本发明属于湖泊面积动态监测，具体涉及一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法及系统。
背景技术：
1、水资源是地球上最为重要的自然资源之一，不仅是生物赖以生存的基石，也是生态系统中不可或缺的一环。湖泊作为重要的水体，在水资源中扮演多种生态角色，可以为周围环境提供水资源、洪涝调节、温度调节和气候调节等服务，还是许多生物的栖息地，对养殖捕捞和农业灌溉具有重要意义。然而，随着全球气候变化和人类活动的影响，湖泊的数量、水量、形态和分布发生了显著变化，对水资源利用、生态环境保护和社会健康发展产生了重大影响。因此，监测湖泊面积并研究其动态变化具有重要意义。
2、传统的湖泊变化监测主要依赖于传统水文观测，通过直接测量水位和面积来获取数据。尽管这种方法精度较高，但耗费人力和时间。特别是在一些地理位置特殊的区域，如高海拔地区，实地测量困难，观测数据缺失严重。目前我国已经在各个大型湖泊布置了数目众多的自动水文检测站，但水文站仅能检测湖泊中某一点的水文信息，无法对湖泊整体进行检测分析。卫星遥感作为一种广泛应用的空间技术，由于其覆盖范围广、时间跨度大、时效性强、空间分辨率高的特点，被广泛应用于地表水体监测。湖泊监测的遥感应用始于1973年，近年来已在多个方面得到应用，包括湖泊富营养化、水质评估和水域范围。湖泊水域面积监测是湖泊水情研究的基础，中高分辨率遥感卫星的发展为大尺度湖泊面积的精细监测提供了多种数据源。在地表水的遥感监测中，光学传感器具有高时间分辨率和较大空间范围的优势。然而，受到天气影响，光学传感器易受雨雪天气影响，导致影像不可用。此外，受到时间分辨率和空间覆盖度的限制，在某些时间可能遗漏监测目标，特别是在较短时间间隔的监测频次下，这一问题更加突出。在这种情况下，探索间接获取湖泊信息的方法显得十分必要。
3、目前在遥感影像处理领域，针对影像缺失导致的湖泊面积数据缺失问题，已经提出了一些基于影像的湖泊面积计算方法，这些方法是以原始遥感影像为研究对象，对于影像上的若干个像素进行各种处理从而复原遥感影像，这种基于像素的湖泊面积计算方法目前存在着计算复杂、耗费运算资源和在影像连续大量缺失时无法生效的问题。把湖泊作为研究对象直接研究其面积的插值方法，有助于克服像素方法的缺陷，从而进一步提高湖泊面积计算的速度和准确性。
技术实现思路
1、本发明针对遥感影像湖泊长时序监测过程中遥感影像缺失导致的湖泊面积错误与缺失问题，提出一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，在湖泊水体面积存在连续大量缺失的情况下，能够准确获取湖泊面积，并在此基础上全方面对湖泊的时空演变特征进行分析。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案为一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，包括以下步骤：
3、步骤1，基于土地利用数据集提取研究区各湖泊的月度湖泊面积；
4、步骤2，利用箱线图方法剔除各湖泊月度湖泊面积的异常值；
5、步骤3，根据各湖泊剔除异常值后的月度湖泊面积和对应的时间，构建各湖泊的时间-面积矩阵；
6、步骤4，基于湖泊的时间-面积矩阵，利用自适应加权卷积的方式确定该湖泊缺失时间点的湖泊面积。
7、而且，所述步骤1中首先将研究区一个月内不同时间点的土地利用数据集进行合并，得到研究区水体每月一次的月度水体产品，然后对月度水体产品中的湖泊水体范围进行裁剪，仅保留与湖泊范围相关的影像，最后计算研究区各个湖泊范围内水体的面积。
8、而且，所述步骤2中根据步骤1得到的各个湖泊每个月的月度湖泊面积，统计每个湖泊月度面积数据序列的箱线图，找到上限与下限之外的数据，认为其是异常的数据值，将其剔除。
9、而且，所述步骤3中时间-面积矩阵的行表示湖泊影像的月份，列表示湖泊影像的年份，矩阵的值代表湖泊面积。
10、而且，所述步骤4中当湖泊在某个时间点的面积数据缺失时，在二维的时间-面积矩阵中以面积数据缺失的时间点为中心提取一个m×m的矩阵，m为奇数，通过自适应加权卷积的方式确定缺失时间点的湖泊面积，自适应加权卷积的权重根据提取出的m×m矩阵中各个数据与面积数据缺失时间点的距离确定，具体计算公式如下：
11、
12、
13、式中，ym表示缺失时间点处的待求湖泊面积，i是行号，j是列号，wi,j表示第i行、第j列的权值，ji,j是第i行、第j列的湖泊面积。
14、本发明还提供一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值系统，用于实现如上所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
15、而且，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
16、或者，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
17、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
18、与现有技术相比，本发明具有如下优点：
19、针对遥感影像湖泊长时序监测过程中遥感影像缺失导致的湖泊面积错误与缺失问题，提出一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，首先提取研究区各湖泊的月度湖泊面积，然后利用箱线图方法剔除月度湖泊面积异常值，通过时间格网将一维的湖泊面积序列转换到二维的时间-面积矩阵，最后利用自适应加权卷积的方式确定缺失时间点的湖泊面积。本发明在湖泊水体面积存在连续缺失的情况下，能够准确获取湖泊面积，相较于常规的时间线性插值和多项式插值的方法效果更好，具有更强的适应性，对于利用遥感影像对湖泊进行长时序监测分析具有重要的实际价值。
1.一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，其特征在于：步骤1中首先将研究区一个月内不同时间点的土地利用数据集进行合并，得到研究区水体每月一次的月度水体产品，然后对月度水体产品中的湖泊水体范围进行裁剪，仅保留与湖泊范围相关的影像，最后计算研究区各个湖泊范围内水体的面积。
3.如权利要求1所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，其特征在于：步骤2中根据步骤1得到的各个湖泊每个月的月度湖泊面积，统计每个湖泊月度面积数据序列的箱线图，找到上限与下限之外的数据，认为其是异常的数据值，将其剔除。
4.如权利要求1所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，其特征在于：步骤3中时间-面积矩阵的行表示湖泊影像的月份，列表示湖泊影像的年份，矩阵的值代表湖泊面积。
5.如权利要求1所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法，其特征在于：步骤4中当湖泊在某个时间点的面积数据缺失时，在二维的时间-面积矩阵中以面积数据缺失的时间点为中心提取一个m×m的矩阵，m为奇数，通过自适应加权卷积的方式确定缺失时间点的湖泊面积，自适应加权卷积的权重根据提取出的m×m矩阵中各个数据与面积数据缺失时间点的距离确定，具体计算公式如下：
6.一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值系统，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的程序指令执行如权利要求1-5任一项所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
7.一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值系统，其特征在于，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如权利要求1-5任一项所述的一种基于卷积时间格网的湖泊面积插值方法。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
