本發(fā)明涉及遙感目標(biāo)識(shí)別的，特別是一種基于遙感序列和多源時(shí)空數(shù)據(jù)的河網(wǎng)水質(zhì)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、河流是人類及其他生物賴以生存的自然系統(tǒng)，同時(shí)河流也是受人類活動(dòng)和氣候變化影響最為劇烈的自然系統(tǒng)。人類對(duì)河流的干擾相關(guān)研究涉及全球、國家、地區(qū)、城市、河流等多種尺度，關(guān)注因素包括外在干擾（土地利用、基礎(chǔ)設(shè)施、人類聚居、人類活動(dòng)）和內(nèi)在干擾（水壩、渠化、堤岸）。干擾度評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：徑流量變化、水質(zhì)、阻斷程度、幾何特征等，其中河流水質(zhì)變化是人類對(duì)河流影響最直接的表現(xiàn)。隨著人們對(duì)生活水平要求的不斷提高，很多國家都開展了大規(guī)模的河流水質(zhì)提升工程，很多河流的水質(zhì)獲得了改善。如何快速、高效評(píng)估國家甚至全球尺度河流污染水平，對(duì)政策制定和措施安排具有非常重要的意義。

2、目前河流污染水平評(píng)估主要靠各種監(jiān)測手段，包括監(jiān)測站、遙感等，但這些監(jiān)測手段覆蓋面不夠，而且成本高，難以高效獲取大范圍河流污染水平。

3、公開號(hào)為cn118777222a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種基于遙感數(shù)據(jù)的水質(zhì)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，其中方法包括基于遙感平臺(tái)采集監(jiān)測區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)，將收集的高光譜數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)分別構(gòu)成數(shù)據(jù)集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)校正；對(duì)校正后的高光譜數(shù)據(jù)集和多光譜數(shù)據(jù)集計(jì)算概率分布進(jìn)行配準(zhǔn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。該方法的缺點(diǎn)是采用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，未考慮其他因素，存在水質(zhì)誤判問題，同時(shí)無法進(jìn)行國家級(jí)或全球尺度水質(zhì)評(píng)估。

4、公開號(hào)為cn114384015a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種基于多源遙感和機(jī)器學(xué)習(xí)的水環(huán)境監(jiān)測方法，包括：對(duì)研究水體歷史水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理；對(duì)研究區(qū)域多源歷史遙感影像處理、解析、融合得到多源歷史遙感數(shù)據(jù)；將監(jiān)測水體實(shí)際水質(zhì)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的多源歷史遙感數(shù)據(jù)時(shí)空融合，形成水質(zhì)反演數(shù)據(jù)集并預(yù)處理；利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法反演水質(zhì)參數(shù)，經(jīng)性能評(píng)估擇優(yōu)選取水質(zhì)反演模型；基于擇優(yōu)選取的模型對(duì)多源實(shí)時(shí)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演，得到監(jiān)測指標(biāo)值并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范預(yù)警。該方法的缺點(diǎn)是適用于特定水質(zhì)類型且監(jiān)測范圍有限，不適用于國家級(jí)以上大尺度水質(zhì)評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于遙感序列和多源時(shí)空數(shù)據(jù)的河網(wǎng)水質(zhì)評(píng)估方法，利用夜光遙感數(shù)據(jù)評(píng)估城市發(fā)展階段，融合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污水廠、降雨特征等數(shù)據(jù)，進(jìn)行國家以上尺度大范圍水質(zhì)評(píng)價(jià)。

2、本發(fā)明的目的是提供一種基于遙感序列和多源時(shí)空數(shù)據(jù)的河網(wǎng)水質(zhì)評(píng)估方法，包括獲取河流流域數(shù)據(jù)和多年夜光遙感數(shù)據(jù)，還包括以下步驟：

3、步驟1：以流域?yàn)閱挝唬?jì)算每個(gè)流域的降水波動(dòng)率 variation precipitation；

4、步驟2：利用多年夜光遙感數(shù)據(jù)變化率計(jì)算流域內(nèi)主要城鎮(zhèn)發(fā)展階段；

5、步驟3：將國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提取到流域中；

6、步驟4：計(jì)算每條河流的水質(zhì)水平。

7、優(yōu)選的是，所述河流流域數(shù)據(jù)包括每個(gè)河流的1-12月逐月的平均降水量。

8、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述每個(gè)流域的降水波動(dòng)率 variation precipitation的計(jì)算公式為

9、

10、其中，為每個(gè)流域中1月-12月降雨量的平均值， precipitation m為該流域第 m月的降雨量。

11、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟2包括以下子步驟：

12、步驟21：按照流域邊界匯總每個(gè)流域逐年的夜光遙感亮度值；

13、步驟22：計(jì)算最近5年的燈光亮度值與前5年的燈光亮度值的亮度比值；

14、步驟23：利用所述亮度比值來計(jì)算流域內(nèi)城鎮(zhèn)的發(fā)展階段。

15、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述亮度比值的計(jì)算公式為

16、

17、其中， ntl i為該流域第 i年的夜光遙感亮度值， y為當(dāng)前年份， y-5表示該年份往前推5年， y-6表示該年份往前推6年， y-10表示該年份往前推10年， gradient ntl為得到的當(dāng)前年份的夜光遙感亮度值的比值。

18、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述發(fā)展階段的評(píng)價(jià)方法為：所述亮度比值越大，表示城鎮(zhèn)發(fā)展快，所述亮度比值越小，表示城鎮(zhèn)發(fā)展越成熟。

19、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟3包括以下子步驟：

20、步驟31：將國家分為發(fā)達(dá)國家、發(fā)展中國家、不發(fā)達(dá)國家三類，并對(duì)每個(gè)國家賦予經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平值；

21、步驟32：按照每個(gè)流域單元所在的國家將該國家對(duì)應(yīng)的所述經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平值賦給每個(gè)流域。

22、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述發(fā)達(dá)國家、發(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)國家分別對(duì)應(yīng)的所述經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平值為0.5、1.5和1，表示國家層面總體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和污染治理策略對(duì)河流水質(zhì)的影響。

23、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟4包括以下子步驟：

24、步驟41：計(jì)算每個(gè)流域的污染產(chǎn)生量 pollution；

25、步驟42：計(jì)算每個(gè)流域的水質(zhì)水平 waterindex catchment。

26、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述每個(gè)流域的污染產(chǎn)生量 pollution的公式為

27、 pollution=ntl catchment× gradient ntl× variation precipitation× coe develop

28、其中， ntl catchment為該流域的夜光遙感亮度值， gradient ntl為該流域的夜光遙感亮度的比值， variation precipitation為降雨量波動(dòng)率， coe develop為該流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平值。

29、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述每個(gè)流域的水質(zhì)水平 waterindex catchment的計(jì)算公式為

30、

31、其中， runoff river為該流域所包含河流的流量， waterindex catchment為流域包含河流的水質(zhì)水平。

32、本發(fā)明提出了一種基于遙感序列和多源時(shí)空數(shù)據(jù)的河網(wǎng)水質(zhì)評(píng)估方法，利用夜光遙感數(shù)據(jù)在全球不同地區(qū)數(shù)據(jù)一致性高的優(yōu)勢，綜合人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平等數(shù)據(jù)，可進(jìn)行全球尺度河網(wǎng)水質(zhì)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果在地區(qū)之間、國家之間具有很高的一致性，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)國家、地區(qū)之間的水質(zhì)評(píng)估。