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申请/专利权人：北京师范大学;生态环境部卫星环境应用中心

摘要：本发明公开了一种基于塔基视频的自然河流生态流量实时监测方法，包括：塔基视频传感器设备架设；智能成像与数据传输传感器系统检测及相关参数获得；无人机河道断面测量；河道断面水下地形测量；三维数字河道模型构建及生态流量计算方法生成；基于塔基视频的水面宽度提取；生态流量计算与可视化。本发明构建了适用于基于塔基视频的自然河流生态流量实时监测方法；显著提升现有遥感生态流量监测的时间频率，实现基于生态流量目标的快速数据获取、数据传输和数据可视化；降低无资料区河流流量数据获取成本，从方法构成上增加其适用性。

主权项：1.一种基于塔基视频的自然河流生态流量实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、塔基摄像及传输设备架设：架设铁塔观测平台，基于铁塔观测平台架设智能成像与数据传输传感器系统；步骤二、智能成像与数据传输传感器系统检测及相关参数获得；步骤三、无人机河道断面测量：根据监测断面位置和智能成像与数据传输传感器系统观测范围，开展无人机野外控制飞行；通过无人机河道断面测量，获取监测断面无人机影像数据，所述无人机影像数据包括带有目标河流断面的河道形状、高程及附近地物信息的图像数据；步骤四、河道断面水下地形测量：包括水深测量数据、流速测量数据、坡降测量数据和糙率测量数据；步骤五、三维数字河道模型构建及生态流量计算方法的生成：对步骤三获得的无人机影像数据进行处理，输出数字表面模型和数字正射影像，获得水面上基础地形数据；结合步骤四获得的河道断面水下地形测量的数据，合并生成完整的三维数字河道模型；在三维数字河道模型中，每个河宽对应着相应的水位、过流面积、水力半径和湿周长；基于三维数字河道模型及流量计算公式构建湿周长-流量之间的关系，如公式8所示： 其中，Q为当河宽为RD时的河流流量，m3s；n为糙率系数；J为水力梯度；L为监测断面湿周长，m；A为过流面积，m2；k为转换常数；RD为任意河宽数值；利用湿周长-流量之间的关系，求取湿周长-流量曲线的曲率，得到湿周长-流量曲线曲率最大的点对应的流量即为生态流量： 其中，R曲为湿周-流量曲线曲率；Q为当河宽为RD时的河流流量，m3s；L为监测断面湿周长，m；所述流量计算公式如下所示：Z＝Zint2 Rh＝AL5 Q＝V×A7其中，Z为当河宽为RD时的水位，m；Zint为水面线与三维数字河道模型交点处的高程，m；A为过流面积，m2；Zi和Zi+1分别为三维数字河道模型第i个点和第i+1的高程，m；a和b分别为水面线与三维数字河道模型左右交点的点序号；L为湿周长，m；VDi和VDi+1为三维数字河道模型第i个点和第i+1的水平距离，m；Rh为当河宽为RD时的水力半径，m；V为当河宽为RD时的河流流速，ms；k为转换常数，可设为1；n为糙率系数；J为水力梯度；Q为当河宽为RD时的河流流量，m3s；RD为任意河宽数值；步骤六、基于塔基视频的水面宽度提取：6-1基于视频数据的帧影像数据提取与质量检测；6-2水面宽度与水体像元数量间转换系数率定；在视频影像中确定监测断面的位置，利用最大似然分类法将监测断面的视频影像划分为水体和非水体两部分，统计获得监测断面中的水体像元数量；结合视频影像，在数字正射影像数据中查找监测断面，得到监测断面在数字正射影像数据中的实际距离，率定该监测断面的水面宽度与水体像元数量间的转换系数，如下式所示：f＝WN12式中，f为转换系数；W为基于数字正射影像数据获取的监测断面的实际河宽，m；N为监测断面的水体像元数量；在监测河道中以1m为间隔，布设K个监测断面，K为8～15之间的自然数，将K个监测断面率定的转换系数平均值作为整个监测河道的水面宽度与水体像元数量的转换系数，其公式如下所示： 式中，f河道为监测河道的水面宽度与水体像元数量的转换系数，fn为第n个监测断面的转换系f；6-3监测河道水面宽度提取：对于新输入的视频影像，通过最大似然法分类并统计影像中K个监测断面的水体像元数量，并基于f河道计算得到监控河道的平均水面宽度，其计算公式如下所示： 式中，W河道为监测河道的水面宽度，m；Nn为第n个监测断面的水体像元数；步骤七、生态流量计算与可视化：基于步骤六获得的监测河道水面宽度及步骤五的生态流量计算方法计算得到生态流量并实现其可视化展示。

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百度查询： 北京师范大学 生态环境部卫星环境应用中心 一种基于塔基视频的自然河流生态流量实时监测方法