CN112700545B - 一种遥感数据的模拟展示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种遥感数据的模拟展示系统及方法，该系统从数据获取、数据处理，直至采用三维沙盘进行数据应用与展示，同时把生产过程中的卫星成像技术要素全部融入到模拟展示当中，为使用者提供三维沙盘成果立体投影展示的技术方案，也为学校的立体教学提供了优质的展示平台。本发明通过运用遥感数据的模拟展示系统构建真实的实践教学平台，实现对遥感卫星成像全流程的真实模拟，能够使学习者进一步理解与巩固对测绘遥感学科基本理论的知识与基础应用，对提高学习者的综合素质，培养学习者的创新精神和解决实际问题的能力有着理论教学不可替代的作用。
Description
技术领域
本发明涉及遥感影像的数据服务技术领域，尤其涉及一种遥感数据的模拟展示系统及方法。
背景技术
现如今遥感技术已是可以为人类提供从多方位和宏观角度认识地球的对地观测手段，在帮助人们探索自然的多个领域中发挥了日益重要的作用。伴随着大数据技术的兴起，遥感大数据分析已经进入蓄势待发的节奏。而现阶段遥感技术的普及还远远不足。
伴随着大数据技术的兴起，遥感大数据分析已经进入蓄势待发的节奏。为了充分发挥这些资源的作用，遥感数据的预处理问题是需要首要解决的问题，它是遥感应用分析中十分重要的部分。但科学家们需要的遥感数据并不总是显性的，有时需要进行数据挖掘才能得到其他隐性专题信息。通过分析把各种信息提取出来，使遥感数据达到最终作用。所以，信息提取是从大量数据中通过算法搜索其隐藏信息的过程，也是目前大数据处理的重要手段和有效方法，通过这种方法，便可以从遥感大数据中发现地表的变化规律，探索自然和社会的变化趋势。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种遥感数据的模拟展示系统及方法，可用于立体投影教学演示，通过主动立体方式进行立体投影，体验者有一种身临其境的视觉感受，对于遥感技术的普及以及将其渗透进日常教学具有很好的效果。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种遥感数据的模拟展示系统，包括数据采集处理模块、数据展示模块和三维地形沙盘模块；其中，
所述数据采集处理模块，采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块；
所述三维地形沙盘模块，进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫；
所述数据展示模块，将所述影像结果在三维地形沙盘模块上进行投影展示。
进一步的，所述数据采集处理模块包括：卫星遥感影像初级处理单元、控制网及控制点设计单元、空中三角测量单元、卫星遥感影像预处理单元、影像地物提取及分类单元、三维GIS建模与空间分析单元。
进一步的，所述卫星遥感影像初级处理单元，对卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查。
进一步的，所述控制网及控制点设计单元，进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点。
进一步的，所述空中三角测量单元，基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正。
进一步的，所述卫星遥感影像预处理单元，对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据。
进一步的，所述影像地物提取及分类单元，基于所得的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类。
进一步的，所述三维GIS建模与空间分析单元，基于提取出的地物影像数据，进行GIS建模以及空间分析。
根据本发明的另一个方面，提供了一种遥感数据的模拟展示方法，包括步骤：
采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块；
进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫；
将处理得到的影像结果在所构建的三维地形上进行投影展示。
进一步的，所述采集遥感数据并进行处理，包括：
对卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查；
进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点；
基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正；
对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据；
基于所得的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类；
基于提取出的地物影像数据，进行GIS建模以及空间分析。
综上所述，本发明提供了一种遥感数据的模拟展示系统及方法，以激发学习者兴趣为前提，与课程相结合，引导学习者了解遥感卫星及空间信息处理的相关技术，并通过亲自实践，激发学习者对空间信息领域的兴趣和热情。使学习者走进遥感，认识空间信息科学和大数据分析，培养学习者的动手能力和自主创新能力。通过运用遥感数据的模拟展示系统构建真实的实践教学平台，实现对遥感卫星成像全流程的真实模拟，能够使学习者进一步理解与巩固对测绘遥感学科基本理论的知识与基础应用，对提高学习者的综合素质，培养学习者的创新精神和解决实际问题的能力有着理论教学不可替代的作用。该系统完整的从数据获取、数据处理、数据应用与展示，同时把生产过程中的卫星成像技术要素全部融入到模拟实验室当中，为使用者提供三维沙盘成果立体投影展示的技术方案，也为学校的立体教学提供了优质的展示平台。
附图说明
图1是本发明遥感数据的模拟展示系统的构成框图；
图2是本发明遥感数据的模拟展示方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种遥感数据的模拟展示系统，该系统的构成框图如图1所示，包括：数据采集处理模块、数据展示模块和三维地形沙盘模块。
数据采集处理模块，采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块。该数据采集处理模块进一步包括：卫星遥感影像初级处理单元、控制网及控制点设计单元、空中三角测量单元、卫星遥感影像预处理单元、影像地物提取及分类单元、三维GIS建模与空间分析单元。
卫星遥感影像初级处理单元，对通过遥感卫星传感器获取的卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查。畸变差纠正通过相机检校获取的参数对卫星遥感影像进行零级处理，通过处理以消除影像的畸变差和主点偏移量。匀色主要对卫星遥感影像进行图像处理，通过处理，消除成像条件，例如天气条件、光照条件、硬件条件等，对数字影像的各类影响，使整个测区的影像颜色基本达到一致。影像质量检查对影像数据进行空白区漏洞检查，通过检查，在测区及时决定是否进行补拍。
控制网及控制点设计单元，进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点。根据理论知识以及摄影测量、卫星遥感相关规范要求进行像控点的布设，并根据控制点的布设情况，验证不同布设方案对空中三角测量精度的影响。像控点就是摄影测量的标志，用于航测决定对象的控制点，作用是将像平面坐标系校正到地面坐标系。可以理解为无人机航测前布设的相片控制点，在相片上同样有清晰成像，根据地面采集坐标校正DOM或倾斜模型。像控点需要分布均匀，平整，高差不能太大，选点需要考虑是否会被遮挡等因素。
空中三角测量单元，基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正。空中三角测量是对遥感卫星影像进行控制点加密解算的过程，以用于获取高精度的像对定向点，其作业方式分为全野外控制测量和GPS辅助空中三角测量。全野外控制测量是一种传统的方法，缺点在于劳动强度大，每隔三条或四条基线就得布设一个控制点，而且空中三角测量软件操作的强度也比较大，但该方法的解算精度却高于其它方式。GPS辅助空中三角测量即利用曝光点的GPS三维坐标来参与空中三角测量解算达到减少野外控制点的目的，该方法大大减少了野外作业的强度，同时也达到了内业数据处理的精度要求。本实施例中空中三角测量单元采用全野外控制测量和GPS辅助空中三角测量相结合的方法，从而降低工作量以及提高测量精度。
卫星遥感影像预处理单元，对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据。利用GXL软件对卫星遥感影像进行预处理，其中包括影像导入正射纠正、融合等预处理。对通过预处理后形成的干净准确的影像，按照标准分辨率层级进行重采样，按标准格网裁切成例如1000*1000的五层十五级规格化影像，即瓦片数据或瓦片影像产品。
影像地物提取及分类单元，基于所得的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类。其中，地物样本选取自待分类的遥感影像数据之上，提取和分类的对象“地物”指的是遥感影像中显示出的建筑、农作物、水、水塘等属性进行模块提取，并分别用不同的颜色标示出来，从而完成基于遥感影像提取相应的地物并进行分类处理。对于地物的提取与分类是基于经过预处理、初级处理的遥感影像进行处理的。
三维GIS建模与空间分析单元，基于提取出的地物影像数据，进行GIS建模以及空间分析。三维GIS建模与空间分析单元，基于影像地物提取及分类单元提取出的地物数据，结合地形构建、数字城市建设中第三方软件获取的相关数据分别进行建模及空间分析。
地形构建：对数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)构成的海量数据进行处理及二者叠加融合，生成能够实时调度的多分辨率的、具有真实大地坐标和高程的三维地形模型。生成的三维地形将作为三维场景中其它模型、矢量、注记及3D符号的载体。
数字城市建设：基于JX4(摄影测量工作站)所产生的建筑物边界数据DLG，根据建筑物和景观类型，自动建立具有真实坐标的三维建筑物体快速模型(粗模)，然后对模型的纹理进行采集、映射，生产具有真实纹理的三维数字城市。
三维空间分析：在地形及数字城市建立并添加好相关的属性之后，可以开展一些丰富的GIS分析操作，包括坐标查询、距离、面积、地形断面、通视分析、土石方量算、淹没分析等。
三维地形沙盘模块，进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫。三维地形沙盘模块，直接基于高分辨率遥感卫星正射影像图、数字高程模型数据及该沙盘模型即可进行三维建模及空间分析。沙盘是该模拟展示系统中非常重要的组成部分，以高分辨率遥感卫星正射影像图和数字高程模型(DEM)数据为基础，通过三维建模技术和沙盘制作技术，生产出三维地形沙盘模型，该沙盘主要用于模拟卫星成像环境中的地貌、地物，其中重点区域将制作部分标志性建筑予以表示。沙盘占地长、宽可根据现场实际情况调整。沙盘的设计具有一定的特点，例如：在沙盘中设计一条河，当最终获取该河域的DEM数据以后，可以开展一个河流淹没区分析的GIS分析实验，同时进行淹没区的灾害统计评估。该控制软件主要采用航线设计当中的横向与纵向位移参数来控制“工”字形轨道中横梁在平行直轨中的精确运动，以及安装于横梁之上的数字相机的精确运动及定距自动曝光。当相机运行至曝光点时，本系统可实施真实环境的在一定空间阈值范围内的定点曝光。
数据展示模块，将所述影像结果在三维地形沙盘模块上进行投影展示。
三维地形沙盘模块和数据展示模块均用于三维立体成果展示。通过立体投影平台或立体投影电视，可以使遥感卫星工作的立体环境在大屏幕或立体电视进行投影展示，能实现各种地形地貌立体像对的自动立体投影演示，支持模拟遥感成像相机所拍摄影像的立体投影显示功能。可以通过三维测标在立体环境中的上下移动，当参观人员带上立体眼镜时，都可以通过投影屏幕进行立体观看。当三维地形沙盘模块的三维成果制作完成以后，同样可以利用该立体投影或立体演示系统进行三维成果的立体展示及教学功能，参观者带上立体眼镜以后将会有一种身临其境的感觉。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种遥感数据的模拟展示方法，该方法的流程图如图2所示，包括步骤：
采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块。具体可以包括如下处理步骤：
对卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查；
进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点；
基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正；
对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据；
基于所得的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类；
基于提取出的地物影像数据，进行GIS建模以及空间分析。
进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫。
将处理得到的影像结果在所构建的三维地形上进行投影展示。
本发明所提供的实施例，通过架设轨道的方式来模拟卫星成像过程，其中主要是将卫星实际运行轨道以仿真效果构建模拟地球上空卫星的实际运行轨道，通过我们专业的软件绘制出让用户肉眼可见的地球上空卫星运行轨道。通过我们的专业技术让仿真模拟卫星在仿真模拟轨道上实际运行，通过地面构建具有丰富地形地貌的实体沙盘来模拟地球表面形态，形成一整套卫星遥感成像模拟系统。通过对所获取的数据进行影像预处理、像控点测量、空中三角测量、影像地物分类、三维地形构建等形成一套综合的遥感模拟系统。该系统除实现三维模型的立体投影之外，还能够实现相机所拍摄影像的同步显示及基于立体像对的快速三维投影显示功能。当相机拍完一张照片时，即通过wifi或数据线传输至计算机中，计算机通过立体驱动软件的处理，可快速的将两张相邻影像生成立体像对，同时通过大屏幕实时立体显示出来，达到所拍即所得的目的，立体的显示可实现上下视差、立体显示方式等功能的调节。该系统完整的从数据获取、数据处理、数据应用与展示，同时把生产过程中的卫星成像技术要素全部融入到模拟实验室当中，为使用者提供三维沙盘成果立体投影展示的技术方案，为学校的立体教学提供优质的展示平台。
综上所述，本发明涉及一种遥感数据的模拟展示系统及方法，以激发学习者兴趣为前提，与课程相结合，引导学习者了解遥感卫星及空间信息处理的相关技术，并通过亲自实践，激发学习者对空间信息领域的兴趣和热情。使学习者走进遥感，认识空间信息科学和大数据分析，培养学习者的动手能力和自主创新能力。通过运用遥感数据的模拟展示系统构建真实的实践教学平台，实现对遥感卫星成像全流程的真实模拟，能够使学习者进一步理解与巩固对测绘遥感学科基本理论的知识与基础应用，对提高学习者的综合素质，培养学习者的创新精神和解决实际问题的能力有着理论教学不可替代的作用。该系统完整的从数据获取、数据处理、数据应用与展示，同时把生产过程中的卫星成像技术要素全部融入到模拟实验室当中，为使用者提供三维沙盘成果立体投影展示的技术方案，也为学校的立体教学提供了优质的展示平台。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (5)
1.一种遥感数据的模拟展示系统，其特征在于，包括数据采集处理模块、数据展示模块和三维地形沙盘模块；其中，
所述数据采集处理模块，采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块，包括：卫星遥感影像初级处理单元、控制网及控制点设计单元、空中三角测量单元、卫星遥感影像预处理单元、影像地物提取及分类单元、三维GIS建模与空间分析单元；
其中，所述控制网及控制点设计单元，进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点；
所述空中三角测量单元，基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正；
影像地物提取及分类单元，基于卫星遥感影像预处理单元得到的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类；所述地物样本选取自待分类的遥感影像数据之上，对地物进行提取和分类包括对遥感影像中显示出的建筑、农作物、水和水塘属性进行模块提取，并分别用不同的颜色标示出来；
三维GIS建模与空间分析单元，基于提取出的地物影像数据，结合地形构建、数字城市建设中第三方软件获取的相关数据分别进行GIS建模以及空间分析；所述空间分析包括，在地形构建及数字城市建设并添加好相关的属性之后，进行GIS分析操作，包括坐标查询、距离、面积、地形断面、通视分析、土石方量算和淹没分析；
所述三维地形沙盘模块，进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫；
所述数据展示模块，将所述影像结果在三维地形沙盘模块上进行投影展示。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述卫星遥感影像初级处理单元，对卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述卫星遥感影像预处理单元，对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据。
4.一种遥感数据的模拟展示方法，其特征在于，包括步骤：
采集遥感数据并进行处理，基于处理后的数据进行三维GIS建模与空间分析，并将得到的影像结果输出至数据展示模块，包括对卫星遥感影像进行初级处理，进行控制网及控制点设计，进行空中三角测量，对卫星遥感影像进行预处理，基于卫星遥感影像预处理单元得到的瓦片数据进行地物分类处理，以及GIS建模以及空间分析，其中，进行控制网及控制点设计，验证不同设计方案对初级处理后的卫星遥感影像数据的几何校正精度的影响，并通过调整以获得合适的控制网和控制点；
基于设计的控制网和控制点，进行空中三角测量，以对数据进行正射纠正；
基于卫星遥感影像预处理单元得到的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类；所述地物样本选取自待分类的遥感影像数据之上，对地物进行提取和分类包括对遥感影像中显示出的建筑、农作物、水和水塘属性进行模块提取，并分别用不同的颜色标示出来
基于正射纠正所得的瓦片数据进行地物分类处理，通过各地物样本的选取，对分类模型进行训练，以基于所述分类模型对地物进行提取和分类；
基于提取出的地物影像数据，结合地形构建、数字城市建设中第三方软件获取的相关数据分别进行GIS建模以及空间分析；所述空间分析包括，在地形构建及数字城市建设并添加好相关的属性之后，进行GIS分析操作，包括坐标查询、距离、面积、地形断面、通视分析、土石方量算和淹没分析；
进行三维地形构建，以提供投影展示的铺垫；
将处理得到的影像结果在所构建的三维地形上进行投影展示。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对卫星遥感影像进行初级处理包括：
对卫星遥感影像进行畸变差纠正、匀色和影像质量检查；
对卫星遥感影像进行预处理，包括对所述正射纠正后的数据进行融合，并将所得数据切分为瓦片数据。
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| CN110968714A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 自然资源部国土卫星遥感应用中心 | 一种卫星遥感影像即时服务方法及即时服务平台 |
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2020
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Patent Citations (2)
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