CN115752497A - 一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，包括：视频处理模块，用于采集林火区域的视频数据，并对视频数据进行传输；实景生成模块，用于基于所述视频数据，生成三维实景地图；路线生成模块，用于基于三维实景地图生成救援路线；指挥模块，用于根据救援路线指挥救援人员。本救援系统采用视频与三维实景技术结合的方法，生成的三维实景图可以更好的呈现出林火区域的救援道路，通过结合视频，可以获得林火区域内火情的动态蔓延，有利于对灭火路线进行规划，还可以根据不同的救援工具和不同的救援位置动态规划出最佳的救援路线，以达到最快时间内灭火，从而减少火灾损失的效果。
Description
技术领域
本发明属于消防救援技术领域，特别是涉及一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统。
背景技术
森林中蕴藏着十分丰富的野生动植物资源。特别是在大面积国有林区、自然保护区及风景名胜区，分布有多种古树名木、名花异草及珍禽稀兽。所有这些都是人类不可多得的宝贵财富，然而，森林火灾能使这些宝贵资源付之一炬。
全世界每年平均发生森林火灾20多万次，烧毁森林面积约占全世界森林总面积的1‰以上，其社会危害甚大。
卫星对地进行视频遥感是最近10年发展起来的一种新型对地遥感方式，主要利用低轨道视频成像卫星或者敏捷成像卫星来实现，从本质上来看，是传统卫星对地光学遥感技术的升级，并不是颠覆性变革。视频成像卫星与传统对地光学遥感卫星的最大不同就是它能够对一定区域进行连续观测，以视频录像的方式获得目标更多的运动变化信息，特别适合于对运动目标的高分辨率观测，获得目标的运动速度和运动方向，从而获得该区域高时间分辨率的动态信息，而这些重要信息是传统对地光学遥感卫星所难以获取的。
及早发现森林火灾并进行救援将大大减少森林火灾所带来的损失。近年来，数字图像处理技术逐渐用于森林火灾的探测中，然而只依靠数字图像处理技术并不能直观有效的选择出最快的救援道路。
发明内容
为了克服现有救援系统不能直观有效的选择出最快的救援道路的问题，本发明提出一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，该救援系统通过卫星视频与三维实景技术的结合，可以以最快的速度规划出森林火灾救援道路，减少森林火灾损失。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，包括：
视频处理模块，用于采集林火区域的视频数据，并对视频数据进行优化、传输；
实景生成模块，用于基于所述视频数据，生成三维实景地图；
路线生成模块，用于基于三维实景地图生成救援路线；
指挥模块，用于根据救援路线指挥救援人员。
优选地，所述视频处理模块包括视频采集单元、视频优化单元和视频传输单元；
所述视频采集单元，用于采集林火区域的视频数据；
所述视频优化单元，用于对所述视频数据进行对比度、亮度和饱和度调整；
所述视频传输单元，用于传输调整后的视频数据。
优选地，所述实景生成模块包括图像提取单元、图像优化单元和成像单元；
所述图像提取单元用于从调整后的视频数据中提取林火区域图像；
所述图像优化单元用于优化林火区域图像；
所述成像单元用于基于优化后的林火区域图像构建三维实景地图。
优选地，所述图像优化单元包括辐射校正单元、几何修正单元和灰度处理单元；
所述辐射校正单元用于消除林火区域图像的辐射畸变；
所述几何修正单元用于消除林火区域图像的几何畸变；
所述灰度处理单元用于提高构建三维实景地图时的运算速度。
优选地，所述辐射校正单元包括辐射定标单元和大气校正单元；
所述辐射定标单元用于将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度；
所述大气校正单元用于消除大气影响造成的辐射畸变。
优选地，所述路线生成模块包括关键点定位单元和路线规划单元；
所述关键点定位单元用于确定三维实景地图中的关键点，所述关键点包括道路交叉口、着火区域与道路的交汇点；
所述路线规划单元用于根据关键点生成救援路线。
优选地，所述路线规划单元包括人员定位单元和动态规划单元；
所述人员定位单元用于确定救援人员位置；
所述动态规划单元用于根据救援人员位置、火情发展情况和所述关键点动态规划救援路线。
优选地，所述指挥模块包括区分单元和通讯单元；
所述区分单元用于根据救援工具不同对所述救援路线进行区分；
所述通讯单元用于根据区分后的救援路线指挥救援人员。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，通过采用视频与三维实景技术结合的方法，生成三维实景图，根据三维实景图可以将不同的救援工具和不同的救援位置动态规划出最佳的救援路线，可以达到最快时间内灭火的效果，为减少火灾损失提供了有力支持。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的救援系统结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，包括：
视频处理模块，用于采集林火区域的视频数据，并对视频数据进行优化、传输；
实景生成模块，用于基于视频数据，生成三维实景地图；
路线生成模块，用于基于三维实景地图生成救援路线；
指挥模块，用于根据救援路线指挥救援人员。
进一步地优化方案，所述视频处理模块包括视频采集单元、视频优化单元和视频传输单元；
所述视频采集单元，用于采集林火区域的视频数据；
所述视频优化单元，用于对所述视频数据进行对比度、亮度和饱和度调整；
视频传输单元，用于传输调整后的视频数据。
进一步地优化方案，视频采集单元为遥感视频卫星。
进一步地优化方案，实景生成模块包括图像提取单元、图像优化单元和成像单元；
图像提取单元用于从调整后的视频数据中提取林火区域图像；
图像优化单元用于优化林火区域图像；
成像单元用于基于优化后的林火区域图像构建三维实景地图。
进一步地优化方案，图像优化单元包括辐射校正单元、几何修正单元和灰度处理单元；
辐射校正单元用于消除林火区域图像的辐射畸变；
几何修正单元用于消除林火区域图像的几何畸变；
灰度处理单元用于提高构建三维实景地图时的运算速度。
进一步地优化方案，辐射校正单元包括辐射定标单元和大气校正单元；
辐射定标单元用于将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度；
大气校正单元用于消除大气影响造成的辐射畸变。
进一步地优化方案，辐射定标主要包括二个方面：
(1)传感器的灵敏度特性引起的辐射误差，如光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象、光电变换系统的灵敏度特性引起的辐射畸变等；
(2)光照条件差异引起的辐射误差，如太阳高度角的不同引起的辐射畸变校正、地面倾斜、起伏引起的辐射畸变校正等。
进一步地优化方案，大气校正包含大气吸收校正、大气程辐射校正和邻近效应校正。
大气吸收校正用于补偿在辐射传输路径上被大气分子吸收的太阳辐射；
大气程辐射校正用于计算卫星影像中各像元对应的大气本征反射率值；
邻近效应校正用于修正卫星成像过程中目标物周围自然环境反射的太阳辐射对卫星入瞳处目标像元接收到的总辐亮度的贡献。
进一步地优化方案，各像元对邻近效应的贡献权重计算采用 6S-AC将权重函数表示成环境函数。并采用自适应大气校正算法以用于亚米级空间分辨率光学卫星影像的大气校正。
进一步地优化方案，自适应大气校正算法通过以下四个步骤实现：
第一步：选择无云或带有极少量薄云的卫星影像。通过蓝波段和近红外波段的卫星图像手动选择无云或带有极少量薄云的卫星影像。其中蓝波段和近红外波段卫星影像分别用于检测陆地上空的云和海洋上空的云。
第二步：对原始卫星影像进行辐射定标得到表现辐亮度卫星影像，进而计算卫星影像中各像元对应的表现反射率，此处可省略各像元的空间坐标。
第三步：对表现反射率卫星影像进行大气吸收和大气本征反射率校正。
第四步：计算卫星影像中各像元对应的等效平均背景反射率，并实现对卫星影像逐像元进行邻近效应校正。
进一步地优化方案，路线生成模块包括关键点定位单元和路线规划单元；
关键点定位单元用于确定三维实景地图中的关键点，关键点包括道路交叉口、着火区域与道路的交汇点；
路线规划单元用于根据关键点生成救援路线。
进一步地优化方案，路线规划单元包括人员定位单元和动态规划单元；
人员定位单元用于确定救援人员位置；
动态规划单元用于根据救援人员位置、火情发展情况和关键点动态规划救援路线。
进一步地优化方案，动态规划单元中的火情发展情况不只是已经变化的，还包含根据林火区域环境可能发生的变化，其中林火区域环境包括：风向、风速、环境湿度、环境温度。
进一步地优化方案，指挥模块包括区分单元和通讯单元；
区分单元用于根据救援工具不同对救援路线进行区分；
通讯单元用于根据区分后的救援路线指挥救援人员。
综上可见，本发明与现有技术相比的显著优势概括如下：
1)本发明林火救援系统，采用视频遥感卫星，可以获得林火区域内火情的动态蔓延，有利于规划灭火路线。
2)本发明林火救援系统采用视频与三维实景技术结合的方法，生成三维实景图，三维实景图可以更好的呈现出林火区域的救援道路。
3)本发明采用的动态规划方法可以根据火情，对救援人员的行进路线做出调整，规划出最佳的救援路线，可以达到最快时间内灭火的效果。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，包括：
视频处理模块，用于采集林火区域的视频数据，并对视频数据进行优化、传输；
实景生成模块，用于基于所述视频数据，生成三维实景地图；
路线生成模块，用于基于三维实景地图生成救援路线；
指挥模块，用于根据救援路线指挥救援人员。
2.根据权利要求1所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述视频处理模块包括视频采集单元、视频优化单元和视频传输单元；
所述视频采集单元，用于采集林火区域的视频数据；
所述视频优化单元，用于对所述视频数据进行对比度、亮度和饱和度调整；
所述视频传输单元，用于传输调整后的视频数据。
3.根据权利要求1所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述实景生成模块包括图像提取单元、图像优化单元和成像单元；
所述图像提取单元用于从调整后的视频数据中提取林火区域图像；
所述图像优化单元用于优化林火区域图像；
所述成像单元用于基于优化后的林火区域图像构建三维实景地图。
4.根据权利要求3所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述图像优化单元包括辐射校正单元、几何修正单元和灰度处理单元；
所述辐射校正单元用于消除林火区域图像的辐射畸变；
所述几何修正单元用于消除林火区域图像的几何畸变；
所述灰度处理单元用于提高构建三维实景地图时的运算速度。
5.根据权利要求4所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述辐射校正单元包括辐射定标单元和大气校正单元；
所述辐射定标单元用于将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度；
所述大气校正单元用于消除大气影响造成的辐射畸变。
6.根据权利要求1所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述路线生成模块包括关键点定位单元和路线规划单元；
所述关键点定位单元用于确定三维实景地图中的关键点，所述关键点包括道路交叉口、着火区域与道路的交汇点；
所述路线规划单元用于根据关键点生成救援路线。
7.根据权利要求6所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述路线规划单元包括人员定位单元和动态规划单元；
所述人员定位单元用于确定救援人员位置；
所述动态规划单元用于根据救援人员位置、火情发展情况和所述关键点动态规划救援路线。
8.根据权利要求1所述的基于视频与三维实景技术融合的林火救援系统，其特征在于，
所述指挥模块包括区分单元和通讯单元；
所述区分单元用于根据救援工具不同对所述救援路线进行区分；
所述通讯单元用于根据区分后的救援路线指挥救援人员。
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