一种水深定量反演方法、装置

本发明涉及深度定量估算，尤其涉及一种水深定量反演方法、装置。

背景技术：

1、近年来，随着气象条件日益复杂，汛期强对流、强降雨情况增多，且空间分布多变。历史上降雨量较少的地区发生洪涝的概率日益增加。目前电网各级管理部门越来越重视防范强对流天气对电网的影响，同时也高度重视洪涝灾害发生后的快速应急指挥和电网设备设施抢修。

2、从技术层面，洪涝灾害发生后的快速应急指挥和电网设备设施抢修需要对洪涝淹没范围和淹没深度等灾害态势有全面、精细化的判断。目前，大量研究主要集中在洪涝淹没范围快速提取上，但对于洪涝淹没深度定量估算分析较少。

技术实现思路

1、本发明提供了一种水深定量反演方法、装置，用于解决上述提到的技术问题。

2、本发明第一方面提供了一种水深定量反演方法，所述水深定量反演方法包括：

3、获取双极化sar影像，并对所述双极化sar影像进行预处理，得到可定量分析的第一影像，其中，所述第一影像上的每个像元值是对应地物的后向散射系数 σ；

4、采集多处实际水深真值以及对应实际水深真值的经纬度坐标，得到实地水深量测数据，利用所述实地水深量测数据，结合对应经纬度坐标的sar影像后向散射系数 σ训练预设的指数反演模型，得到指数反演模型的参数结果以及训练后的指数反演模型；

5、通过训练后的指数反演模型，利用获取到的双极化sar影像，进行大范围水深反演，得到sar影像上水域面状的水深反演影像结果。

6、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述水深定量反演方法还包括：

7、接收北斗卫星发射的gnss直射信号；其中，gnss直射信号经过水面反射后，形成卫星的高度角θ，反射信号比gnss直射信号多经过的距离为s；

8、通过所述高度角θ与多经过的距离为s计算接收机距离水面的高度h。

9、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述接收机距离水面的高度h具体计算公式如下：

10、；

11、其中，c为光速，δt为反射信号相对gnss直射信号的路径延迟时间差，h为接收机距离水面的高度，θ为高度角。

12、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述水深定量反演方法还包括：

13、构建同步接收b2a和b2b两个频段通道直射信号和反射信号的北斗地面装置；并通过所述北斗地面装置进行水深距离测量；其中，b2a为基于第一预设频段的频段通道，b2b为基于第二预设频段的频段通道；

14、通过射频开关定时切换反射信号与直射信号的不同路径；其中，所述射频开关分别设置于所述北斗地面装置的直射天线和反射天线的输出端；

15、计算射频开关处于直通状态和交叉状态下的信号延迟时间差；

16、通过所述信号延迟时间差计算水位高度测量结果，并通过所述水位高度测量结果，计算在接收b2a和b2b两个频段通道信号下北斗地面装置测量的最终的水位高度测量结果，再将得到所述最终的水位高度测量结果结合三维地形计算得到北斗地面装置测量水深结果。

17、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，在射频开关直通的情况下，直射天线与第一电缆连接，第一电缆与第一射频单元连接，反射天线与第二电缆连接，第二电缆与第二射频单元连接，在射频开关交叉的情况下，直射天线与第二电缆连接，第一电缆与第一射频单元连接，反射天线与第一电缆连接，第二电缆与第二射频单元连接；所述计算射频开关处于直通状态和交叉状态下的信号延迟时间差，具体的计算公式如下：

18、射频开关处于直通状态下有：

19、；

20、射频开关处于交叉状态时有：

21、；

22、上述两个公式相加，则有：

23、；

24、其中，信号到达直射天线和反射天线的时间分别为td和tr，第一电缆与第一射频单元造成的通道延迟为tb，第二电缆与第二射频单元造成的通道延迟为tc；

25、在射频开关直通情况下，第一反射处理通道和第二反射处理通道的相关波形测得的延迟分别为τa和τb，在射频开关交叉情况下，第一反射处理通道和第二反射处理通道的相关波形测得的延迟分别为τa'和τb'，为天线输出端反射信号相对直射信号的信号延迟时间差。

26、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述通过所述信号延迟时间差计算水位高度测量结果，并通过所述水位高度测量结果的公式如下，包括：

27、；

28、其中，为水面测高结果；为测量误差。

29、可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述计算在接收b2a和b2b两个频段通道信号下最终的水位高度测量结果的公式如下，包括：

30、；

31、其中，为在接收b2a和b2b两个频段通道信号下最终的水位高度测量结果，为在b2a频段通道信号下的水位高度测量结果，为在b2b频段通道信号下的水位高度测量结果。

32、可选的，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述水深定量反演方法还包括：

33、构建基于多项式的数据拟合模型，并根据所述sar影像上水域面状的水深反演影像结果和北斗地面装置测量水深结果，通过最小二乘法对所述数据拟合模型进行结算，得到适用于所述数据拟合模型的模型参数，将所述模型参数代入数据拟合模型的公式中，得到最终的校正水深估算结果公式。

34、可选的，在本发明第一方面的第八种实现方式中，所述构建基于多项式的数据拟合模型，包括：

35、；

36、其中，为北斗地面装置测量水深结果，为sar影像上水域面状的水深反演影像结果，(i=1,...,5)和d为模型参数。

37、本发明第二方面提供了一种水深定量反演装置，所述水深定量反演装置包括：

38、获取模块，用于获取双极化sar影像，并对所述双极化sar影像进行预处理，得到可定量分析的第一影像，其中，所述第一影像上的每个像元值是对应地物的后向散射系数 σ；

39、采集模块，用于采集多处实际水深真值以及对应实际水深真值的经纬度坐标，得到实地水深量测数据，利用所述实地水深量测数据，结合对应经纬度坐标的sar影像后向散射系数 σ训练预设的指数反演模型，得到指数反演模型的参数结果以及训练后的指数反演模型；

40、训练模块，用于通过训练后的指数反演模型，利用获取到的双极化sar影像，进行大范围水深反演，得到sar影像上水域面状的水深反演影像结果。

41、本发明提供的技术方案中，有益效果：本发明提供的一种水深定量反演方法、装置，通过建立l波段sar卫星影像（后向散射系数）与水深的定量关系，实现多云雨天气洪涝灾后第一时间水深反演，避免现有多光谱卫星遥感影像受云雨遮挡，无法计算水深的情况。并且通过融合直通和交叉信道的北斗gnss信号进行水深测量，修正了北斗接收机造成的系统性误差，提高了北斗gnss信号水面测高的精度；最后通过融合北斗和sar卫星遥感的水深估算数据同化，实现了利用局部北斗水深结果修正大范围sar卫星水深反演结果，提升了大范围水深估算的精度。