据图1所述实施例示出的洪水淹没范围数据输入示意图。
[0035] 图4是根据图1所述实施例示出的第一时段洪水淹没范围数据。
[0036] 图5是根据图1所述实施例示出的第二时段洪水淹没范围数据。
[0037] 图6是根据图1所述实施例示出的第三时段洪水淹没范围数据。
[0038] 图7是根据图1所述实施例示出的第四时段洪水淹没范围数据。
[0039] 图8是根据图1所述实施例示出的以"天"为单位洪水淹没范围模拟结果。
[0040] 图9是根据图1所述实施例示出的