智慧海洋系統(tǒng)解決方案

-PAGEiii-智慧城市方案2014年10月

第1章 吉林白城生態(tài)環(huán)境遙感綜合監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系技術(shù)方案 11.1 項(xiàng)目總體情況 11.1.1 項(xiàng)目背景 11.1.2 研究?jī)?nèi)容 11.1.3 總體思路 11.2 遙感與地面、監(jiān)測(cè)站資料采集分析 21.2.1 地面調(diào)查數(shù)據(jù)收集整理 21.2.2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)及生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總 31.2.3 基于遙感影像提取土地利用/覆被與植被等信息 31.3 生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo) 31.3.1 指標(biāo)體系 31.3.2 自然生態(tài)指標(biāo) 51.3.3 環(huán)境狀況指標(biāo) 81.4 生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)報(bào)告 101.5 技術(shù)指標(biāo)與成果 101.5.1 技術(shù)指標(biāo) 101.5.2 最終成果 11第2章 高分一號(hào)/資源三號(hào)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 122.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 122.1.1 原始衛(wèi)星影像數(shù)據(jù) 122.1.2 2.2控制參考和DEM數(shù)據(jù) 122.2 引用及參考標(biāo)準(zhǔn) 122.3 成果技術(shù)指標(biāo) 132.3.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 132.3.2 數(shù)據(jù)格式和像素位數(shù) 132.3.3 影像分辨率 132.3.4 影像成果存儲(chǔ)單元與命名 132.3.5 精度指標(biāo) 142.3.6 影像質(zhì)量要求 142.4 衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理 152.4.1 生產(chǎn)技術(shù)流程 152.4.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 162.4.3 影像正射糾正 162.4.4 多光譜與全色波段影像配準(zhǔn)糾正 172.4.5 影像融合 182.4.6 圖像增強(qiáng)處理 202.4.7 影像鑲嵌 202.4.8 裁切處理 202.5 成果質(zhì)量概況 202.5.1 成果精度 202.5.2 影像檢查 212.6 成果提交 22第3章 吉林白城區(qū)域遙感綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 233.1 項(xiàng)目總體情況 233.1.1 項(xiàng)目背景 233.1.2 研究?jī)?nèi)容 233.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 233.2.1 整體架構(gòu) 233.2.2 協(xié)同工作解決方案 243.2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 243.3 技術(shù)指標(biāo)與成果 263.3.1 技術(shù)指標(biāo) 263.3.2 最終成果 26 -PAGE2-概述背景XX海洋學(xué)院數(shù)理學(xué)院建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，引入中科院遙感數(shù)據(jù)管理平臺(tái)（原GDOS），作為科研和應(yīng)用項(xiàng)目的支撐平臺(tái)。建設(shè)目標(biāo)作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)施，做到可展示；供學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上做科研項(xiàng)目；利用該平臺(tái)做應(yīng)用項(xiàng)目的研發(fā)和推廣。建設(shè)內(nèi)容為海洋學(xué)院提供數(shù)據(jù)、平臺(tái)兩方面的服務(wù)。數(shù)據(jù)：提供XX資源3號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)及更新服務(wù)；幫助建立土地利用信息產(chǎn)品生產(chǎn)隊(duì)伍；平臺(tái)：突出四個(gè)主題：1）港口航運(yùn)；2）旅游島；3）水產(chǎn)養(yǎng)殖；4）海洋城市規(guī)劃數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供整個(gè)XX地區(qū)的2013年的資源三號(hào)影像數(shù)據(jù)傾斜攝影三維數(shù)據(jù)提供XX海洋學(xué)院的三維傾斜攝影數(shù)據(jù)，由龔老師負(fù)責(zé)飛行；基礎(chǔ)土地利用數(shù)據(jù)2米分辨率的資三影像上的土地利用數(shù)據(jù)；智慧城市GIS服務(wù)平臺(tái)對(duì)平臺(tái)的需求展現(xiàn)城市三維二維場(chǎng)景；接入海上各種監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)；應(yīng)用港口航運(yùn)海島旅游水產(chǎn)養(yǎng)殖海洋城市規(guī)劃高分一號(hào)/資源三號(hào)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 原始衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)工作區(qū)采用資源三號(hào)（ZY-3）/高分一號(hào)（GF-1）衛(wèi)星數(shù)據(jù)，ZY-3全色影像分辨率為2.1米、多光譜影像分辨率為5.8米，GF-1全色影像分辨率為2米、多光譜影像分辨率為8米。2.2控制參考和DEM數(shù)據(jù)DEM數(shù)據(jù)為30m或90m格網(wǎng)間隔的全國(guó)數(shù)字高程模型。引用及參考標(biāo)準(zhǔn)CH/T9009.3-2010基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:5000、1:10000、1:25000、1:50000、1:100000數(shù)字正射影像圖，CH/T9009.3-2010?！秶?guó)家1:50000數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程－衛(wèi)星數(shù)字正射影像（RSDOM）生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定（第二版）》，國(guó)家測(cè)繪局2007年6月；GB/T17941-2008數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量要求GB/T18316數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收CH/T1007-2001基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品元數(shù)據(jù)GB/T13923基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼GB/T2260-2002中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃代碼GB/T1001測(cè)繪技術(shù)總結(jié)編寫(xiě)規(guī)定成果技術(shù)指標(biāo)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)坐標(biāo)系：WGS84投影方式：經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式和像素位數(shù)影像數(shù)據(jù)文件采用非壓縮的TIFF格式存儲(chǔ)。全色影像以灰度模式存儲(chǔ)，多光譜影像、融合影像及鑲嵌影像以RGB色彩模式存儲(chǔ)；所有影像文件量化位數(shù)均為16bit或8bit。影像分辨率全色正射影像、融合影像成果分辨率統(tǒng)一采用2米；多光譜正射影像成果分辨率為8米。影像成果存儲(chǔ)單元與命名單景正射影像命名規(guī)則正射影像文件名結(jié)構(gòu)如下:*****************************.***分隔符擴(kuò)展名分隔符擴(kuò)展名影像類型標(biāo)識(shí)符影像類型標(biāo)識(shí)符連接符連接符影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)間影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)間影像緯度連接符影像緯度連接符連接符連接符影像經(jīng)度影像經(jīng)度正射影像文件命名示例：E110D2_N36D6_20130707_NAD.tif融合影像命名規(guī)則融合影像文件名結(jié)構(gòu)如下:擴(kuò)展名****************************************.***擴(kuò)展名分隔符分隔符影像融合標(biāo)識(shí)符影像融合標(biāo)識(shí)符連接符連接符影像波段數(shù)標(biāo)識(shí)影像波段數(shù)標(biāo)識(shí)連接符連接符正射標(biāo)識(shí)符連接符正射標(biāo)識(shí)符連接符影像獲取日期影像獲取日期連接符連接符連接符影像數(shù)據(jù)緯度連接符影像數(shù)據(jù)緯度影像數(shù)據(jù)經(jīng)度影像數(shù)據(jù)經(jīng)度融合影像文件命名示例：E110D2_N36D6_20130707_DOM_3_fus.tif精度指標(biāo) （1）平面幾何精度正射影像平面位置精度滿足1：25000比例尺應(yīng)用要求，山地、高山地滿足1：50000比例尺應(yīng)用要求。（2）融合配準(zhǔn)精度以正射全色影像數(shù)據(jù)為參考，對(duì)多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合，要求配準(zhǔn)誤差不得大于0.5個(gè)像元。（3）影像接邊精度相鄰景之間正射影像的接邊限差不得大于2像元。影像質(zhì)量要求影像正射糾正質(zhì)量：影像應(yīng)無(wú)正射糾正造成的噪聲、條帶、數(shù)據(jù)丟失、地物明顯扭曲、變形現(xiàn)象。影像增強(qiáng)質(zhì)量：增強(qiáng)后影像應(yīng)地物細(xì)節(jié)清晰，反差適中，層次分明，色彩基本平衡。影像直方圖應(yīng)基本接近正態(tài)分布。影像融合質(zhì)量：融合影像色彩自然，紋理清晰，無(wú)發(fā)虛和重影現(xiàn)象。最大限度保留融合數(shù)據(jù)的光譜信息和空間信息，實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)化。影像鑲嵌質(zhì)量：應(yīng)考慮幾何和輻射的連續(xù)性，保證整體色調(diào)均勻，反差適中，影像接邊處色彩過(guò)渡自然，地物合理接邊，人工地物完整，接邊重疊帶無(wú)重影和發(fā)虛現(xiàn)象。彩色影像為自然真彩色，光譜信息豐富。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)技術(shù)流程主要生產(chǎn)技術(shù)流程為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、控制點(diǎn)選取、正射糾正、配準(zhǔn)、融合、調(diào)色、鑲嵌。生產(chǎn)技術(shù)流程如下：圖SEQ圖\*ARABIC2生產(chǎn)技術(shù)流程圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備對(duì)獲取的原始影像數(shù)據(jù)、參考影像數(shù)據(jù)、DEM、其它基礎(chǔ)資料做相應(yīng)的檢查、整理，為DOM制作生產(chǎn)提供完整的基礎(chǔ)資料。原始影像檢查獲取原始影像數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了全面檢查，檢查圖像質(zhì)量是否滿足原始影像數(shù)據(jù)源要求，包括：每景影像文件目錄中是否文件齊全（影像、RPB、XML元數(shù)據(jù)等文件）；數(shù)據(jù)無(wú)噪聲、缺行；單景云量是否在≤10%，對(duì)單景云覆蓋偏高區(qū)是否確保相鄰景重疊后可覆蓋，獲取的全部影像可否完全覆蓋全區(qū)，無(wú)漏縫，每景多光譜是否都有與配套全色影像等等?？刂瀑Y料檢查選用的平面控制資料為1:2.5萬(wàn)和1:5萬(wàn)尺度的矢量數(shù)據(jù)或DOM數(shù)據(jù)，高程控制資料為30m或90m格網(wǎng)間隔的全國(guó)數(shù)字高程模型。平面控制資料整體幾何精度符合質(zhì)量要求，高程控制資料符合質(zhì)量要求，高程值不存在異常。影像正射糾正衛(wèi)星影像正射糾正根據(jù)ZY-衛(wèi)星影像1A級(jí)數(shù)據(jù)提供的RPC參數(shù)，通過(guò)RPC模型對(duì)遙感圖像進(jìn)行投影差改正和地理編碼。正射影像糾正采用區(qū)域網(wǎng)平差方法。當(dāng)測(cè)區(qū)存在控制影像時(shí),利用圖圖相關(guān)的思想，進(jìn)行多源影像數(shù)據(jù)匹配與控制點(diǎn)提取，得到符合精度要求的控制信息,圖4中左圖為控制片影像，右圖為原始衛(wèi)片影像，利用控制點(diǎn)自動(dòng)提取可以獲得分布均勻的密集控制點(diǎn)；當(dāng)測(cè)區(qū)無(wú)控制影像時(shí),在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)稀疏控布設(shè)控制點(diǎn),要求控制點(diǎn)分布均勻，特別在連接關(guān)系較差的位置和省與省交界處，需要多布設(shè)控制點(diǎn)位；每個(gè)控制點(diǎn)位需要選擇雙點(diǎn)，用于后續(xù)的平差分析。在區(qū)域網(wǎng)平差中，以單景影像為處理單元，利用像點(diǎn)之間的關(guān)系、像點(diǎn)與對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的關(guān)系、地面點(diǎn)之間的關(guān)系以及原始的RPC參數(shù)，對(duì)RPC的系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，得到嚴(yán)密、精確的像方到物方的計(jì)算模型。利用精化的RPC模型對(duì)全色數(shù)據(jù)進(jìn)行正射糾正，雙線性插值法重采樣為2米，糾正過(guò)程中沒(méi)有對(duì)影像的灰度和反差進(jìn)行拉伸，沒(méi)有改變像素位數(shù)，糾正后的正射影像有效數(shù)據(jù)范圍內(nèi)沒(méi)有漏洞區(qū)。圖SEQ圖\*ARABIC3影像控制點(diǎn)自動(dòng)提取示意圖圖SEQ圖\*ARABIC4區(qū)域網(wǎng)控制點(diǎn)分布示意圖（黃色三角為控制點(diǎn)，藍(lán)色正方形為檢查點(diǎn)）多光譜與全色波段影像配準(zhǔn)糾正 影像配準(zhǔn)是影像融合的前提和基礎(chǔ)，配準(zhǔn)的精度直接影響最終DOM制作的質(zhì)量。多光譜影像與全色波段影像的配準(zhǔn)糾正以正射糾正好的全色波段影像為控制基礎(chǔ)，對(duì)多光譜進(jìn)行前方交會(huì),對(duì)RPC模型進(jìn)行重構(gòu)，正射糾正后的多光譜數(shù)據(jù)與全色數(shù)據(jù)完全匹配的約占全部景數(shù)的70%以上，其余約30%影像配準(zhǔn)精度局部達(dá)不到的，采用自動(dòng)匹配控制點(diǎn)或局部增加控制點(diǎn)的方式進(jìn)行單獨(dú)糾正，直至所有景的多光譜與全色影像的同名點(diǎn)量測(cè)要求精確到子像素精度。為保證融合效果，糾正后將多光譜影像和全色波段影像進(jìn)行套合檢查，兩景影像之間的配準(zhǔn)精度不得大于0.5個(gè)像元（多光譜影像上）。影像融合影像融合是將高分辨率的全色遙感影像和低分辨率的多光譜遙感影像進(jìn)行融合，獲得色彩信息豐富且分辨率高的融合影像。遙感影像融合的關(guān)鍵就是融合前兩幅影像的配準(zhǔn)以及融合處理方法的選擇。影像融合數(shù)據(jù)源是經(jīng)過(guò)正射糾正的數(shù)據(jù)，多光譜和全色影像二者之間配準(zhǔn)精度小于0.5個(gè)像素，融合效果樣例如下：融合前MUX融合前NAD融合后影像圖SEQ圖\*ARABIC5融合結(jié)果對(duì)比圖圖像增強(qiáng)處理（1）正射糾正影像成果（含全色景和多光譜景）和正射融合影像（4波段）不做任何形式的數(shù)據(jù)增強(qiáng)處理。（2）勻色鑲嵌正射融合影像成果要進(jìn)行增強(qiáng)處理，圖像增強(qiáng)方法主要有：去薄霧、對(duì)比度、色彩飽和度調(diào)整、勻光、銳化等處理，增強(qiáng)后的影像直方圖盡可能呈正態(tài)分布，影像紋理清晰，地物表現(xiàn)力更明顯，無(wú)顯著噪聲，色彩飽和、自然明快。（3）正射融合影像和全省勻色鑲嵌正射融合影像成果為3波段彩色影像，每個(gè)波段（通道）為16bit，需要做降維處理，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Unsigned8-bit。影像鑲嵌影像鑲嵌前需要先選擇融合影像的彩色組合方案，影像鑲嵌成果采用RED、GREEN、BLUE的真彩色波段組合方式，即選擇波段3/2/1的順序作為紅、綠、藍(lán)三通道進(jìn)行影像鑲嵌波段組合。影像鑲嵌保持景與景之間接邊處色彩過(guò)渡自然，地物合理接邊，無(wú)重影和虛化現(xiàn)象，保持地物的完整性和合理性。色彩調(diào)整后，正射影像的直方圖大致成正態(tài)分布，影像清晰，反差適中，色彩自然，無(wú)因太亮或太暗失去細(xì)節(jié)的區(qū)域。裁切處理根據(jù)提供的界限圖，分別外擴(kuò)1km多邊形矢量框，按照其矢量框范圍對(duì)鑲嵌正射融合影像進(jìn)行裁切。成果質(zhì)量概況成果精度影像精度工作區(qū)正射影像平面位置精度滿足1：25000比例尺應(yīng)用要求，偏遠(yuǎn)地區(qū)滿足1：50000比例尺應(yīng)用要求。表SEQ表\*ARABIC2平面位置中誤差 單位：m比例尺平地、丘陵地山地、高山地1:2500012.518.751:500002537.5影像配準(zhǔn)和鄰景接邊精度多光譜正射影像與全色正射影像間相對(duì)位置誤差小于等于0.5個(gè)像元；鄰景接邊精度小于等于2個(gè)像素，符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。影像檢查本次項(xiàng)目影像成果質(zhì)量檢查主要包括：空間參考系檢查坐標(biāo)系統(tǒng)是否符合要求；檢查地圖投影各個(gè)參數(shù)是否符合要求。平面位置精度檢查平面位置中誤差是否滿足規(guī)定的精度要求；檢查相鄰景影像同名地物點(diǎn)位置誤差。控制點(diǎn)布點(diǎn)質(zhì)量檢查每景或整個(gè)區(qū)域網(wǎng)控制點(diǎn)布設(shè)密度是否滿足要求；相鄰影像重疊部分，控制點(diǎn)布設(shè)符合要求是否存在控制范圍不足現(xiàn)象。影像質(zhì)量檢查影像分辨率是否符合要求；檢查融合產(chǎn)品影像質(zhì)量：影像色彩清晰、無(wú)重瞼、勾邊現(xiàn)象。檢查融合正射影像是否波段色彩組合為真彩色組合（3（R）、2（G）、1（B））。檢查鑲嵌融合正射影像是否亮度與反差適度、色階豐富、紋理清晰。檢查鑲嵌是否合理，相鄰影像接邊差是否在規(guī)定的精度控制范圍；檢查相鄰影像拼接邊是否存在裂縫或重疊；檢查勻色鑲嵌影像是否存在處理過(guò)程明顯的影像模糊、錯(cuò)位、扭曲、重影、拉花等問(wèn)題；檢查勻色鑲嵌影像是否清晰，色彩（色調(diào)）均衡一致，無(wú)明顯的影像拼接痕跡。成果提交提交影像數(shù)據(jù)成果：2米全色正射影像8米多光譜正射影像2米正射融合影像；2米勻色鑲嵌真彩色正射融合影像。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案項(xiàng)目總體情況項(xiàng)目背景實(shí)現(xiàn)基于多源遙感數(shù)據(jù)的重點(diǎn)區(qū)域人類活動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)、野生動(dòng)植物棲息地監(jiān)測(cè)以及保護(hù)區(qū)保護(hù)狀況評(píng)價(jià)等能力，為吉林白城生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)區(qū)域統(tǒng)一監(jiān)管業(yè)務(wù)提供技術(shù)保障。研究?jī)?nèi)容（1）重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；（2）重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)客戶端，基于安卓或IOS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，能夠?qū)攵嗥谶b感影像和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，瀏覽查看相關(guān)表格；（3）重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器端，可管多期遙感影像和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，服務(wù)器端可計(jì)算不同的遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)；（4）客戶端和服務(wù)器端軟件協(xié)同工作。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)整體架構(gòu)吉林白城生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體架構(gòu)如下圖，包括1個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)及4個(gè)子系統(tǒng)。4個(gè)子系統(tǒng)分別為：（1）數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：完成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、人類活動(dòng)數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)以及地面調(diào)查資料的入庫(kù)、更新，同時(shí)提供數(shù)據(jù)瀏覽與導(dǎo)出等功能。（2）應(yīng)用分析子系統(tǒng)：評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)瀏覽、查詢檢索、統(tǒng)計(jì)圖表輸出、專題地圖制作等工作。（3）安全管理子系統(tǒng)：用戶管理、安全日志管理、元數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)等。（4）移動(dòng)端瀏覽系統(tǒng)：在線遙感影像、基礎(chǔ)地理信息、土地分類信息瀏覽以及離線數(shù)據(jù)采集等；圖SEQ圖\*ARABIC6吉林白城生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體架構(gòu)協(xié)同工作解決方案監(jiān)管業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要支持離線與服務(wù)器協(xié)同工作的功能，所以移動(dòng)端客戶端不僅需要一份數(shù)據(jù)庫(kù)的拷貝，而且需要和服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，整體設(shè)計(jì)思路如下：（1）同步時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù)最小化。雙向即，服務(wù)器端更新同步到移動(dòng)端，和移動(dòng)端更新同步到服務(wù)器。每次只傳輸兩端差異數(shù)據(jù)。（2）支持離線查詢編輯。每次移動(dòng)端數(shù)據(jù)庫(kù)查詢僅需查詢本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，這樣就避免了過(guò)多的服務(wù)器端查詢。數(shù)據(jù)庫(kù)更新操作也是如此，僅更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)