CN108241148B - 一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，步骤100、现有港口图像模拟，利用三维扫描仪扫描现有港口，得到每个港口的三维遥感图像；步骤200、建立港口坐标系，在该港口相对空旷区域且靠近港口边缘选择三维坐标系的原点，在港口边缘模拟X轴，建立三维坐标系；步骤300、港口区域类型划分，并将现有港口的三维遥感图像和俯视遥感平面图划分区域，分存入空间数据库；步骤400、待测港口资源信息的提取，利用激光扫描仪对待测港口进行360°全景扫描，得到待测港口的离散点集合；步骤500、图像匹配，将扫描得到的离散点集合传输到数据处理单元进行立体遥感图形模拟，与空间数据库中现有港口的俯视遥感平面图进行重合匹配，计算匹配相似度。

Description

一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法

技术领域

本发明涉及港口资源信息提取技术领域，具体为一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法。

背景技术

港口是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进出和停泊的运输枢纽。是水陆交通的集结点和枢纽，工农业产品和外贸进出口物资的集散地，船舶停泊、装卸货物、上下旅客、补充给养的场所。由于港口是联系内陆腹地和海洋运输(国际航空运输)的一个天然界面，因此，人们也把港口作为国际物流的一个特殊结点。

我国港口资源整合的现状是：港口资源整合，简单的理解，即港区之间或港与港之间通过某种纽带，实现港口各港区之间或港与港之间资源的共享。这种纽带，可以是资产并购类行为，也可以是简单的合作经营行为，亦可以是通过行政手段实现的资源共享行为。所谓的资源共享，可以是港口生产基础设施设备之间的共享，也可以是货源和软环境的共享。

我国港口发展与经济发展需求之间的矛盾已经发生变化，我国港口将从粗放式的规模化发展朝着集约化方向转变，以适应经济增长方式的变化，避免出现大量码头的低利用率和重复建设问题。

伴随着我国经济增长方式的转变以及国家整体战略的需求，我国的化工、冶金、电力等重要产业的发展将更加注重规划，对于原油、矿石等战略资源的需求将呈现港口运输需求区域化的特点。在集装箱运输方面，我国的集装箱生成量也将随着我国经济增长方式的转变而发生转变。我国的对外贸易金额中直到目前加工贸易出口额仍占总出口额一半以上的份额，从而形成了我国世界工厂的局面，经济增长方式的变化和产业结构的调整将势必改变我国对外贸易的结构，我国的外贸集装箱量将增幅放缓，进而可能影响到我国集装箱专业码头能力的利用。

港口资源整合有利于解决港口发展面临的资金问题。港口管理体制改革以后，港口建设资金来源渠道发生了根本性的变化。投资主体多元化是目前港口建设的主要特征。经济实力强大或拥有优良腹地资源的港口可以比较好地通过自筹、信贷、招商以及上市等措施解决港口建设的资金问题，但相当数量的沿海和内河中小港口则面临着建设资金短缺的问题。港口资源整合则能够促进港口间的资金流动，从而在一定程度上解决港口发展所面临的资金困难。

但是，现有应用于港口的资源信息提取在以下缺陷：

所提取的信息不能直观反映出来，港口开发团队无法进行对比分析，需要根据数据去分析处理，是否符合港口的开发条件，存在一定的局限性；

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法及系统，本发明与传统的提取方法不同，采用的方法较为简单，容易实现，通过层次分化的方法实现对港口资源信息的提取分析，得到整个待测港口资源的信息分析对比结果，方便与工程师进行更准确有效的分析，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤100、现有港口图像模拟，利用三维扫描仪扫描若干个现有港口，得到每个港口的三维遥感图像，将三维遥感图像平面化，得到整个港口的俯视遥感平面图；

步骤200、建立港口坐标系，在该港口相对空旷区域且靠近港口边缘选择三维坐标系的原点，在港口边缘模拟X轴，建立三维坐标系；

步骤300、港口区域类型划分，并将现有港口的三维遥感图像和俯视遥感平面图划分区域，分存入空间数据库；

步骤400、待测港口资源信息的提取，利用激光扫描仪对待测港口进行360°全景扫描，得到待测港口的离散点集合；

步骤500、图像匹配，将扫描得到的离散点集合传输到数据处理单元进行立体遥感图形模拟，将模拟的立体遥感图像进行平面化得到俯视遥感平面图，俯视遥感平面图与空间数据库中现有港口的俯视遥感平面图进行重合匹配，计算匹配相似度。

进一步地，所述步骤100中，还包括：

首先，三维扫描仪分别单独扫描每个现有港口，每个现有港口倾斜扫描两侧，扫描两侧的倾斜角度相同，均为30°-60°；

然后，每个现有港口的三维遥感图像进行组叠式编号；

再对三维遥感图像平面化后的俯视遥感平面图进行对应编号；

最后，将扫扫描得到三维遥感图像和俯视遥感平面图存入空间数据库，并将其编号作为索引部分。

进一步地，所述步骤200中X轴的模拟方法为：

步骤201、在港口边缘提取若干回归点；

步骤202、将回归点进行回归分析，得到线性回归方程，即X轴所在的直线。

进一步地，港口资源信息根据开发要求划分航行区域、停泊区域、筑港区域和腹地区域。

进一步地，所述步骤300还包括：

将步骤100得到的三维遥感图像和俯视遥感平面图按照区域类型划分标准进行进一步分类，将同一类型的区域赋予独立的索引编号。

进一步地，所述步骤500中还包括：

步骤501、将模拟得到的三维遥感图像和俯视遥感平面图进行处理，得到与空间数据库中比例相同的图像；

步骤502、从空间数据库中依次提取每个现有港口的俯视遥感平面图的划分类型在模拟的俯视遥感平面图上进行重合匹配，计算匹配近似度；

步骤503、保留截取每一个划分类型匹配近似度高于百分之70的模拟图像；

步骤504、最后将所有保留截图的模拟图像还原，并在模拟的俯视遥感平面图上标出。

进一步地，所述三维扫描仪的位置在空间坐标系的Y轴上。

另外本发明还提供了一种用于权利要求1所述方法的港口资源信息提取系统，其特征在于：包括空间数据库、数据处理单元和数据采集模块；

所述空间数据库用于存储现有港口的三维遥感图像集合和俯视遥感平面图集合；

所述数据处理单元用于提取数据采集模块采集信息，并将采集信息进行解析处理，再从数据库中提取信息进行重合匹配，得到匹配结果；

所述数据采集模块为激光扫描仪，用于提取待测港口资源信息的；离散点集合；

所述数据处理单元还通过无线传输模块连接至处理终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明与传统的提取方法不同，采用的方法较为简单，容易实现，通过层次分化的方法实现对港口资源信息的提取分析，得到整个待测港口资源的信息分析对比结果，方便与工程师进行更准确有效的分析。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的结构框图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明提供了一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的系统，包括空间数据库、数据处理单元和数据采集模块；所述空间数据库用于存储现有港口的三维遥感图像集合和俯视遥感平面图集合；所述数据处理单元用于提取数据采集模块采集信息，并将采集信息进行解析处理，再从数据库中提取信息进行重合匹配，得到匹配结果；所述数据采集模块为激光扫描仪，用于提取待测港口资源信息的；离散点集合；所述数据处理单元还通过无线传输模块连接至处理终端。

通过将现有港口信息进行综合提取，得到其三维遥感图像和处理后的俯视遥感平面图集合的空间数据库，再对考虑的待测港口资源信息进行图像信息提取，提取处理后的图像信息与数据库中的现有港口信息进行重合匹配，进行近似度计算来判定待测港口资源信息是否符合港口开发条件。

在本实施方式中，如图1所示，提取港口资源信息的方法包括如下步骤：

步骤100、现有港口图像模拟，利用三维扫描仪扫描若干个现有港口，得到每个港口的三维遥感图像，将三维遥感图像平面化，得到整个港口的俯视遥感平面图。

首先，为了提高图像匹配的精确度，三维扫描仪可以分别单独扫描每个现有港口，每个现有港口倾斜扫描两侧，扫描两侧的倾斜角度相同，均为30°-60°；甚至多个角度的多种扫描得到的图像集合。

然后，每个现有港口的三维遥感图像进行组叠式编号；再对三维遥感图像平面化后的俯视遥感平面图进行对应编号；

例如：编号的前缀采用英文字母，后缀采用阿拉伯数字。

港口类型将其中文名取其每个字的首字母(例如：丹东港-DD；大连港-DL)，三维遥感图像采用SW表示，俯视平面图采用PM表示；

则丹东港的三维遥感图像表示为：DD-SWi(1≤i)；

则丹东港的俯视平面图表示为：DD-PMi(1≤i)；

则大连港的三维遥感图像表示为：DL-SWi(1≤i)；

则大连港的俯视平面图表示为：DL-PMi(1≤i)。

本实施方式中也可以采用其他编号方式，主要是要能明确区分不同现有港口的不同图形。

最后，将扫扫描得到三维遥感图像和俯视遥感平面图存入空间数据库，并将其编号作为索引部分。

步骤200、建立港口坐标系，在该港口相对空旷区域且靠近港口边缘选择三维坐标系的原点，在港口边缘模拟X轴，建立三维坐标系。

在本步骤中，通过在港口的边缘提取若干回归点；将这些回归点进行回归分析，得到线性回归方程，即X轴所在的直线，根据步骤100得到的原点，以垂直与X轴且在地面上的线作为Y轴，竖直线作为Z轴建立空间坐标系。

其中，回归分析是利用数理统计中回归分析，来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，运用十分广泛。其表达形式为y＝w'x+e，e为误差服从均值为0的正态分布。

线性回归方程是利用数理统计中的回归分析，来确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法之一。线性回归也是回归分析中第一种经过严格研究并在实际应用中广泛使用的类型。按自变量个数可分为一元线性回归分析方程和多元线性回归分析方程。

步骤300、港口区域类型划分，并将现有港口的三维遥感图像和俯视遥感平面图划分区域，分存入空间数据库；

港口开发的要求为：

①航行条件。要保证一定规格船舶不分季节和昼夜，安全、迅速地进出港湾；

②停泊条件。具备可供船舶安排抛锚与系泊，以及进行装卸与倒驳作业的足够水面；

③筑港与陆域条件。要满足港口的各种装备、设施及其他建筑物的平面布置，以及周围自然条件对其与腹地联系的可行性与有利性；

④腹地条件。指港口腹地面积的大小，港口与腹地间的交通条件，腹地各种资源的丰度与开发程度，经济发展水平与结构，以及主要的产销联系。

根据实际开发条件，有些要求一眼可变，对于其他因素采用本发明的方法进行匹配计算。

因此将现有港口划分为航行区域、停泊区域、筑港区域和腹地区域，并将现有港口的三维遥感图像和俯视遥感平面图按照划分类型进行截取，重新保存，按照区域类型划分标准进行进一步分类，分别对四种类型选择编号。

例如：航行区域、停泊区域、筑港区域和腹地区域分别为：HX、TB、ZG、FD；则上述标号示例如下：

丹东港三维遥感图像的航行区域表示为：DD-HX-SWi(1≤i)；

丹东港三维遥感图像的停泊区域表示为：DD-TB-SWi(1≤i)；

丹东港三维遥感图像的筑港区域表示为：DD-ZG-SWi(1≤i)；

丹东港三维遥感图像的腹地区域表示为：DD-FD-SWi(1≤i)；

丹东港的俯视平面图的航行区域表示为：DD-HX-PMi(1≤i)；

丹东港的俯视平面图的停泊区域表示为：DD-TB-PMi(1≤i)；

丹东港的俯视平面图的筑港区域表示为：DD-ZG-PMi(1≤i)；

丹东港的俯视平面图的腹地区域表示为：DD-FD-PMi(1≤i)。

步骤400、待测港口资源信息的提取，利用激光扫描仪对待测港口进行360°全景扫描，得到待测港口的离散点集合；

激光扫描仪是借着扫描技术来测量工件的尺寸及形状等工作的一种仪器，激光扫描仪必须采用一个稳定度及精度良好的旋转马达，当光束打(射)到由马达所带动的多面棱规反射而形成扫描光束。由于多面棱规位于扫描透镜的前焦面上，并均匀旋转使激光束对反射镜而言，其入射角相对地连续性改变，因而反射角也作连续性改变，经由扫描透镜的作用，形成一平行且连续由上而下的扫描线。

步骤500、图像匹配，将扫描得到的离散点集合传输到数据处理单元进行立体遥感图形模拟，将模拟的立体遥感图像进行平面化得到俯视遥感平面图，俯视遥感平面图与空间数据库中现有港口的俯视遥感平面图进行重合匹配，计算匹配相似度。

先将模拟得到的三维遥感图像和俯视遥感平面图进行处理，得到与空间数据库中比例相同的图像；

然后从空间数据库中依次提取每个现有港口的俯视遥感平面图的划分类型在模拟的俯视遥感平面图上进行重合匹配，计算匹配近似度；

再保留截取每一个划分类型匹配近似度高于百分之70的模拟图像；

最后将所有保留截图的模拟图像还原，并在模拟的俯视遥感平面图上标出。

通过上述步骤500，其实质上是将待测港口资源(考虑开发的区域)扫描得到的离散点进行图像拟合，得到整个大区域的俯视平面图；然后将现有港口提取的资源信息，按照类型分别进行土相重合匹配，计算近似度；截取达到近似度要求的图像，最后还原在待测港口资源的模拟图像上并标出。根据符合要求的区域分析是否符合开发要求。

在现在港口开发成熟的条件下，采用现有港口图像分析作为对比，进行有效的近似度比较，再结合现有地质数据，能更有效的反应是否符合港口开发要求。

在本实施方式中，主要特点如下：

本发明与传统的提取方法不同，采用的方法较为简单，容易实现，通过层次分化的方法实现对港口资源信息的提取分析，得到整个待测港口资源的信息分析对比结果，方便与工程师进行更准确有效的分析。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤100、现有港口图像模拟，利用三维扫描仪扫描若干个现有港口，得到每个港口的三维遥感图像，将三维遥感图像平面化，得到整个港口的俯视遥感平面图；

步骤200、建立港口坐标系，在该港口相对空旷区域且靠近港口边缘选择三维坐标系的原点，在港口边缘模拟X轴，建立三维坐标系；

步骤300、港口区域类型划分，并将现有港口的三维遥感图像和俯视遥感平面图划分区域，分别存入空间数据库；

步骤400、待测港口资源信息的提取，利用激光扫描仪对待测港口进行360°全景扫描，得到待测港口的离散点集合；

步骤500、图像匹配，将扫描得到的离散点集合传输到数据处理单元进行立体遥感图形模拟，将模拟的立体遥感图像进行平面化得到俯视遥感平面图，俯视遥感平面图与空间数据库中现有港口的俯视遥感平面图进行重合匹配，计算匹配相似度。

2.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：所述步骤100中，还包括：

首先，三维扫描仪分别单独扫描每个现有港口，每个现有港口倾斜扫描两侧，扫描两侧的倾斜角度相同，角度范围均为30°-60°；

然后，每个现有港口的三维遥感图像进行组叠式编号；

再对三维遥感图像平面化后的俯视遥感平面图进行对应编号；

最后，将扫描得到三维遥感图像和俯视遥感平面图存入空间数据库，并将其编号作为索引部分。

3.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：所述步骤200中X轴的模拟方法为：

步骤201、在港口边缘提取若干回归点；

步骤202、将回归点进行回归分析，得到线性回归方程，即X轴所在的直线。

4.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：港口资源信息根据开发要求划分航行区域、停泊区域、筑港区域和腹地区域。

5.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：所述步骤300还包括：

将步骤100得到的三维遥感图像和俯视遥感平面图按照区域类型划分标准进行进一步分类，将同一类型的区域赋予独立的索引编号。

6.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：所述步骤500中还包括：

步骤501、将模拟得到的三维遥感图像和俯视遥感平面图进行处理，得到与空间数据库中比例相同的图像；

步骤502、从空间数据库中依次提取每个现有港口的俯视遥感平面图的划分类型在模拟的俯视遥感平面图上进行重合匹配，计算匹配近似度；

步骤503、保留截取每一个划分类型匹配近似度高于百分之70的模拟图像；

步骤504、最后将所有保留截图的模拟图像还原，并在模拟的俯视遥感平面图上标出。

7.根据权利要求1所述的一种利用遥感图像属性提取港口资源信息的方法，其特征在于：所述三维扫描仪的位置在空间坐标系的Y轴上。

8.一种用于权利要求1所述方法的港口资源信息提取系统，其特征在于：包括空间数据库、数据处理单元和数据采集模块；

所述空间数据库用于存储现有港口的三维遥感图像集合和俯视遥感平面图集合；

所述数据处理单元用于提取数据采集模块采集信息，并将采集信息进行解析处理，再从数据库中提取信息进行重合匹配，得到匹配结果；

所述数据采集模块为激光扫描仪，用于提取待测港口资源信息的离散点集合；

所述数据处理单元还通过无线传输模块连接至处理终端。