基于遥感和GIS的河漫滩洪水淹没分析与建模方法研究

【摘要】洪水,作为常见的自然现象之一,不仅影响着人们的生活和生产,也影响着自然界多种生物群体的生存与繁荣。作为洪水最重要的性质,洪水淹没一直是洪水研究重点关注的问题。对洪水淹没的研究包括对洪水淹没的探测、对淹没范围的制图、以及以淹没概率估测和淹没范围预测为代表的洪水淹没建模。随着空间技术的发展,地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)和遥感(RemoteSensing,RS)技术在其中的应用日益突出,相关研究方法日益丰富和成熟。不过,就目前看来,依然有很多问题值得进一步研究。首先是基于遥感技术探测洪水淹没的精度和稳定性问题,以及遥感影像自身空间分辨率和时间分辨率之间的相互制约对洪水淹没探测和制图的影响。其次,对一个区域来说,不仅需要探测在某次洪水中是否被淹没,而且需要分析其被洪水淹没的概率,但目前只有一些单纯基于时间序列流量数据分析洪水概率的方法,结合遥感和GIS方法的应用很少,因而就很难获取具有空间特征的洪水淹没概率。最后,对河漫滩区域来说,是否被洪水淹没与上游来水有密切关系,但同时又和地形有关。目前的一些研究基于河道观测流量和河漫滩淹没之间的相关关系建立了经验关系模型,但这些模型大多未考虑地形因素,对淹没范围及水深的分析与建模缺乏足够的理论支持。本文在分析了国内外已有研究的基础之上,提出基于RS和GIS的河漫滩洪水淹没分析与建模方法,方法涵盖了洪水淹没的探测、制图和建模等方面。论文的主要研究内容和成果如下：(1)MODIS(Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer)数据具有覆盖范围广、重复周期短、易获取等优点,是比较理想的大范围洪水淹没探测工具。本文详细介绍了MODIS数据及其在洪水淹没探测中的应用,并概括了利用MODIS数据探测洪水淹没的方法,重点介绍了水体指数法。考虑到现有的指数方法大多需要人为地调整水体分割的阈值,导致它们不太适合对洪水淹没范围的自动提取,本文引入开放水体似然性(OpenWaterLikelihood,OWL)指数,它的特点是其在时间序列遥感影像上一致和稳定的表现。本文利用更高空间分辨率的同期Landsat影像,对MODIS影像上基于OWL指数的水体判读的精度和可靠性进行了分析和论证,分析结果显示利用OWL指数从MODIS影像中提取水体具有较高的精度和较好的稳定性,可以使用统一的阈值对影像上的淹没范围进行自动识别。(2)水文站观测流量数据最大的优点是其具有很长的历史记录,而遥感技术的特点是其可以快速获取洪水淹没的空间分布。本文提出了基于时间序列观测流量数据和MODIS数据的河漫滩洪水淹没时空分析方法,充分发挥两类数据各自的优势,实现了对大区域尺度洪水淹没的时间和空间特征的分析。本文以澳大利亚的Murray-DarlingBasin(MDB)作为实验区,首先对该实验区基于河道网络数据和水文站位置信息进行了一个分区的工作,保证了在各个分区内观测流量和遥感探测的洪水淹没之间的密切联系。基于这个分区框架,本文利用时间序列观测流量数据和MODIS数据得到了这个大的流域盆地内的包括淹没持续时间、年际淹没模式、淹没频率和淹没概率等洪水淹没特征。(3)考虑到当前的基于河道流量数据和河漫滩淹没范围经验关系模型的洪水淹没建模方法在理论基础上的不足,本文引入地形数据,提出了河段尺度的基于观测流量数据、Landsat影像以及数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)数据的洪水淹没连通性及水深分析与建模方法。该方法被应用于MDB内的一段典型河段,得到了该区域内下游河漫滩淹没状况与上游水文站观测流量之间的相关关系,并以此预测不同流量条件下河漫滩区域的各处是否被淹没及淹没的水深。(4)在利用遥感影像进行洪水淹没制图的时候,混合像元问题是制约制图精度的重要因素,尤其是对于MODIS这种空间分辨率相对较低的遥感数据。本文从混合像元分解与重构的角度探讨了提高洪水淹没制图精度的可行性,提出了基于DEM改进的河漫滩洪水淹没亚像元制图算法,并利用实验数据对该算法的结果进行了分析和评价。分析结果表明,相较于传统的亚像元制图算法,改进的算法得到的淹没范围无论在形态上还是在精度上都有了明显的提高。
【作者】黄昌；
【导师】吴健平；陈芸；
【作者基本信息】华东师范大学，地图学与地理信息系统，2014，博士
【关键词】MODIs；Landsat；观测流量；洪水淹没探测；开放水体似然性指数；时空分析；亚像元制图；

【参考文献】
[1]洪扬.性别视角下的弹词小说《凤双飞》研究[D].吉林大学,中国古代文学,2014,硕士.
[2]李业华.蒙古国留学生成语使用偏误分析及教学策略[D].内蒙古师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[3]邹文灏.定期财务报告披露前的内部人交易回报[D].上海交通大学,金融,2013,硕士.
[4]杨真.糖尿病合并骨质疏松症患者的中医证素相关性研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[5]郭文斌,方俊明.我国ASD者面孔识别研究热点知识图谱[J].心理与行为研究,2014,04:490-495.
[6]赵娟.云南少数民族文化元素在动画艺术设计中的运用研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2013,硕士.
[7]张丹.雌激素受体α和β在人乳腺组织的表达及其在激素替代治疗中的意义[D].浙江大学,2001.
[8]龚岩梅.网络犯罪刑事管辖权的冲突与解决[D].兰州大学,刑法学,2012,硕士.
[9]刘莹.我国跨区域地方治理中的利益协调问题研究[D].山东大学,行政管理,2013,硕士.
[10]王旋.重污染行业上市公司环境信息披露的经济后果研究[D].山东财经大学,会计学,2013,硕士.
[11]卢志明,高红刚,杜斌康,卢沛.喷丸压力和时间对304不锈钢焊接接头组织性能的影响[J].材料热处理学报,2013,11:176-180.
[12]郭会芳.基于粒子群算法的通信基站空调能效比参数辨识[D].湖南大学,计算机科学与技术,2012,硕士.
[13]韩兵安.汽车半主动悬架神经网络自适应控制研究[D].河北工程大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[14]章坚民,姜健宁,沈水明,楼群惠,孙昕.基于采集与分析过程的电网故障信息系统界面设计[J].电力系统自动化,2007,17:65-68.
[15]罗国标.青藤碱对偏头痛模型大鼠血浆、脑干神经递质及脑干即刻早期基因表达的影响[D].遵义医学院,神经病学（专业学位）,2012,硕士.
[16]刘林东,印鉴.Web挖掘在考试系统中应用[J].计算机应用研究,2005,02:150-151+154.
[17]刘霄.大病保险“费用模式”费率研究[D].华东师范大学,精算学,2013,硕士.
[18]王明晖.基于统计过程控制和图的序列的社会网络分析及异常诊断[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[19]陈晨.封边机参数化设计系统的研究及应用[D].广东工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[20]董晓.混合动力车用永磁同步电机矢量控制策略研究[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[21]孔亚男.城乡一体化转型期的苏南小城镇规划实践考察[D].苏州大学,艺术设计（专业学位）,2014,硕士.
[22]蔡珍珍.不同倍性水稻胚乳贮藏蛋白及相关基因的表达差异研究[D].湖北大学,遗传学,2011,硕士.
[23]张丽佳.基于复杂网络的北京地铁网络结构特征与抗攻击能力研究[D].中国地质大学（北京）,管理科学与工程,2014,硕士.
[24]吕志民,王帅,张学军.热装模式下板坯库动态调度系统研究与应用[J].冶金自动化,2012,03:24-28.
[25]李小林.嵌入式机器视觉技术在雪花牛肉品质检测中的应用研究[D].南京农业大学,机械工程,2013,硕士.
[26]朱茜茜.试论内战后制约美国南部农业发展的经济因素[D].西北师范大学,世界史,2014,硕士.
[27]伍俊艺.吉林玉米带黑土高产土壤的酶活性特征研究[D].吉林农业大学,农业资源利用,2012,硕士.
[28]朱宏达.全球价值链下波司登的国际化模式研究[D].苏州大学,国际商务（专业学位）,2014,硕士.
[29]朱松.表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）酶法乙酰化分子修饰及其产物的抗氧化性能研究[D].江南大学,食品科学,2014,博士.
[30]起橄培.基于Pro/E的混凝土搅拌车螺旋叶片CAD/CAM系统研究与开发[D].中南林业科技大学,机械制造及自动化,2013,硕士.
[31]周涛.学校社会工作对青少年校园暴力行为的应用研究[D].西北大学,社会工作（专业学位）,2014,硕士.
[32]林琳.多媒体网络环境下任务型教学在英语专业精读课中应用研究[D].东北师范大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[33]张波.地震模拟振动台及其控制方法研究[D].兰州理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[34]何宛晟.不同年限人参根际土壤理化性质及酶活性研究[D].吉林农业大学,生态学,2014,硕士.
[35]张志芳.粉末涂敷法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜[D].内蒙古大学,物理电子学,2014,硕士.
[36]韩彦岭.面向复杂设备的远程智能诊断技术及其应用研究[D].上海大学,2005.
[37]陈玲玲.浅析触控面板技术趋势[J].价值工程,2013,32:293-294.
[38]王曙燕,周明全,耿国华.医学图像的关联规则挖掘方法研究[J].计算机应用,2005,06:1408-1409.
[39]王记.马里旦新人权理论及对我国法治建设的启示[D].辽宁大学,法学理论,2012,硕士.
[40]张琪,任旭.我国建筑企业国际化路径分析[J].项目管理技术,2014,09:14-19.
[41]张帆.公务员养老保险制度改革的难点及路径研究[D].西南交通大学,社会保障,2014,硕士.
[42]王秋实.纳米聚氨酯复合材料耐磨性能研究[D].北京建筑大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[43]赵龙,陈哲.新型联邦最小二乘滤波算法及应用[J].自动化学报,2004,06:897-904.
[44]高峰.压电陶瓷器件在球磨机喂料自调系统中的应用[J].冶金自动化,1984,03:41-44.
[45]朱莹.心脏发育候选基因WDR26的研究[D].湖南师范大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[46]刘钦.约束梁高温后力学性能及其研究[D].北京建筑大学,防灾减灾及防护工程,2013,硕士.
[47]冯宇光.电子纸用多彩电泳粒子的合成及应用[D].北京交通大学,2011.
[48]王之遥.全身麻醉药物对大脑功能连接性的影响[D].复旦大学,麻醉学,2012,硕士.
[49]于凌宇.塑膜电容器交流声的消声对策[J].世界电子元器件.2001(04)
[50]谢志忠.浅谈报纸情报源的挖掘[J].图书馆工作与研究,2004,03:53-55.