CN110196892B - 一种基于物联网的保护地综合监控平台及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的保护地综合监控平台，包括：卫星遥感监控系统、地面站点监控系统、实时视频监控系统和综合管理系统；所述卫星遥感监控系统、所述地面站点监控系统和所述实时视频监控系统均与所述综合管理系统相连；还公开了一种基于物联网的保护地综合监控方法，包括以下步骤：分别获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果，综合分析所获取到的所有成果，形成成果报告。实现综合分析各类监控结果，实现基于物联网的天地一体化技术在保护地综合监控中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及生态保护保护地综合监控技术领域，更具体的说是涉及一种基于物联网的保护地综合监控平台及其方法。
背景技术
目前，国家保护地的监管工作是一个长期且复杂的过程，卫星遥感技术作为常规监测手段之一，具有监测范围广、频次高等优势，能极大程度提高监管工作的效率。但是，卫星遥感监测产品质量极易受到大气辐射、传感器、被观测目标状态、天气等客观因素的影响；而且传统的生态保护工作主要依靠人工、监控技术信息化基础薄弱，系统数据源和应用类型单一，处理能力弱；仅采用卫星遥感检测技术难以准确高效地完成生态保护红线的监控。
因此，如何提供一种生态保护红线的综合监控系统和方法来提高监控质量及效率是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于物联网的保护地综合监控平台及其方法，通过卫星遥感技术、地面观测网络技术以及实时视频监控技术相结合，实现对保护地的综合监控。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网的保护地综合监控平台，包括：卫星遥感监控系统、地面站点监控系统、实时视频监控系统和综合管理系统；所述卫星遥感监控系统、所述地面站点监控系统和所述实时视频监控系统均与所述综合管理系统相连；
所述卫星遥感监控系统，用于用于对监管区域内的卫星遥感数据进行处理和分析，获得人类活动监控成果；
所述地面站点监控系统，用于获取所述监管区域地面观测数据，获取生态系统状况监管成果；
所述实时视频监控系统，用于实时获取并监管所述监管区域内的视频影像数据，获得实时视频监控成果；
所述综合管理系统，用于获取所述人类活动监控成果、所述生态系统状况监管成果和所述实时视频监控成果并进行分析，实现对保护地的综合监控。
优选的，所述卫星遥感监控系统包括数据预处理子系统、自动化巡查子系统、交互式详查子系统和便捷化核查子系统；
所述数据预处理子系统，用于获取区域基础数据，对所述基础数据进行预处理；
所述自动化巡查子系统，用于根据预处理后的结果逐地类地对监管区域进行自动变化分析，实现区域的自动巡查监管，并实现不同地区的重点生态区域内的异常识别；
所述交互式详查子系统，用于对所述自动化巡查子系统的结果进行确认与补充；
所述便捷化核查子系统，用于对所述交互式详查子系统不能确定的地物的具体变化类型采取核查的方式进行进一步确定，获得最终的所述人类活动监控成果；
优选的，所述地面站点监控系统包括地面观测数据接收管理模块、地面观测数据查询模块、地面观测数据在线浏览、地面观测数据下载模块和地面观测数据应用模块；
所述地面观测数据接收管理模块，用于接收各个类型地面观测站点的观测数据，并对所述观测数据进行统一规范化管理；
所述地面观测数据查询模块，用于调取统一规范化管理后的所述观测数据数据进行空间查询或属性查询；
所述地面观测数据在线浏览，用于在线浏览所述地面观测数据查询模块查询到的数据；
所述地面观测数据下载模块，用于选定所需地面观测数据实现在线下载；
所述地面观测数据应用模块，用于对所述地面观测数据下载模块所下载到的所述观测数据进行分析，形成所述生态系统状况监管成果。
优选的，所述实时视频监控系统包括实时视频接入模块和实时视频跟踪监控模块；
所述实时视频接入模块，用于接入实时视频监控网络，选择监管区域内的视频点位，获取实时视频影像，实现在线查看实时视频点位空间分布信息；
所述实时视频跟踪监控模块，用于对所述实时视频接入模块所获取到的实时视频影像对人类活动情况和生态系统状况进行实时跟踪分析，获得所述实时视频监控成果。
一种基于物联网的保护地综合监控方法，包括以下步骤：分别获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果，综合分析所获取到的所有成果，形成成果报告。
优选的，获取所述人类活动监控成果的具体步骤为：
步骤一：获取区域基础数据，预处理所述基础数据；
所述区域基础数据包括监管区域内的保护地边界数据、保护地本底数据、遥感数据和高程数据；所述遥感数据包括全色影像数据和多光谱影像数据；
所述预处理所述基础数据的具体步骤包括：多光谱数据进行全色影像区域网平差、多光谱影像单片配准、卫星影像DOM生产和影像矢量套合配准；
其中，基于所述全色影像数据内的rpc文件和所述高程数据对多光谱影像数据进行全色影像区域网平差，并以区域网平差后的全色影像数据为基准进行多光谱影像单片配准；
所述影像矢量套合配准包括将所述卫星影像DOM生产后的DOM数据和所述保护地边界数据和所述保护地本底数据进行套合配准；
步骤二：人类活动自动变化检测；
以步骤一中的所述DOM数据和所述监管区域内的所述保护地边界矢量数据为输入，通过图像分割、特征计算、构建分析模型、构建决策模型和利用空间分析的方法，消除干扰，最终以概率模型的方式输出变化发现结果；
步骤三：交互式详查；
通过交互式数据采编，对疑似变化区域进行人机交互判读，完成各保护地的真实人类活动变化线索监测结果整理；
步骤四：便捷化核查；
核查需要进一步确定的人类活动变化，结合所述步骤二和所述步骤三所得到的结果，最终确定人类活动监控成果。
需要说明的是：便捷化核查方式可以为无人机核查、人员实地核查或无人机核查和人员实地核查相结合。
优选的，获取所述生态系统状况监管成果的具体步骤为：
步骤一：接收获取所述监控区域的地面观测数据，对所述地面观测数据进行统一规范化管理；
所述统一规范化管理的步骤包括：首先对所获取到的数据进行格式转换，并对格式转换后的数据的编码、属性和结构规范化，再进行数据质检，对质检合格的数据进行数据入库操作，质检不合格的数据再次进行格式转换并进行规范化处理和质检，直至质检合格后入库；
步骤二：地面观测数据操作；
对入库成功的地面观测数据进行查询、浏览和下载；
步骤三：地面观测数据应用；
结合下载到的地面观测数据，对生态系统监管成果开展进一步分析，检验监管成果的准确性，并最终获得生态系统状况监管成果。
优选的，获取所述实时视频监控成果的具体步骤为：
步骤一：实时视频接入；
获取所述监控区域的实时视频点位信息，接入实时监控视频，获取视频点位分布情况及视频点位基本信息；
步骤二：实时视频跟踪监控；
其中监控内容至少包括人类活动情况和生态系统状况。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于物联网的保护地综合监控平台及其方法，其有益效果为：
(1)形成“多源卫星遥感巡查、高分辨率卫星详查、便携化核查”相结合的遥感“三查”业务运行模式，实现面向保护地监管需求的快速响应、动态监测、实时监控、综合分析和高效服务的遥感技术综合支撑能力。
(2)该技术有力支持了日常监管执法和重点行动，为利用卫星遥感等现代化信息技术加强生态环境监管做出了积极的探索，充分体现了天地一体化、全方位、立体监测的综合技术优势，为开展全国保护地监控奠定了技术基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种基于物联网的保护地综合监控平台框架结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种基于物联网的保护地综合监控方法的总体流程示意图；
图3附图为本发明提供的海南红线区范围、本底和遥感影像图；
图4附图为本发明提供的面向生态保护红线监管的遥感自动变化检测技术路线示意图；
图5附图为本发明提供的海南红线区巡查结果图；
图6附图为本发明提供的海南红线区详查结果图；
图7附图为本发明提供的海南红线区核查结果图；
图8附图为本发明提供的地面观测数据整合处理流程；
图9附图为本发明提供的生态系统状况评估成果图；
图10附图为本发明提供的实时视频接入示意图；
图11附图为本发明提供的实时视频跟踪监控示意图；
图12附图为本发明提供的生态保护红线监管成果综合监控界面示意图。
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。
实施例一：
本发明实施例公开了一种基于物联网的保护地综合监控平台，如图1所示，包括：卫星遥感监控系统、地面站点监控系统、实时视频监控系统和综合管理系统；卫星遥感监控系统、地面站点监控系统和实时视频监控系统均与综合管理系统相连；
卫星遥感监控系统，用于用于对监管区域内的卫星遥感数据进行处理和分析，获得人类活动监控成果；
地面站点监控系统，用于获取监管区域地面观测数据，获取生态系统状况监管成果；
实时视频监控系统，用于实时获取并监管监管区域内的视频影像数据，获得实时视频监控成果；
综合管理系统，用于获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果并进行分析，实现对生态保护红线的综合监控。
优选的，卫星遥感监控系统包括数据预处理子系统、自动化巡查子系统、交互式详查子系统和便捷化核查子系统；
数据预处理子系统，用于获取区域基础数据，对基础数据进行预处理；
自动化巡查子系统，用于根据预处理后的结果逐地类地对监管区域进行自动变化分析，实现区域的自动巡查监管，并实现不同地区的重点生态区域内的异常识别；
交互式详查子系统，用于对自动化巡查子系统的结果进行确认与补充；
便捷化核查子系统，用于对交互式详查子系统不能确定的地物的具体变化类型采取地面核查的方式进行进一步确定，获得最终的人类活动监控成果；
更进一步地，地面站点监控系统包括地面观测数据接收管理模块、地面观测数据查询模块、地面观测数据在线浏览、地面观测数据下载模块和地面观测数据应用模块；
地面观测数据接收管理模块，用于接收各个类型地面观测站点的观测数据，并对观测数据进行统一规范化管理；
地面观测数据查询模块，用于调取统一规范化管理后的观测数据数据进行空间查询或属性查询；
地面观测数据在线浏览，用于在线浏览地面观测数据查询模块查询到的数据；
地面观测数据下载模块，用于选定所需地面观测数据实现在线下载；
地面观测数据应用模块，用于对地面观测数据下载模块所下载到的观测数据进行分析，形成生态系统状况监管成果。
更进一步地，实时视频监控系统包括实时视频接入模块和实时视频跟踪监控模块；
实时视频接入模块，用于接入实时视频监控网络，选择监管区域内的视频点位，获取实时视频影像，实现在线查看实时视频点位空间分布信息；
实时视频跟踪监控模块，用于对实时视频接入模块所获取到的实时视频影像对人类活动情况和生态系统状况进行实时跟踪分析，获得实时视频监控成果。
实施例二：
一种基于物联网的保护地综合监控方法，如图2所示，包括以下步骤：分别获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果，综合分析所获取到的所有成果，形成成果报告。
下面以海南省尖峰岭周边红线区域(简称“海南省红线区”)为例，对具体的应用步骤进行逐一说明。
步骤S1.获取区域基础数据，预处理基础数据。
a.区域基础数据包括海南省保护地边界数据、海南省红线区本底数据、遥感数据和高程数据。其中：
红线保护区边界数据来源于环境保护部卫星环境应用中心，该数据生产时间为2015-0112。
海南省红线区本底数据来源于环境保护部卫星环境应用中心，包括耕地、林地、草地和各种人类活动用地，该数据生产时间为2014-02-01。
遥感数据采用高分1号全色数据和多光谱数据，数据云量低于10％，辐射质量较高，该数据时间为2015-04-19。
高程数据在实施例中采用的是DEM(数字高程模型)，但高程数据并不局限于DEM。实施例的DEM数据采用30m空间分辨率的ASTER GDEM。
b.数据预处理，包括对GF-1号数据的处理，包括多光谱数据进行全色影像区域网平差、多光谱影像单片配准、卫星影像DOM生产和影像矢量套合配准，可以在影像处理系统(GEOWAY CIPS)和地理信息系统平台(如ArcGIS)上实现，如图3所示。其中：
全色影像区域网平差基于原始影像的rpc文件和海南省30m的ASTER GDEM数据，利用通用成像模型RFM模型，通过自动选取同名点和较少控制点对多景卫星影像进行区域网平差，获得新的有理函数多项式参数(rpc)文件。
多光谱影像单片配准以区域网平差后的全色影像为基准，通过自动匹配连接点对多光谱RPC进行改正以提高影像模型精度。
卫星影像DOM生产流程包括正射纠正、影像融合、匀光匀色等处理，实现影像地物和色彩的自然过渡。
将海南省处理好的DOM数据和保护地边界、本底数据进行套合配准，精度控制在一个像素左右。
步骤S2.人类活动自动变化检测。
以配准后的DOM数据和海南省生态红线保护区域边界矢量数据为输入，通过图像分割、特征计算、构建分析模型、构建决策模型，并且利用空间分析的方法，尽可能的消除投影差、辐射差异、同物异谱、同谱异物等干扰，最终以概率模型的方式输出变化发现结果，如图4所示。其中：
a.图像分割包括分割算法的选择和分割阈值的设置，分割算法默认选择“FullLambda Schedule”，也可调整为“光谱差异法”，分割阈值与生成的分割图斑破碎化程度有关，此处根据高分1号，2m分辨率的影像，阈值设置为250。
b.特征计算包括获取图像的光谱、纹理、几何特征等构建统计分析的数据基础。
c.分析模型利用主成分分析等方法，构建分析模型，此处也可以采用贝叶斯分析、高斯回归分析等。
d.决策模型利用空间建模理论构建决策模型，此处也可以采用主成分分析、模式识别等。
e.概率模型中设置概率为60，得到自动变化发现的线索，如图5所示。
步骤S3.交互式详查。
通过交互式数据采编，对疑似变化区域进行人机交互判读，完成各保护地的真实人类活动变化线索监测结果整理，以.shp格式存储变化检测结果，如图6所示。
其中矢量采编工具包括点采集、折线采集、双线采集、多边形采集、矩形采集、双线面采集、节点编辑、局部串接、面切割、面合并、面挖洞、面提取等，属性编辑工具包括地物类刷、属性刷等。
步骤S4.便捷化核查。
对于详查中不能确定地物的具体变化类型的，采取地面核查的方式进行进一步确定。将需要核查数据的相关信息(坐标、影像等)下发给实地核查人员，实地核查后将最终结果反馈，确定最终的变化发现检测结果，如图7所示。
以青海省地面观测网络站点为例，对具体的应用步骤进行逐一说明。
步骤S1.接收获取青海省地面观测数据，进行数据整合入库。
a.接收获取青海省的地面观测数据，数据来源于环境保护部卫星环境应用中心，监测日期为2010至2013年间，站点类型包括草地、森林、湿地等生态系统类型，监测内容包括站点调查数据及相关照片视频文件。
b.对地面观测数据进行规范化整合，具体步骤包括数据格式转换，如图8所示，数据属性及结构规范化，数据质检等步骤，处理完合格后的数据，才可以进行数据入库操作，入库成功的地面观测数据，可同步展示至应用系统界面。
步骤S2.地面观测数据操作。
在应用系统中，可对入库成功的地面观测数据进行查询、浏览、下载等操作，如图9所示，查看地面观测数据整体情况，选定用户所需的数据，开展后续的成果应用。
步骤S3.地面观测数据应用。
结合获取到的地面观测数据，对生态系统监管成果开展进一步分析，检验监管成果的准确性，并形成最终的生态系统状况监管成果产品，在应用系统中进行展示，如图10所示。
以青海省实时视频监控数据为例，对具体的应用步骤进行逐一说明。
步骤S1.实时视频接入。
获取青海省实时视频点位信息，在应用系统中接入青海省实时监控视频，视频来源于青海省环境保护厅在全省范围内建立的19个观测点位，目前已接入5个点位，可在应用系统中查看视频点位分布情况及视频点位基本信息等，如图11所示。
步骤S2.实时视频跟踪监控。
获取红线监管区域范围内的视频信息，接入实时视频数据，在应用系统中进行在线跟踪监控，监控内容包括人类活动情况、生态系统状况等方面，如图12所示。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于物联网的保护地综合监控平台，其特征在于，包括：卫星遥感监控系统、地面站点监控系统、实时视频监控系统和综合管理系统；所述卫星遥感监控系统、所述地面站点监控系统和所述实时视频监控系统均与所述综合管理系统相连；
所述卫星遥感监控系统，用于对监管区域内的卫星遥感数据进行处理和分析，获得人类活动监控成果；
所述地面站点监控系统，用于获取所述监管区域地面观测数据，获取生态系统状况监管成果；
所述实时视频监控系统，用于实时获取并监管所述监管区域内的视频影像数据，获得实时视频监控成果；
所述综合管理系统，用于获取所述人类活动监控成果、所述生态系统状况监管成果和所述实时视频监控成果并进行分析，实现对保护地的综合监控；
所述卫星遥感监控系统包括数据预处理子系统、自动化巡查子系统、交互式详查子系统和便捷化核查子系统；
所述数据预处理子系统，用于获取区域基础数据，对所述基础数据进行预处理；
所述自动化巡查子系统，用于根据预处理后的结果逐地类地对监管区域进行自动变化分析，实现区域的自动巡查监管，并实现不同地区的重点生态区域内的异常识别；
所述交互式详查子系统，用于对所述自动化巡查子系统的结果进行确认与补充；
所述便捷化核查子系统，用于对所述交互式详查子系统不能确定的地物的具体变化类型采取核查的方式进行进一步确定，获得最终的所述人类活动监控成果；
所述地面站点监控系统包括地面观测数据接收管理模块、地面观测数据查询模块、地面观测数据在线浏览、地面观测数据下载模块和地面观测数据应用模块；
所述地面观测数据接收管理模块，用于接收各个类型地面观测站点的观测数据，并对所述观测数据进行统一规范化管理；
所述地面观测数据查询模块，用于调取统一规范化管理后的所述观测数据进行空间查询或属性查询；
所述地面观测数据在线浏览，用于在线浏览所述地面观测数据查询模块查询到的数据；
所述地面观测数据下载模块，用于选定所需地面观测数据实现在线下载；
所述地面观测数据应用模块，用于对所述地面观测数据下载模块所下载到的所述观测数据进行分析，形成所述生态系统状况监管成果。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的保护地综合监控平台，其特征在于，所述实时视频监控系统包括实时视频接入模块和实时视频跟踪监控模块；
所述实时视频接入模块，用于接入实时视频监控网络，选择监管区域内的视频点位，获取实时视频影像，实现在线查看实时视频点位空间分布信息；
所述实时视频跟踪监控模块，用于对所述实时视频接入模块所获取到的实时视频影像对人类活动情况和生态系统状况进行实时跟踪分析，获得所述实时视频监控成果。
3.一种基于物联网的保护地综合监控方法，其特征在于，包括以下步骤：分别获取人类活动监控成果、生态系统状况监管成果和实时视频监控成果，综合分析所获取到的所有成果，形成成果报告；
获取所述人类活动监控成果的具体步骤为：
步骤一：获取区域基础数据，预处理所述基础数据；
所述区域基础数据包括监管区域内的保护地边界数据、保护地本底数据、遥感数据和高程数据；所述遥感数据包括全色影像数据和多光谱影像数据；
所述预处理所述基础数据的具体步骤包括：多光谱数据进行全色影像区域网平差、多光谱影像单片配准、卫星影像DOM生产和影像矢量套合配准；
其中，基于所述全色影像数据内的rpc文件和所述高程数据对多光谱影像数据进行全色影像区域网平差，并以区域网平差后的全色影像数据为基准进行多光谱影像单片配准；
所述影像矢量套合配准包括将所述卫星影像DOM生产后的DOM数据和所述保护地边界数据和所述保护地本底数据进行套合配准；
步骤二：人类活动自动变化检测；
以步骤一中的所述DOM数据和所述监管区域内的所述保护地边界数据为输入，通过图像分割、特征计算、构建分析模型、构建决策模型和利用空间分析的方法，消除干扰，最终以概率模型的方式输出变化发现结果；
步骤三：交互式详查；
通过交互式数据采编，对疑似变化区域进行人机交互判读，完成各保护地的真实人类活动变化线索监测结果整理；
步骤四：便捷化核查；
核查需要进一步确定的人类活动变化，结合所述步骤二和所述步骤三所得到的结果，最终确定人类活动监控成果；
获取所述生态系统状况监管成果的具体步骤为：
步骤一：接收获取所述监管区域的地面观测数据，对所述地面观测数据进行统一规范化管理；
所述统一规范化管理的步骤包括：首先对所获取到的数据进行格式转换，并对格式转换后的数据的编码、属性和结构规范化，再进行数据质检，对质检合格的数据进行数据入库操作，质检不合格的数据再次进行格式转换并进行规范化处理和质检，直至质检合格后入库；
步骤二：地面观测数据操作；
对入库成功的地面观测数据进行查询、浏览和下载；
步骤三：地面观测数据应用；
结合下载到的地面观测数据，对生态系统监管成果开展进一步分析，检验监管成果的准确性，并最终获得生态系统状况监管成果。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的保护地综合监控方法，其特征在于，获取所述实时视频监控成果的具体步骤为：
步骤一：实时视频接入；
获取所述监管区域的实时视频点位信息，接入实时监控视频，获取视频点位分布情况及视频点位基本信息；
步骤二：实时视频跟踪监控；
其中监控内容至少包括人类活动情况和生态系统状况。
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