一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法，應(yīng)用于災(zāi)情勘察衛(wèi)星。包括以下步驟：1、預(yù)設(shè)水文觀測點(具有代表性的觀測位置，下文統(tǒng)稱水文觀測點)坐標(biāo)；2、星上在軌采集包含水文觀測點的圖像；3、星上在軌計算水文觀測點n×n鄰域內(nèi)的特征信息；4、依據(jù)該特征信息星上在軌進(jìn)行判斷是否在水文觀測點鄰域發(fā)生水災(zāi)災(zāi)情；5、若檢測到災(zāi)情則依據(jù)特征信息進(jìn)行災(zāi)情評估；6、將檢測和評估結(jié)果回傳給地面。本發(fā)明解決對預(yù)設(shè)水文觀測點進(jìn)行水災(zāi)星上在軌檢測和災(zāi)情評估的技術(shù)問題，幫助有效利用星上有限的存儲和計算資源實現(xiàn)水災(zāi)星上在軌檢測和評估，進(jìn)而幫助減少響應(yīng)時間、提升響應(yīng)速度，最終達(dá)到減小生命和財產(chǎn)損失的目的。
【專利說明】
一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于圖像分析技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國際組織已經(jīng)廣泛使用天基信息，在危機(jī)期間向遭受自然或技術(shù)災(zāi)害影響的國家或群體提供數(shù)據(jù)、信息及服務(wù)，支持受災(zāi)國家的災(zāi)害管理決策，減輕災(zāi)害對人類造成的損失。在數(shù)據(jù)處理方法方面，主要是人工目視解譯，主要方法是衛(wèi)星將獲取的數(shù)據(jù)利用高碼率數(shù)傳系統(tǒng)傳輸給地面的接收設(shè)備，地面的接收設(shè)備再經(jīng)過加工、處理、計算等獲得用戶所需的信息，再提供給各類用戶使用，如中巴地球資源衛(wèi)星、法國Pleiades衛(wèi)星、我國的高分一號衛(wèi)星等。地面接收到采集的數(shù)據(jù)后再使用專業(yè)的處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。常用的處理軟件有ERDAS、PC1、ENVI。且由于這種方法需要存儲大量的圖像數(shù)據(jù)，很難適應(yīng)星上有限的存儲空間，從而難以進(jìn)行災(zāi)情星上在軌檢測。
[0003]面向災(zāi)情檢測和情況評估應(yīng)用的目的是，使得地面人員對這些事件或災(zāi)情能更快速的進(jìn)行反應(yīng)并采取相應(yīng)措施，以減小生命和財產(chǎn)損失。而為了達(dá)到這種目的，目前的發(fā)展趨勢是，具有更高效的數(shù)據(jù)鏈路，將一些計算在星上在軌進(jìn)行處理，以及更高效的檢測災(zāi)情或評估災(zāi)情情況的算法。傳統(tǒng)的方法是:星上采集數(shù)據(jù)一壓縮數(shù)據(jù)一回傳給地面接收設(shè)備一解壓縮數(shù)據(jù)一處理數(shù)據(jù)一作出響應(yīng)。對于較大的數(shù)據(jù)量，星上存儲資源十分有限，且無論是壓縮數(shù)據(jù)、解壓縮數(shù)據(jù)或回傳數(shù)據(jù)均較耗時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，我們認(rèn)為，未來的發(fā)展趨勢是在星上直接在軌進(jìn)行信息處理(即災(zāi)情檢測和災(zāi)情情況評估)。由于只需要存儲少量的點位置信息和特征信息而不是大量的圖像，故可以非?？捎^的節(jié)約星上有限的存儲資源。通過星上在軌處理，并將檢測和評估結(jié)果回傳給地面進(jìn)行決策，這樣會顯著的減少傳輸數(shù)據(jù)量，進(jìn)而有助于減少響應(yīng)時間，提升響應(yīng)速度，最終達(dá)到減小生命和財產(chǎn)損失的目的。本發(fā)明提供了一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法，應(yīng)用于災(zāi)情勘察衛(wèi)星，其目的在于解決對預(yù)設(shè)水文觀測點鄰域進(jìn)行水災(zāi)星上在軌檢測和災(zāi)情評估的技術(shù)問題，以幫助有效利用星上存儲和計算資源、減少響應(yīng)時間、提升響應(yīng)速度，最終達(dá)到減小生命和財產(chǎn)損失的目的。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供了一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法，應(yīng)用于衛(wèi)星遙感災(zāi)情監(jiān)測和災(zāi)后評估，包括以下步驟:
[0007]步驟1、預(yù)設(shè)水文觀測點的坐標(biāo)，該預(yù)設(shè)坐標(biāo)可以是一組預(yù)存于星上存儲資源內(nèi)的水文觀測點坐標(biāo)，也可以后期通過上注等操作對這組水文觀測點的坐標(biāo)進(jìn)行增加、修改和刪減；
[0008]步驟2、依據(jù)步驟I所述坐標(biāo)，星上在軌獲取包含水文觀測點的圖像數(shù)據(jù)，包括但不限于可見光波段、紅外波段等；
[0009]步驟3、對步驟2所述圖像中水文觀測點的nXn鄰域星上在軌提取特征信息，包括但不限于紋理特征、區(qū)域特征或特征點等，鄰域的大小依據(jù)任務(wù)需求及星上系統(tǒng)存儲資源而定，也可以后期通過上注等操作對不同水文觀測點相應(yīng)鄰域的大小進(jìn)行增加、修改和刪減；
[0010]步驟4、對步驟3所得的特征信息星上在軌進(jìn)行判斷是否在水文觀測點鄰域發(fā)生水災(zāi)災(zāi)情；
[0011]步驟5、若檢測到災(zāi)情，則依據(jù)步驟3的特征信息對災(zāi)情進(jìn)行粗略評估；
[0012]步驟6、將步驟4和步驟5的檢測結(jié)果和評估結(jié)果回傳給地面；
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果為:由原先的“星上采集數(shù)據(jù)一壓縮數(shù)據(jù)一回傳給地面接收設(shè)備一解壓縮數(shù)據(jù)一處理數(shù)據(jù)一作出響應(yīng)”的數(shù)據(jù)鏈路過程優(yōu)化為了 “星上采集數(shù)據(jù)一星上在軌數(shù)據(jù)處理一處理結(jié)果編碼一回傳給地面接收設(shè)備一分析結(jié)果一作出響應(yīng)”，實現(xiàn)了有效利用星上存儲和計算資源進(jìn)行星上在軌災(zāi)情檢測和評估，減少數(shù)據(jù)鏈路所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，并利用星上信號處理機(jī)強(qiáng)處理能力從原先對災(zāi)情監(jiān)測過程中的非實時檢測優(yōu)化為了實時檢測，能夠可觀的減少“災(zāi)情發(fā)生一發(fā)出警報”之間的時間、提升相應(yīng)部門響應(yīng)速度，有助于減小生命和財產(chǎn)損失。
【附圖說明】
[0014]圖1是所述方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0016]例如針對某洪水高發(fā)區(qū)域，假設(shè)該區(qū)域包含一個水文觀測點(例如水文站)。首先，地面相關(guān)工作人員確定該區(qū)域水文觀測點的坐標(biāo)，并通過上注操作添加到星上存儲的水文觀測點坐標(biāo)數(shù)組中。
[0017]在監(jiān)測過程前，可以首先獲取多幅包含水文觀測點的圖像，其中水文觀測點鄰域內(nèi)發(fā)生水災(zāi)的圖像作為正樣例，未發(fā)生水災(zāi)的圖像作為負(fù)樣例。對正負(fù)樣例提取紋理特征，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對這些正負(fù)樣例進(jìn)行離線訓(xùn)練以獲得一個判斷鄰域內(nèi)是否發(fā)生水災(zāi)的分類器。并將該分類器也上注到星上存儲資源中。
[0018]在星上在軌水災(zāi)監(jiān)測整個過程中，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行到預(yù)存的包含水文觀測點的區(qū)域后，首先獲取該區(qū)域的星上遙感圖像，然后星上在軌提取水文觀測點周圍nXn鄰域的紋理特征，并將該紋理特征輸入到已存儲于星上存儲資源內(nèi)的分類器，并進(jìn)行星上在軌分類，獲得輸出結(jié)果，此時可能存在兩種情況:
[0019]1、分類器輸出結(jié)果為該水文觀測點鄰域的紋理特征不符合發(fā)生水災(zāi)情況的紋理特征，這種情況無需向地面發(fā)出災(zāi)情警報；
[0020]2、分類器輸出結(jié)果為該水文觀測點鄰域的紋理特征符合發(fā)生水災(zāi)情況的紋理特征，此時檢測到災(zāi)情，需要相地面發(fā)出災(zāi)情警報。
[0021]若檢測到災(zāi)情，則可繼續(xù)進(jìn)行災(zāi)情星上在軌評估?？稍谲売嬎惝?dāng)前紋理特征覆蓋的像素數(shù)，計算出大致被淹沒的區(qū)域、淹沒率等信息，與圖像、警報等信息一起回傳給地面供地面相關(guān)專業(yè)人員分析使用。
[0022]在本實施例中，某洪水高發(fā)區(qū)域即為一包含水文觀測點的區(qū)域，水文觀測點的數(shù)量可依據(jù)任務(wù)需求及星上系統(tǒng)存儲資源等實際情況而定預(yù)存于星上存儲資源中，也可以依據(jù)后續(xù)的任務(wù)需求，通過上注等操作對預(yù)存的水文觀測點坐標(biāo)數(shù)組進(jìn)行增加、修改和刪減。
[0023]所述星上在軌特征信息提取用于對水災(zāi)進(jìn)行檢測以及災(zāi)后的災(zāi)情評估，由于發(fā)生水災(zāi)區(qū)域的紋理特征和未發(fā)生水災(zāi)區(qū)域的紋理特征具有較大的差異性，故在本實施例中，優(yōu)選的是紋理特征。需要指出，可使用的特征提取方法包括但不限于紋理特征、區(qū)域特征或特征點等。
[0024]所述對災(zāi)情的在軌檢測算法為使用上述方法獲得的紋理特征信息后，輸入到離線訓(xùn)練好并預(yù)存于星上存儲資源中的分類器中，進(jìn)行分類判斷所檢測的鄰域是否發(fā)生水災(zāi)。在本實施例中，所述分類器為離線對發(fā)生水災(zāi)和未發(fā)生水災(zāi)的水文觀測點的鄰域圖像提取紋理特征作為正負(fù)樣本，并使用SVM進(jìn)行離線訓(xùn)練所得，并預(yù)存于星上存儲資源中。同樣該算法僅為本實施例較佳實施算法而已，具體分類器訓(xùn)練算法也需依據(jù)實際情況進(jìn)行修改，也可以依后續(xù)任務(wù)需求通過上注等操作對星上存儲的分類器進(jìn)行修改。
[0025]所述災(zāi)情星上在軌評估算法即在檢測到災(zāi)情后，星上信息處理系統(tǒng)給出相應(yīng)評估指標(biāo)回傳給地面供災(zāi)情評估系統(tǒng)/災(zāi)情評估專家進(jìn)行進(jìn)一步評估。在本實施例中，星上信息處理回傳的信息包括:鄰域內(nèi)水災(zāi)紋理特征覆蓋的像素數(shù)、水災(zāi)紋理特征在鄰域內(nèi)所占比例。同樣該評估算法僅為本實施例較佳實施算法而已，具體評估算法或是否需要回傳評估數(shù)據(jù)也需依據(jù)災(zāi)情評估專家意見而定。
[0026]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種水災(zāi)星上在軌檢測及災(zāi)情評估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1、預(yù)設(shè)水文觀測點的坐標(biāo)； 步驟2、依據(jù)步驟I所述坐標(biāo)，星上在軌獲取包含水文觀測點的圖像數(shù)據(jù)； 步驟3、對步驟2所述圖像中水文觀測點的n Xn鄰域星上在軌提取特征信息； 步驟4、對步驟3所得的特征信息星上在軌進(jìn)行判斷是否在水文觀測點鄰域發(fā)生水災(zāi)災(zāi)情; 步驟5、若檢測到災(zāi)情，則依據(jù)步驟3的特征信息對災(zāi)情進(jìn)行粗略評估； 步驟6、將步驟4和步驟5的檢測結(jié)果和評估結(jié)果回傳給地面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水文觀測點為人為設(shè)定，為災(zāi)情高發(fā)區(qū)域或具有代表性的監(jiān)測位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水文觀測點的數(shù)量和相應(yīng)鄰域的大小依據(jù)任務(wù)需求及星上系統(tǒng)存儲資源而定。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在任務(wù)需要時通過上注操作對水文觀測點的數(shù)量和相應(yīng)鄰域的大小進(jìn)行增加、修改和刪減。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征信息為計算機(jī)圖像處理算法提取到的圖像特征，包括紋理特征、區(qū)域特征和特征點。
【文檔編號】G06K9/00GK105893939SQ201610185944
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】鐘勝, 張芷君, 顏露新, 張清洋, 崔宗陽, 王磊, 喻鵬, 徐文輝, 鄒旭
【申請人】華中科技大學(xué)