黄河冰凌灾害遥感动态监测模式及冰情信息提取模型研究

论文摘要

黄河的洪水问题一直是中华民族的心腹大患，而黄河冰凌灾害又是影响因素最多、成灾机理最复杂的一种灾害，从“凌汛决口，河官无罪”及“伏汛好抢，凌汛难防”的古谚语即可见一斑。因此，研究黄河冰凌灾害成灾机理，探讨冰情信息的快速检测提取模型，制定、完善并形成一套成功且可操作性强的冰凌灾害遥感动态监测模式对防灾减灾及国民经济和社会可持续发展都具有十分巨大的意义。 主要工作和研究内容：1、系统全面地研究了黄河冰凌灾害的形成机理、演变过程、影响因素及成灾特点，并对传统的冰凌观测预报模型及应用情况进行了深入的分析研究；2、在对现有在轨运行卫星的背景、特点及应用情况进行了深入分析、比较的基础上，深入研究了适合黄河冰凌灾害遥感动态监测的数据组合模式；3、全面系统地对MODIS、CBRS-02等卫星数据的背景、处理、应用进行了研究，并在充分理解MODIS各种产品算法的基础上，对基于MODIS数据的自动几何配准算法、亮度温度算法、云检测算法、冰雪检测算法等进行了深入研究；4、研究了冰雪自动检测模型建立的原理和实现方法，并在实践中进行了检验；5、对中巴资源卫星02星在黄河冰凌灾害监测中的应用进行了研究探讨。 主要研究结论： 1、黄河冰凌灾害是一个十分复杂的现象，即表现在它具有自然属性，也表现在它具有社会属性，只有采取工程措施和非工程措施相结合的手段才可能使其影响减至最小，GIS与遥感相结合的动态监测措施是现阶段行之有效的非工程措施之一。 2、综合现有在轨运行卫星特点的“四星三源”遥感动态监测模式是现阶段进行黄河冰凌灾害遥感动态监测的最佳数据组合，并被实践证明是行之有效的。 3、提出并建立的黄河冰凌信息提取模型具有较高的灵敏度，能较好的实现对黄河冰凌灾害的实时（准实时）动态监测。 4、中巴资源卫星02星数据能较好的用于黄河冰凌的精细监测，特别是其侧摆数据接收功能，能快速实现对突发灾害区域的动态监测。 主要创新点： 1、首次提出了基于MODIS、ETM+、CBERS-02、RADARSAT的“四星三源”遥感动态监测模式，并通过几年的应用取得了很好的效果。 2、首次提出并建立了基于MODIS数据的以NDSI、第2通道反射率、地26通道反射率及封冻指数为主要参数的黄河冰凌信息提取模型，并被实践证明行之有效。 3、首次应用CBERS-02的侧摆接收功能成功实现了对突发冰凌灾害的动态监测，为国产卫星的应用开辟了一个新领域。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题的意义
• 1.2 黄河冰凌灾害预测预报研究现状
• 1.2.1 流凌日期
• 1.2.2 封河日期
• 1.2.3 开河日期
• 1.2.4 冰塞和冰坝
• 1.3 冰雪遥感研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容和创新之处
• 1.4.1 论文的主要研究内容
• 1.4.2 本文的主要创新点
• 2 黄河冰凌形成机理及演变规律
• 2.1 冰凌生消演变过程
• 2.1.1.结冰期
• 2.1.1.1 成冰
• 2.1.1.2 流凌
• 2.1.2 封冻期
• 2.1.2.1 初封期
• 2.1.2.1.1 初封形式
• 2.1.2.1.2 初封形态和清沟
• 2.1.2.2 稳封期
• 2.1.3 解冻期
• 2.1.3.1 开河形势
• 2.1.3.2 凌洪成因及特点
• 2.2 冰塞、冰坝的形成机理及演变
• 2.2.1 冰塞的形成及演变
• 2.2.1.1 流冰花在冰盖前缘的运动状态分析
• 2.2.1.2 流冰花在冰盖下的运动状态分析
• 2.2.1.3 冰塞的形成及演变
• 2.2.2 冰坝的形成及演变
• 2.2.2.1 冰坝的形成及分类
• 2.2.2.2 冰坝受力及溃决成因分析
• 2.3 黄河冰凌洪水特点及主要影响因素
• 2.3.1 黄河冰凌洪水特点
• 2.3.2 影响凌汛的主要因素及相互关系
• 2.3.2.1 热力因素
• 2.3.2.2 水力因素
• 2.3.2.3 河流走向及河流地理位置特征
• 2.3.2.4 人为因素
• 2.4 黄河凌洪灾害概要
• 2.4.1 下游河段
• 2.4.2 宁蒙河段
• 2.4.3 中游河段
• 2.5 本章小结
• 3 黄河凌情观测及预报模型研究进展
• 3.1 黄河冰凌观测概述
• 3.1.1 观测站网建设
• 3.1.2 观测项目和内容
• 3.2 黄河凌情预报研究
• 3.2.1 指标法
• 3.2.1.1 流凌日期预报
• 3.2.1.2 封河预报
• 3.2.1.3 开河日期预报
• 3.2.1.4 开河凌峰流量预报
• 3.2.1.5 指标法评述
• 3.2.2 经验相关法
• 3.2.2.1 流凌日期预报
• 3.2.2.2 封河日期预报
• 3.2.2.3 开河日期预报
• 3.2.2.4 开河最高水位最大流量预报图
• 3.2.2.5 经验相关法评价
• 3.2.3 冰凌预报数学模型研究
• 3.2.3.1 中芬合作黄河下游冰凌数学模型
• 3.2.3.2 黄河下游实用冰情预报模型
• 3.2.3.3 黄河上游实用冰情预报数学模型
• 3.2.3.4 黄河下游凌情数学模拟
• 3.2.3.5 冰凌预报数学模型评价
• 3.3 本章小结
• 4 四星三源遥感动态监测模式研究
• 4.1 冰雪遥感原理与方法
• 4.1.1 冰雪遥感原理
• 4.1.2 冰雪遥感方法
• 4.2 目前在轨运行卫星现状及特点
• 4.2.1 地球资源卫星（LANDSAT美国）
• 4.2.2 法国SPOT卫星系列
• 4.2.3 中巴资源-1（CBERS-01、02）
• 4.2.4 依科诺斯（IKONOS）
• 4.2.5 快鸟卫星（QuickBird）
• 4.2.6 加拿大雷达卫星—1（RADARSAT-1）
• 4.2.7 地球环境资源卫星（EOS／MODIS美国）
• 4.3 四星三源动态监测模式内容及实现方法
• 4.3.1 监测内容
• 4.3.2 四星三源动态监测模式
• 4.3.3 监测方法与技术流程
• 4.3.3.1 监测方法
• 4.3.3.2 监测技术流程
• 4.4 四星三源监测模式应用实践
• 4.4.1 宁蒙河段监测
• 4.4.1.1 封河期监测
• 4.4.1.2 开河期监测
• 4.4.2 野外查勘
• 4.4.3 CBERS-02在凌汛监测中的应用
• 4.4.3.1 封河前监测河势现状
• 4.4.3.2 封河期监测河道封河情况
• 4.4.3.3 开河期监测凌汛发展
• 4.4.3.4 典型凌情斛译标志的建立
• 4.4.3.5 小北干流漫滩监测
• 4.5 本章小结
• 5 冰凌信息提取模型研究
• 5.1 EOS MODIS数据
• 5.1.1 EOS计划
• 5.1.1.1 计划概述
• 5.1.1.2 EOS计划的卫星及其传感器
• 5.1.2 MODIS传感器
• 5.1.2.1 MODIS仪器
• 5.1.2.2 MODIS波段分布及技术指标
• 5.1.3 MODIS数据应用综述
• 5.1.3.1 陆地科学的应用
• 5.1.3.2 大气科学的应用
• 5.1.3.3 海洋科学的应用
• 5.1.3.4 综合应用
• 5.2 冰凌检测中MODIS数据处理研究
• 5.2.1 几何精处理研究
• 5.2.1.1 几何校正的目的和意义
• 5.2.1.2 常用影像匹配方法
• 5.2.1.3 常用几何纠正方法
• 5.2.1.4 MODIS数据的自动几何精正
• 5.2.2 太阳高度角与日地距离订正
• 5.2.3 反射／辐射率计算
• 5.2.4 温度的研究
• 5.2.4.1 亮度温度
• 5.2.4.2 冰面温度
• 5.2.5 云检测研究
• 5.2.5.1 可见光反射率
• 5.2.5.2 近红外反射率
• 5.2.5.3 热红外亮温
• 5.2.5.4 空间均一性检测
• 5.2.5.5 黄河冰凌检测模型中云检测算法的选择
• 5.2.6 归一化差分积雪指数（NDSI）
• 5.2.7 冰、水区分研究
• 5.3 冰凌信息提取模型的建立及实现
• 5.3.1 冰凌检测模型参数选择及数据处理流程
• 5.3.2 基于封冻指数的算法描述
• 5.3.3 检测结果的分级
• 5.3.4 冰凌检测程序模块实现
• 5.3.4.1 MODIS图像的配准
• 5.3.4.2 MODIS图像去云处理
• 5.3.4.3 掩模图制作及掩模处理
• 5.3.4.4 模块编程实现
• 5.3.5 模型验证
• 5.3.5.1 试验区的选择
• 5.3.4.2 模型验证
• 5.4 冰凌检测信息系统简介
• 5.4.1 图像处理
• 5.4.2 冰凌检测
• 5.4.3 结果分析
• 5.4.4 生成成果图
• 5.5 本章小结
• 6 结论和讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附录