一种基于GIS的海洋受灾面积提取方法与流程

本发明属于海洋受灾评估领域，具体涉及一种基于GIS的海洋受灾面积提取方法。

背景技术：

据了解，目前对于溢油、赤潮等大面海洋灾害发生地点以及灾害的影响范围的监测主要是利用无人机遥感技术进行灾害区域遥感影像的采集，将采集回来的正射遥感影像通过交互式绘图工具人工测量受灾面积。通过无人机遥感监测能够做到应急响应，无需等待卫星过境或传统航空遥感的航高限制，另一方面可以克服多云和阴天气下传统的卫星光学遥感技术的缺陷，极大提高海洋机动监测和防灾减灾应急监测能力。

然而，目前海洋与渔业部门对无人机影像像幅偏小，影像数量多等存在的问题没有进一步地处理。对无人机影像的应用只停留在参考的层面，没有能够有效地利用起来。灾害的影响范围的测算还是主要依靠人工测算，需要依靠大量的工作经验，经验不足可能导致测算失准，或调整测算成果时存在大量重复性劳动或反复性调整工作，工作费时费力。因此，为了满足海洋受灾评估的需求，提高海洋受灾面积测算的高效，提升业务人员的工作效率，需要建立一套无人机海洋测算系统，辅助业务人员的日常工作。

目前海洋受灾面积的测量仅仅停留在最终得到的受灾面积的数值，还存在着以下缺点：

1、无人机影像采集与受灾面积测算相互独立，不便于实际业务化运行，人工测算面积需要大量的时间投入和反复性调整工作，工作费时费力。

2、耗费大量时间和精力测算的结果不能够很好地利用，没有直观地展示受灾区域的地理位置和影响范围，以及对周边环境产生的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于GIS的海洋受灾面积提取方法，该方法目的是建立集无人机影像采集、海洋灾害定位查询、受灾面积测算于一体的无人机海洋测算系统，实现对海洋灾害地动态监测，实时追踪，为海洋预报人员快速预警提供实时的现场数据，提高海洋机动监测和防灾减灾应急监测能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于GIS的海洋受灾面积提取方法，包括如下步骤，

S1：利用SIFT算法将无人机拍摄的数张有重叠部分的正射遥感影像进行空间匹配对准，在不同尺度空间的影像上检测出的具有方向信息的局部极值点来提取出特征向量；通过获得的特征向量进行特征匹配从而实现影像拼接，融合成一幅宽视角场景的遥感影像全景图；

S2：通过消除遥感影像全景图图像上的像元在图像坐标系中的坐标与其在包括地图坐标系的参考系统中的坐标差异，建立遥感影像的像元坐标和其在投影坐标系下相应的地物目标坐标间的对应关系；利用遥感影像全景图图像上的像元在图像坐标系中的坐标与地面坐标间的坐标转换关系实现几何校正；并将经过几何校正的遥感影像全景图通过地理坐标定位叠加到GIS平台；

S3：将通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图通过包括赤潮/溢油识别检测技术、受灾前后矢量数据叠加运算，实现赤潮灾害、溢油定位查询和面积测算以及台风、风暴潮定位查询和受灾面积测算。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，实现赤潮灾害、溢油定位查询和面积测算的具体方式如下，

将通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图通过光谱分析，利用赤潮、溢油识别检测技术，基于GIS平台的赤潮、溢油信息绘制出赤潮、溢油的变化趋势，定位跟踪赤潮、溢油的位置信息；

通过调用赤潮判识算法的动态链接库、溢油判识算法的动态链接库实现赤潮区域、溢油区域的提取，通过对赤潮区域、溢油区域遥感影像全景图进行分析，通过GIS平台提供的编辑工具实现对赤潮、溢油范围的微调以及添加算法识别失败的新区域，并计算出赤潮区域、溢油区域的面积，实现赤潮区域、溢油区域的展示。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，台风、风暴潮定位查询和受灾面积测算的具体方式如下，

对通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图，进行灾前和灾后的对比，基于GIS平台绘制出灾害情况，实现定位跟踪灾害的位置信息；

通过调用检测算法的动态链接库实现灾害区域的自动提取，而后对灾害区遥感影像图进行分析后，通过GIS平台提供的编辑工具实现对灾害区范围的微调以及添加算法识别失败的新区域，并计算出受台风、风暴潮影响的区域面积，最终生成灾害专题图。

在本发明一实施例中，用户能够通过包括灾害发生的时间、编号、名称信息对灾害区域进行定位查询。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

利用GIS技术，实现无人机影像处理、海洋灾害定位查询和海洋受灾面积测算整个流程，在海洋受灾评估领域引入GIS技术的有益在于：（1）将无人机影像数据叠加到GIS平台有利于将来做赤潮、溢油漂移过程时提供精确的数据支持，更加全面展示受灾区域的现场情况；（2）更加直观地展示海洋受灾的地理位置、受灾区域和对周围环境的影响，有利于领导实时掌握受灾情况；

海洋受灾面积测算中使用了灾害区域自动识别和人工微调的手段的有益在于：（1）系统自动识别受灾面积并通过算法自动测算受灾区域的面积，代替了之前繁琐的测算过程，有效提高工作效率（2）通过人工微调的方式修改系统自动识别并测算的结果，有利于弥补算法识别失败的不足，提高测算的准确性。

附图说明

图1为本发明赤潮灾害、溢油面积测算流程图。

图2为本发明台风、风暴潮受灾面积测算流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-2所示，本发明的一种基于GIS的海洋受灾面积提取方法，包括如下步骤，

S1：利用SIFT算法将无人机拍摄的数张有重叠部分的正射遥感影像进行空间匹配对准，在不同尺度空间的影像上检测出的具有方向信息的局部极值点来提取出特征向量；通过获得的特征向量进行特征匹配从而实现影像拼接，融合成一幅宽视角场景的遥感影像全景图；

S2：通过消除遥感影像全景图图像上的像元在图像坐标系中的坐标与其在包括地图坐标系的参考系统中的坐标差异，建立遥感影像的像元坐标和其在投影坐标系下相应的地物目标坐标间的对应关系；利用遥感影像全景图图像上的像元在图像坐标系中的坐标与地面坐标间的坐标转换关系实现几何校正；并将经过几何校正的遥感影像全景图通过地理坐标定位叠加到GIS平台；

S3：将通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图通过包括赤潮/溢油识别检测技术、受灾前后矢量数据叠加运算，实现赤潮灾害、溢油定位查询和面积测算以及台风、风暴潮定位查询和受灾面积测算。

所述步骤S3中，实现赤潮灾害、溢油定位查询和面积测算的具体方式如下，

将通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图通过光谱分析，利用赤潮、溢油识别检测技术，基于GIS平台的赤潮、溢油信息绘制出赤潮、溢油的变化趋势，定位跟踪赤潮、溢油的位置信息；

通过调用赤潮判识算法的动态链接库、溢油判识算法的动态链接库实现赤潮区域、溢油区域的提取，通过对赤潮区域、溢油区域遥感影像全景图进行分析，通过GIS平台提供的编辑工具实现对赤潮、溢油范围的微调以及添加算法识别失败的新区域，并计算出赤潮区域、溢油区域的面积，实现赤潮区域、溢油区域的展示。

所述步骤S3中，台风、风暴潮定位查询和受灾面积测算的具体方式如下，

对通过地理坐标定位叠加到GIS平台的遥感影像全景图，进行灾前和灾后的对比，基于GIS平台绘制出灾害情况，实现定位跟踪灾害的位置信息；

通过调用检测算法的动态链接库实现灾害区域的自动提取，而后对灾害区遥感影像图进行分析后，通过GIS平台提供的编辑工具实现对灾害区范围的微调以及添加算法识别失败的新区域，并计算出受台风、风暴潮影响的区域面积，最终生成灾害专题图。

用户能够通过包括灾害发生的时间、编号、名称信息对灾害区域进行定位查询。

以下为本发明的具体实施过程。

本发明方法目的是建立集无人机影像采集、海洋灾害定位查询、受灾面积测算于一体的无人机海洋测算系统，实现对海洋灾害地动态监测，实时追踪，为海洋预报人员快速预警提供实时的现场数据，提高海洋机动监测和防灾减灾应急监测能力，该方法具体实现如下：

（1）通过计算机技术，利用SIFT算法将无人机拍摄的数张有重叠部分的正射遥感影像进行空间匹配对准，在不同尺度空间的影像上检测出的具有方向信息的局部极值点来提取出特征点的位置和方向。通过获得的特征向量进行特征匹配从而实现影像拼接，然后融合成一幅没有明显色差、没有明显拼接线的宽视角场景的全景图。

（2）几何校正与GIS叠加

由于遥感成像的不稳定因素，使得遥感图像存在一定的几何畸变，通过消除图像上的像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考系统中的坐标差异，建立影像的像元坐标和它在特定的投影坐标系下相应的地物目标坐标间的对应关系。利用遥感影像坐标与地面坐标(标准地图、控制点数据)间的坐标转换关系实现几何校正。并将经过几何校正的遥感影像图通过地理坐标定位叠加到GIS平台。

（3）赤潮灾害、溢油定位查询和面积测算

将处理过的无人机拍摄的赤潮、溢油遥感影像全景图经过图像增强加载到GIS平台中，通过光谱分析，利用赤潮、溢油识别检测技术，基于GIS平台的赤潮、溢油信息绘制出赤潮、溢油的变化趋势，定位跟踪赤潮、溢油的位置信息。用户可以通过赤潮、溢油发生的时间、编号、名称、类型等信息对赤潮区域、溢油区域进行定位查询。

平台能够通过调用赤潮判识算法的动态链接库、溢油判识算法的动态链接库实现赤潮区域、溢油区域的提取，通过对赤潮、溢油遥感影像图进行分析后，能够采用平台提供的编辑工具实现对溢油范围的微调以及添加算法识别不到的新区域，并计算出相应新区域的溢油面积，实现溢油区域的展示。

（4）台风、风暴潮定位查询和受灾面积测算

将处理过的将无人机拍摄的灾害区域遥感影像图经过图像增强加载到GIS平台中，对比灾前和灾后的遥感影像图，基于GIS平台绘制出灾害情况，实现定位跟踪灾害的位置信息。用户可以通过灾害发生的时间、编号、名称等信息对灾害区域进行定位查询。

将无人机拍摄的灾害区遥感影像图加载到平台中，平台能够通过能够调用检测算法的动态链接库实现灾害区域的自动提取，通过对灾害区遥感影像图进行分析后，能够采用平台提供的编辑工具实现对灾害区范围的微调以及添加算法识别失败的新区域，并计算出受台风、风暴潮影响的区域面积，最终生成灾害专题图。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。