一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊、多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、水體提取算法模型模塊、可視化制圖模塊、矢量化模塊、自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊以及洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊。本發(fā)明的有益效果為：提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與方法，能夠面向洪水事件，實(shí)現(xiàn)多源遙感數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)自動(dòng)化獲取、遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、遙感數(shù)據(jù)洪水水體提取算法、制圖與可視化的自動(dòng)化完整流程，能夠有效提高遙感洪水監(jiān)測(cè)的效率，有效減少人工操作的工作量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間信息【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]洪水災(zāi)害給全世界帶來(lái)了大量的損失，基于遙感數(shù)據(jù)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)可對(duì)區(qū)域洪水進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用多機(jī)構(gòu)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源和針對(duì)不同區(qū)域特征的數(shù)據(jù)和模型資源進(jìn)行協(xié)同處理是必要和迫切的。在目前的遙感洪水監(jiān)測(cè)過(guò)程中，在獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，需要經(jīng)過(guò)人工處理的過(guò)程，處理過(guò)程復(fù)雜且費(fèi)時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊、多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、水體提取算法模型模塊、可視化制圖模塊、矢量化模塊、自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊以及洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊；所述多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊接入與集成多源遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；所述多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊針對(duì)不同種類(lèi)的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理；所述水體提取算法模型模塊對(duì)遙感圖像進(jìn)行洪水的自動(dòng)化提取，提取的結(jié)果輸出為二值化的圖像數(shù)據(jù)文件；所述可視化制圖模塊將二值化圖像數(shù)據(jù)文件生成為可視化洪水圖；所述矢量化模塊生成洪水的矢量邊界；所述自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊對(duì)多源遙感洪水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)度與計(jì)算；所述洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊為用戶訪問(wèn)交互的Web界面。
[0005]進(jìn)一步的，所述多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊，包括元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具、定時(shí)器以及元數(shù)據(jù)庫(kù)；元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具提取元數(shù)據(jù)信息，所述元數(shù)據(jù)信息由通過(guò)定時(shí)器控制的元數(shù)據(jù)信息的提供工具提供，元數(shù)據(jù)信息自動(dòng)導(dǎo)入到元數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0006]進(jìn)一步的，所述多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的預(yù)處理功能包括對(duì)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的幾何校正和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和對(duì)于SAR數(shù)據(jù)的斑點(diǎn)噪聲去除和幾何定位。
[0007]進(jìn)一步的，所述水體提取算法模型模塊對(duì)于光學(xué)圖像采用紅光和近紅外的比值進(jìn)行水陸邊界的區(qū)分，對(duì)于SAR數(shù)據(jù)采用自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的算法進(jìn)行提取。
[0008]進(jìn)一步的，所述自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法由輸入層和輸出層構(gòu)成，輸出層的神經(jīng)元相互連接組成規(guī)則網(wǎng)格，并與每一個(gè)輸入單元連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述可視化制圖模塊的輸出數(shù)據(jù)格式為KML。
[0010]進(jìn)一步的，所述洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊包括主界面頁(yè)面、工作流生成頁(yè)面、狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面以及數(shù)據(jù)下載頁(yè)面，所述主界面頁(yè)面包括數(shù)據(jù)源選擇、地圖空間選擇框、時(shí)間選擇框以及分布式數(shù)據(jù)查詢；所述狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面包括執(zhí)行任務(wù)列表和任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與方法，能夠面向洪水事件，實(shí)現(xiàn)多源遙感數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)自動(dòng)化獲取、遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、遙感數(shù)據(jù)洪水水體提取算法、制圖與可視化的自動(dòng)化完整流程，能夠有效提高遙感洪水監(jiān)測(cè)的效率，有效減少人工操作的工作量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的多源遙感數(shù)據(jù)水體自動(dòng)化提取的流程示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的水體自動(dòng)化提取算法模型模塊流程圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述的自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊結(jié)構(gòu)框圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述的洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例所述的洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶使用狀態(tài)參考圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1-6所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊、多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、水體提取算法模型模塊、可視化制圖模塊、矢量化模塊、自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊以及洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊；所述多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊接入與集成多源遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；所述多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊針對(duì)不同種類(lèi)的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理；所述水體提取算法模型模塊對(duì)遙感圖像進(jìn)行洪水的自動(dòng)化提取，提取的結(jié)果輸出為二值化的圖像數(shù)據(jù)文件；所述可視化制圖模塊將二值化圖像數(shù)據(jù)文件生成為可視化洪水圖；所述矢量化模塊生成洪水的矢量邊界；所述自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊對(duì)多源遙感洪水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)度與計(jì)算；所述洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊為用戶訪問(wèn)交互的Web界面；所述多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊，包括元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具、定時(shí)器以及元數(shù)據(jù)庫(kù)；元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具提取元數(shù)據(jù)信息，所述元數(shù)據(jù)信息由通過(guò)定時(shí)器控制的元數(shù)據(jù)信息的提供工具提供，元數(shù)據(jù)信息自動(dòng)導(dǎo)入到元數(shù)據(jù)庫(kù)中；所述多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的預(yù)處理功能包括對(duì)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的幾何校正和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和對(duì)于SAR數(shù)據(jù)的斑點(diǎn)噪聲去除和幾何定位；所述水體提取算法模型模塊對(duì)于光學(xué)圖像采用紅光和近紅外的比值進(jìn)行水陸邊界的區(qū)分，對(duì)于SAR數(shù)據(jù)采用自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的算法進(jìn)行提??；所述自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法由輸入層和輸出層構(gòu)成，輸出層的神經(jīng)元相互連接組成規(guī)則網(wǎng)格，并與每一個(gè)輸入單元連接；所述可視化制圖模塊的輸出數(shù)據(jù)格式為KML ;所述洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊包括主界面頁(yè)面、工作流生成頁(yè)面、狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面以及數(shù)據(jù)下載頁(yè)面，所述主界面頁(yè)面包括數(shù)據(jù)源選擇、地圖空間選擇框、時(shí)間選擇框以及分布式數(shù)據(jù)查詢；所述狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面包括執(zhí)行任務(wù)列表和任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度。
[0015]具體使用時(shí)，水體自動(dòng)化提取的流程如圖1所示，多源遙感數(shù)據(jù)匯聚模塊(見(jiàn)圖
2)，提供對(duì)多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化元數(shù)據(jù)識(shí)別與提取工具，數(shù)據(jù)自動(dòng)提取工具會(huì)自動(dòng)識(shí)別多種格式的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并自動(dòng)化提取出元數(shù)據(jù)信息，包括衛(wèi)星、傳感器、時(shí)間范圍、空間范圍、分辨率等，定時(shí)器可以設(shè)定定期進(jìn)行目錄的時(shí)間間隔，基于這種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)本地與遠(yuǎn)程遙感數(shù)據(jù)目錄進(jìn)行監(jiān)控和元數(shù)據(jù)提取，提取的元數(shù)據(jù)信息自動(dòng)導(dǎo)入到統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0016]遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊:遙感數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)洪水監(jiān)測(cè)過(guò)程中的功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同種類(lèi)的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)處理，包括幾何校正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，對(duì)于SAR數(shù)據(jù)還包括斑點(diǎn)噪聲去除、幾何定位等。
[0017]水體自動(dòng)化提取算法模型模塊(見(jiàn)圖3 ):針對(duì)多源遙感數(shù)據(jù)的水體提取算法庫(kù)，在遙感圖像上進(jìn)行水體的自動(dòng)化提取，對(duì)于光學(xué)圖像采用紅光和近紅外的比值來(lái)進(jìn)行水陸邊界的區(qū)分，對(duì)于SAR數(shù)據(jù)由于基于閾值難以區(qū)分，采用了自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(SOM)的算法進(jìn)行提取，SOM由輸入層和輸出層構(gòu)成，輸出層的神經(jīng)元相互連接組成規(guī)則網(wǎng)格，并與每一個(gè)輸入單元連接，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)與輸入單元的連接權(quán)重，并調(diào)節(jié)臨近的神經(jīng)元的權(quán)重矩陣使其變得相似，最終相似的輸人向量能夠聚類(lèi)并與不相似的輸入向量分開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)水體與陸地邊界的區(qū)分。
[0018]可視化制圖模塊與矢量化模塊，將水體自動(dòng)提取模塊輸出的二值化圖像數(shù)據(jù)文件生成可視化的洪水圖，該模塊的其輸出數(shù)據(jù)格式為KML，KML是一種文件格式，用于在地球?yàn)g覽器中顯示地理數(shù)據(jù)，能夠在Google Earth等平臺(tái)進(jìn)行顯示和瀏覽。矢量化模塊，基于對(duì)數(shù)據(jù)水體提取的二值化圖像生成矢量化的結(jié)果，提取二值化圖像的邊界，生成洪水的矢量邊界，矢量圖能夠輸入的地理信息軟件中，與其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)疊加進(jìn)行災(zāi)害的評(píng)估分析。
[0019]自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊(見(jiàn)圖4)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作流采用工作流引擎進(jìn)行調(diào)度，各個(gè)計(jì)算步驟的算法通過(guò)統(tǒng)一的腳本進(jìn)行調(diào)用，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中采用了通用性較好的Python腳本語(yǔ)言，工作流引擎對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)腳本進(jìn)行調(diào)用，并對(duì)執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于各種類(lèi)型的遙感數(shù)據(jù)洪水提取的過(guò)程給出處理的定義，在每次這些過(guò)程中只要替換數(shù)據(jù)文件地址和少數(shù)參數(shù)即可進(jìn)行自動(dòng)化處理。在工作流引擎的實(shí)現(xiàn)方面可以選擇開(kāi)源的Karajan工作流引擎，Karajan是一個(gè)工作流規(guī)范語(yǔ)言和執(zhí)行引擎，基于Java COG kit開(kāi)發(fā)，語(yǔ)言是基于XML的語(yǔ)言表達(dá)。
[0020]洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊(見(jiàn)圖5)，門(mén)戶作為洪水監(jiān)測(cè)服務(wù)的入口，可以方便為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢、工作流調(diào)用、工作流狀態(tài)監(jiān)控等服務(wù)，并通過(guò)門(mén)戶獲得最終的處理結(jié)果，其功能模塊包括主界面頁(yè)面、工作流生成頁(yè)面、狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面和數(shù)據(jù)下載頁(yè)面，其中主界面頁(yè)面部分包括了數(shù)據(jù)源選擇、地圖空間選擇框和時(shí)間選擇框，并提供了對(duì)分布式數(shù)據(jù)源的查詢功能；狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面包括執(zhí)行任務(wù)列表和任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度。門(mén)戶采用openlayer(—個(gè)用于開(kāi)發(fā)WebGIS客戶端的JavaScript包)機(jī)制和Ajax (異步JavaScript和XML)技術(shù)，用戶可以直接利用Openlayer提供的圖層，選擇所感興趣的區(qū)域，并設(shè)定相關(guān)的查詢條件，比如時(shí)間、分辨率等。
[0021]基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)調(diào)用過(guò)程示例(見(jiàn)圖6)，圖中分別實(shí)現(xiàn)了 M0DIS(M0DIS是Terra和Aqua衛(wèi)星上搭載的主要傳感器之一)和ASAR(歐空局發(fā)射的ENVISAT衛(wèi)星上搭載的一個(gè)SAR設(shè)備)遙感數(shù)據(jù)的水體提取過(guò)程，操作系統(tǒng)采用Linux，分別在本地和遠(yuǎn)程兩臺(tái)服務(wù)器部署了工作流引擎(Karajan)，分別對(duì)兩種數(shù)據(jù)源的水體提取算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程工作流調(diào)用采用了 PHP腳本執(zhí)行。
[0022]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊，其實(shí)現(xiàn)多源遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接入與集成； 多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，其針對(duì)不同種類(lèi)的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理； 水體提取算法模型模塊，其對(duì)遙感圖像進(jìn)行洪水的自動(dòng)化提取，提取的結(jié)果輸出為二值化的圖像數(shù)據(jù)文件； 可視化制圖模塊，其將二值化圖像數(shù)據(jù)文件生成為可視化洪水圖； 矢量化模塊，其生成洪水的矢量邊界； 自動(dòng)化計(jì)算引擎模塊，其對(duì)多源遙感洪水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)度與計(jì)算；以及 洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊，其是用戶訪問(wèn)交互的Web界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述多源遙感數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)匯聚模塊，包括元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具、定時(shí)器以及元數(shù)據(jù)庫(kù)；元數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取工具提取元數(shù)據(jù)信息，所述元數(shù)據(jù)信息由通過(guò)定時(shí)器控制的元數(shù)據(jù)信息的提供工具提供，元數(shù)據(jù)信息自動(dòng)導(dǎo)入到元數(shù)據(jù)庫(kù)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述多源遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的預(yù)處理功能包括對(duì)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)的幾何校正和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和對(duì)于SAR數(shù)據(jù)的斑點(diǎn)噪聲去除和幾何定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述水體提取算法模型模塊對(duì)于光學(xué)圖像采用紅光和近紅外的比值進(jìn)行水陸邊界的區(qū)分，對(duì)于SAR數(shù)據(jù)采用自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的算法進(jìn)行提取。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述自組織人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法由輸入層和輸出層構(gòu)成，輸出層的神經(jīng)元相互連接組成規(guī)則網(wǎng)格，并與每一個(gè)輸入單元連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述可視化制圖模塊的輸出數(shù)據(jù)格式為KML。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多源遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述洪水監(jiān)測(cè)集成門(mén)戶模塊包括主界面頁(yè)面、工作流生成頁(yè)面、狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面以及數(shù)據(jù)下載頁(yè)面，所述主界面頁(yè)面包括數(shù)據(jù)源選擇、地圖空間選擇框、時(shí)間選擇框以及分布式數(shù)據(jù)查詢；所述狀態(tài)監(jiān)控頁(yè)面包括執(zhí)行任務(wù)列表和任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103927359SQ201410153389
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】李國(guó)慶, 解吉波, 于文洋, 王建, 李晨輝, 郭麗霞, 王曉宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心