海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法与流程

本发明涉及海洋信息，尤其涉及海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法。

背景技术：

1、我国近海拥有一万多个海岛礁，海岛礁作为壮大我国海洋经济发展、拓展海洋发展空间的重要依托，海岛监视监测是海岛礁管控的重要内容，实现了海岛岸线、岛体形态、植被覆盖、开发利用等海岛基本要素的业务化监视监测，为海岛的保护管理提供了重要支撑。当前，已有的海岛监视监测系统主要包括海岛基础信息查询、基础数据统计分析、海岛二三维可视化分析和数据统计分析等功能，仅实现了海岛基本信息的查询、展示和统计，没有起到辅助决策的作用。

2、现有的海岛监视监测方法与系统仅实现了基本的海岛信息查询展示和统计，但其缺乏及时有效的发挥海岛礁开发利用管控的作用，在海岛礁专题要素提取、海岛礁开发利用变化分析和提供辅助决策工作需求上存在较大差距，总体上，仍存在监测数据时效性不强、数据自动化处理程度低、辅助决策作用不强等问题，具体问题如下：

3、(1)监测数据时效性不强：

4、现有系统的遥感监测数据获取频率为半年度，数据更新频率周期长，只能实现海岛礁年度变化对比统计，对于长时序、人为开发活动频繁的海岛礁的监测程度不够、效果不大，不能实现海岛礁变化的短时监测和有效管控。

5、(2)数据提取效率低：

6、海岛礁要素覆盖变化提取是海岛礁监视监测的重要过程和数据，现有系统主要采用人工解译的方式实现海洋专题数据变化区域的获取，提取速度慢，工作量巨大，在提取的过程中消耗大量的人力、财力和物力，且时效性很差。同时在提取过程中，由于工作人员不同的数字化标准，会出现提取数据精度不统一的问题。

7、(3)数据统计分析自动化强度不够：

8、现有系统针对海岛礁的统计数据主要是通过人工统计的方式得到.xls格式的统计数据，再进行入库，在系统前端实现统计图表的可视化展示，没有实现全流程、自动化的统计数据计算和前端自动分析展示。同时，在进行数据修改和数据更新或改变数据统计功能的时候，需要修改系统后台代码，进行系统重新发布，对工作人员的业务能力要求较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法，该方法围绕海岛礁整治修复项目和开发利用管控等应用需求，研发海岛礁专题要素变化区域自动提取模型，应用每半月观测的多时序高分遥感影像数据进行海岛礁专题要素提取、要素变化数据计算并进行数据组织管理与服务发布，通过二三维联动可视化方法实现海岛礁基础信息、海岛礁专题要素的查询展示及多时序变化数据的统计分析，结合海岛礁开发利用项目规划数据，为业务人员对海岛礁的监视监测与管控提供辅助决策。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法，包括以下步骤：

4、步骤1：通过卫星提取海岛礁专题要素数据，并对海岛礁专题要素数据进行配图和服务发布调度；

5、步骤2：提取与调度海岛礁专题要素变化区域；针对多时序海岛礁专题要素数据，构建海岛礁专题要素变化区域自动提取模型，通过设定变化阈值对超过阈值的变化区域进行自动提取，形成具有空间信息的线数据或面数据；

6、步骤3：基于b/s架构构建包含数据采集处理层、数据存储层、服务层和应用层在内的海洋二三维可视化系统；

7、步骤4：基于统一时空基准框架，根据业务应用需求显示不同，以平面图的形式构建海洋二维场景；

8、步骤5：采用多源数据融合方法实现海量多源、多时相、多尺度空间数据的融合，创建海洋三维球体模型；

9、步骤6：应用二三维场景多屏联动方式进行海岛空间信息的二三维可视化展示。

10、优选的，步骤1中，海岛礁专题要素数据包括植被、构筑物及填海造地的海岛礁覆盖面要素，以及人工岸线、自然岸线的海岛礁岸线要素；要素提取完成后，争议区域采用无人机拍摄或者人工实地调研核对的方式对提取要素进行现场核对以保证提取要素的准确性和唯一性。

11、优选的，步骤2的海岛礁专题要素变化区域自动提取模型，具体包括线变化自动提取模型和面变化自动提取模型，由线变化自动提取模型和面变化自动提取模型相结合，对相邻时序的海岛礁植被、构筑物、填海造地、海岛岸线等海岛礁专题要素变化区域进行自动提取与入库；而后按照数据时间进行数据分类组织和存储，构建海岛礁专题要素数据库进行海岛礁专题要素数据和要素变化数据的存储管理，最后对海岛礁专题要素变化数据进行配图和服务发布。

12、优选的，步骤2中线变化自动提取模型的构建方法，具体包括如下步骤：

13、步骤2.1a：提取两条相同区域不同时期的岸线a和岸线b的专题要素数据；

14、步骤2.2a：将岸线a按照节点打断，形成一个线段集合，分别与岸线b进行相交运算，根据结果进行分类，具体类型包括：与岸线b重合的线段、与岸线b相交的线段、与岸线b不相交的线段，其中与岸线b重合的线段为未变化区域，与岸线b不相交的线段为变化区域；

15、步骤2.3a：对与岸线b相交的线段进行再次计算，计算出每个线段与岸线b重合的部分和不重合的部分，对不重合部分进行长度判断；

16、步骤2.4a：设置变化阈值，超过阈值为变化岸线，不超过阈值范围线段为未变化岸线；最终获得与岸线b重合部分或变化区域长度小于阈值的未变化的岸线，以及与岸线b不重合且长度超过阈值的变化岸线。

17、优选的，步骤2中面变化自动提取模型的构建方法，具体包括如下步骤：

18、步骤2.1b：提取不同时期专题要素面a和专题要素面b的变化区域，并按照顶点打断两个要素面，以得到线段集合a和线段集合b；

19、步骤2.2b：将所有定点按顺序存储，获得点集合a和点集合b，对两个线段集合进行相交计算，获得所有交点；而后按照顺序关系，将交点分别插入点集合a和点集合b，并做相应标记；

20、步骤2.3b：分别计算点集合a内的点是否在专题要素面b内，点集合b内的点是否在专题要素面a内，进而获得点集合a在专题要素面b内的点、点集合a在专题要素面b外的点、点集合b在专题要素面a内的点和点集合b在专题要素面a外的点；

21、步骤2.4b：对专题要素面a和专题要素面b进行空间拓扑分析，得到以下3种空间位置关系：

22、一是线段集合a与b没有交点，且点集合a没有在面b内的点，点集合b没有在面a内的点，即面a和面b不相交，面b为新增专题要素面；

23、二是线段集合a与b没有交点，但是点集合a的点都在b内，则面b包含面a，反之面a包含面b，面a与面b中间的环形部分，即为面变化部分；

24、三是一个面的部分点在另外一个面内，即两个面相交，以交点为a、b集合的点顺序进行连线，其中，点集合a面外点和点集合b面内点连线得到要素面b相对于面a的要素面增加部分，点集合a面内点和点集合b面外点连线得到要素面b相对于面a的要素面减少部分，点集合a面内点和点集合b面内点连线得到要素面b和面a的相交部分即要素面未变化部分；

25、步骤2.5b：对变化区域进行面积判断，设置变化阈值，变化面积超过阈值为要素面变化部分，不超过阈值为未变化部分，最终得到专题要素面b相对于专题要素面a的变化区域。

26、本发明的优点和技术效果是：

27、本发明的一种海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法，有效实现重点海岛礁自然环境的虚拟仿真：本发明应用高分辨率遥感影像数据和地形数据，建立的高精度海洋三维场景，实现了海岛礁及其周边海洋环境信息的虚拟仿真，为用户提供了真实的海岛礁自然环境情况，使得工作人员能够通过系统对海岛礁的自然环境信息进行任意角度查看，相对于以往的二维地图查看，大大丰富了海岛礁在应用系统中的表现形式。

28、本发明的一种海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法，有效实现海岛礁变化的实时监控与统计分析：以多时序高分遥感影像数据为基础，采用二三维多屏联动的方式对重点海岛礁开发利用等变化情况进行实时监控，提高了海岛礁变化情况的显示度和对比度，解决了现有技术中难以对多时序海岛礁变化情况进行实时对比分析的问题。应用海岛礁专题要素变化区域自动提取模型和后台配置工具对海岛礁变化情况进行自动化提取与统计分析，结合海岛礁开发利用项目规划数据，为工作人员对海岛礁开发利用的总体进度把控和开发利用率分析提供科学依据。

29、本发明的一种海岛礁变化对比分析的二三维联动可视化展示方法，有效提高系统功能配置的自动化、灵活性：本发明研发的后台配置工具，通过前端与后台的联动，实现了全流程、自动化的数据录入、图表配置功能化和前端自动分析展示，大大减少了业务人员的工作难度和工作量，提高了系统前端配置的自动化和灵活性。