CN116150301A - 一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统及方法，涉及三维形变监测技术领域。其包括：对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存。对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示。结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
Description
技术领域
本发明涉及三维形变监测技术领域，具体而言，涉及一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统及方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展,对城市空间数据指标的三维动态分析的需求日益凸显。城市地表形变是城市管理中最重要的3D动态监测指标之一。中国专利CN112925865A公开了一种矿区地表移动变形3DWebGIS预计分析方法及系统，利用无人机倾斜摄影测量方法快速高效地获取小范围场景的变形监测区域的OSGB格式的三维数据，能够很好的解决小范围矿区变形数据的三维可视化及分析报表等问题。但由于无人机的续航里程等因素限制，一方面倾斜摄影测量技术的监测范围小，不适合大范围的城市或地区性地表变形测量任务；另一方面，由于无人机倾斜摄影测量技术采用的多镜头（五目）光学相机对地进行拍摄获取大量高重叠度影像，再借助软件通过三维重建获取测区的DSM的方法，因此无法直接自动获取变形数据，需要人工编辑DEM再利用空间分析才能得到变形数据。这不适用于大范围城市地表变形监测，尤其对于植被较多的区域，人工编辑DEM的效率低下，成本非常高。
InSAR技术具有获取变形信息范围大、精度高、成果可回溯、适应性强等优势，尤其合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR)能够全天候连续监测地表形变。其通过借助多个轨道数据，利用差分干涉测量原理自动计算得到地表变形信息，能够识别早期城市地表变形风险，在监测地表沉降方面得到了广泛应用。但是D-InSAR数据与倾斜摄影数据不同，需要从卫星数据供应平台（例如：哨兵）上下载，所下载的数量较大，耗时较长，且不同用户的需求不同，因此人工下载需要大量人力且容易出错。
因此现有的形变监测系统具有如下缺点：1、缺乏对所下载的D-InSAR数据进行自动或人工处理的任务分派和下载数据，并存储原始数据的模块；2、缺乏对接卫星数据供应平台，按需求参数进行后台处理、发布和在线分析的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统及方法，其基于3DwebGIS实现覆盖D-InSAR数据的下载、处理、分发、分析、可视化的完整流程，构建了一个通用的、可定制的、自动与人工结合的可伸缩性强的变形监测数据处理、发布和在线分析平台。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本申请提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其包括：
数据自动获取模块，用于对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存；
数据处理模块，用于对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据；
数据发布与可视化模块，用于根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示；
在线3D地表形变分析模块，用于结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
进一步的，上述数据自动获取模块包括：
采集子模块，用于根据用户的录入数据生成对应的需求表；
任务生成子模块，用于对需求表进行分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程并分配给对应的管理员；
任务审核子模块，用于通过管理员对任务流程进行人工审核与校正，并分配给对应的技术人员；
数据下载子模块，用于按照任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并根据需求单标识按预设规则进行缓存；
任务类型判断子模块，用于根据需求单的性质判断任务类型，并向用户/技术人员反馈以执行下一任务流程。
进一步的，上述数据自动获取模块还包括：
评价子模块，用于在成功下载数据后采集用户的反馈评价信息，并进行统计和分析，生成评价报告以优化系统服务。
进一步的，上述数据处理模块包括：
配准子模块，用于对下载的数据进行配准，并计算出同一点上的相位差，得到干涉图；
差分子模块，用于对干涉图进行相位解缠得到绝对相位变化，并进行差分干涉处理得到差分干涉图；
形变分析子模块，用于对差分干涉图进行滤波和相位解缠处理，得到地表形变信息；
形变监测子模块，用于将监测区域的形变信息对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。
进一步的，上述数据处理模块还包括：
PS网格点生成子模块，用于将监测区域按固定大小的正方形划分成格网，并提取格网中心点作为长期监测的PS网格点的几何位置。
进一步的，上述数据发布与可视化模块包括：
数据存储子模块，用于将监测区域长期监测的PS网格点的几何位置数据和每期新增的形变属性数据存储到地理空间数据库中；
空间数据新增子模块，用于通过GISserver后台将新增的形变属性数据通过数据库表连接的方式挂接到PS网格点的几何位置数据上，生成新的空间数据；
地图生成子模块，用于基于新的空间数据按照配置的符号和标注的模板生成地图，并发布矢量切片地图服务，生成点云图层；
显示子模块，用于刷新地图服务，并将新增的点云图层推送到前端3DWebGIS进行渲染显示。
第二方面，本申请提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测方法，其包括：
对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存；
对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据；
根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示；
结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
第三方面，本申请提供一种电子设备，其包括存储器，用于存储一个或多个程序；处理器。当上述一个或多个程序被上述处理器执行时，实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项上述的方法。
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：
本申请提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统及方法，基于3DwebGIS实现覆盖D-InSAR数据的下载、处理、分发、分析、可视化的完整流程，构建了一个通用的、可定制的、自动与人工结合的可伸缩性强的变形监测数据处理、发布和在线分析平台。同时，以需求表单的方式将不同客户的需求（地理范围、时间、用途）参数利用系统自动或管理员人工指派给具体负责技术人员。通过分析需求，分配对接不同卫星数据供应平台，自动按时间、地区等需求参数下载数据并存放到特定的位置，且对于无法自动处理的任务兼顾人工处理的接口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统一实施例的结构框图；
图2为本发明提供的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统一实施例的整体架构图；
图3为本发明提供的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统一实施例中数据自动获取模块的结构框图；
图4为本发明提供的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统一实施例中数据处理模块的结构框图；
图5为本发明提供的一种基于3DWebGIS的地表形变监测方法一实施例的步骤框图。
图标：11、数据自动获取模块；12、数据处理模块；13、数据发布与可视化模块；14、在线3D地表形变分析模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
请参照图1和图2，本申请实施例提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，该系统包括：
数据自动获取模块11，用于对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存。
请参照图3，该模块具体包括：采集子模块，用于根据用户的录入数据生成对应的需求表。注册用户可通过向导式引导界面按要求填写对应的需求表，用于后续数据下载。任务生成子模块，用于对需求表进行分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程并分配给对应的管理员。其中，任务流程包括从哪个平台下载、下载什么范围的数据、下载什么时间段的数据等等。任务审核子模块，用于通过管理员对任务流程进行人工审核与校正，并分配给对应的技术人员。从而通过人工审核确保任务流程的准确性。数据下载子模块，用于按照任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并根据需求单标识按预设规则进行缓存，同时更新需求表单的状态。而对于无法自动处理的任务，则通过分配的技术人员人工处理接口进行处理。任务类型判断子模块，用于根据需求单的性质判断任务类型，并向用户/技术人员反馈以执行下一任务流程。评价子模块，用于在成功下载数据后采集用户的反馈评价信息，并进行统计和分析，生成评价报告以优化系统服务。其中，任务类型包括3种：①单纯数据下载任务；②数据获取、数据处理的任务；③数据获取、数据处理、在线分析的任务。若是①单纯数据下载任务，则用户成功下载数据后可在平台进行反馈评价，若用户未作出评价则一定时间后自动评价并结束处理流程。
本监测系统借助3dwebGIS平台，以需求表单的方式将不同用户的需求参数（地理范围、时间、用途）利用系统自动或管理员人工指派给具体负责技术人员，通过分析需求，分配对接不同卫星数据供应平台，自动按时间、地区等需求参数下载数据并存放到特定的位置。
数据处理模块12，用于对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。
请参照图4，该模块具体包括：配准子模块，用于对下载的数据进行配准，并计算出同一点上的相位差，得到干涉图；差分子模块，用于对干涉图进行相位解缠得到绝对相位变化，并进行差分干涉处理得到差分干涉图；形变分析子模块，用于对差分干涉图进行滤波和相位解缠处理，得到地表形变信息。
请参照图1，上述自动下载后获取的数据包括D-InSar和DEM数据。通过获取覆盖监测区域的若干张地形变化前后的SAR卫星影像，按相关要求选取一幅作为主影像，其余的作为辅影像。然后将每幅辅影像分别与主影像进行精确配准，计算出同一点上的相位差，生成对应干涉图。接着，利用获取的相应区域的DEM数据根据形变对雷达参数计算出高程模糊度，再按照高程模糊度进行解缠，得到仅含地形的解缠相位，从生成的干涉图相位中减去地形相位，得到差分干涉图。之后，选取合适的滤波方法对干涉结果进行预处理并进行相位解缠处理，从而得到地表形变信息。最后，通过形变监测子模块将监测区域的形变信息对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。进一步的，还包括：PS网格点生成子模块，用于将监测区域按固定大小的正方形划分成格网，并提取格网中心点作为长期监测的PS网格点的几何位置。如果是首次监测，则将获取的强度与相位信息进行统计分析，选取在时间上散射特性相对稳定、回波信号较强的永久散射体（Persistent Scatterer，PS）目标点，对PS点进行插值得到监测区域的PS点网络；如果是重复观测（非首次监测），则将地表形变信息直接连接到监测区域的PS网格点位置上，得到形变空间数据。
数据发布与可视化模块13，用于根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示。
该模块具体包括：数据存储子模块，用于将监测区域长期监测的PS网格点的几何位置数据和每期新增的形变属性数据存储到地理空间数据库中；空间数据新增子模块，用于通过GISserver后台将新增的形变属性数据通过数据库表连接的方式挂接到PS网格点的几何位置数据上，生成新的空间数据；地图生成子模块，用于基于新的空间数据按照配置的符号和标注的模板生成地图，并发布矢量切片地图服务，生成点云图层；显示子模块，用于刷新地图服务，并将新增的点云图层推送到前端3DWebGIS进行渲染显示。
在线3D地表形变分析模块14，用于结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
该模块中，定点变形曲线分析主要是选定一些重要点或特殊点分析它们的变形曲线，得到对应的地表形变变化趋势，为了解和预测该地区形变情况提供基础依据。3D散点图分析通过在地图上拉取任意点位区域形成一个三维空间，则该空间包括多个点。然后再选多个不同的时间段（每个时间对应不同的颜色），多个折线重合，便于对比、分析不同时间段的累积形变量。3D曲面分析同样是在地图上拉取任意点位区域形成在一个三维空间的曲面图，从而直观地看到点位的沉降和隆起情况。并且可以选取时间，自动根据时间顺序播放。隐患点分析主要根据所有点位的形变速率（mm/y）来区分危险等级。在生成的隐患点列表中，通过双击列表某个点位自动寻找对应地图上的点位并加以标注，并可查看此点位信息。示例性的，风险等级的划分如下表1所示，其中不同风险等级的形变值可根据实际情况进行调整。
此外，还设置了水平位移分析、高程位移分析、形变速率分析、变形断面分析、隐患点聚类分析等多种分析方式可供用户选择。
表1 风险等级划分
请参照图5，本申请实施例还提供一种基于3DWebGIS的地表形变监测方法，其包括：
步骤S1：对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存。
步骤S2：对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。
步骤S3：根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示。
步骤S4：结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。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，本申请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申请内。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 (7)
1.一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，包括：
数据自动获取模块，用于对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存；
数据处理模块，用于对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据；
数据发布与可视化模块，用于根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示；
在线3D地表形变分析模块，用于结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
2.如权利要求1所述的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，所述数据自动获取模块包括：
采集子模块，用于根据用户的录入数据生成对应的需求表；
任务生成子模块，用于对需求表进行分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程并分配给对应的管理员；
任务审核子模块，用于通过管理员对任务流程进行人工审核与校正，并分配给对应的技术人员；
数据下载子模块，用于按照任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并根据需求单标识按预设规则进行缓存；
任务类型判断子模块，用于根据需求单的性质判断任务类型，并向用户/技术人员反馈以执行下一任务流程。
3.如权利要求1所述的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，所述数据自动获取模块还包括：
评价子模块，用于在成功下载数据后采集用户的反馈评价信息，并进行统计和分析，生成评价报告以优化系统服务。
4.如权利要求1所述的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：
配准子模块，用于对下载的数据进行配准，并计算出同一点上的相位差，得到干涉图；
差分子模块，用于对干涉图进行相位解缠得到绝对相位变化，并进行差分干涉处理得到差分干涉图；
形变分析子模块，用于对差分干涉图进行滤波和相位解缠处理，得到地表形变信息；
形变监测子模块，用于将监测区域的形变信息对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据。
5.如权利要求1所述的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括：
PS网格点生成子模块，用于将监测区域按固定大小的正方形划分成格网，并提取格网中心点作为长期监测的PS网格点的几何位置。
6.如权利要求1所述的一种基于3DWebGIS的地表形变监测系统，其特征在于，所述数据发布与可视化模块包括：
数据存储子模块，用于将监测区域长期监测的PS网格点的几何位置数据和每期新增的形变属性数据存储到地理空间数据库中；
空间数据新增子模块，用于通过GISserver后台将新增的形变属性数据通过数据库表连接的方式挂接到PS网格点的几何位置数据上，生成新的空间数据；
地图生成子模块，用于基于新的空间数据按照配置的符号和标注的模板生成地图，并发布矢量切片地图服务，生成点云图层；
显示子模块，用于刷新地图服务，并将新增的点云图层推送到前端3DWebGIS进行渲染显示。
7.一种基于3DWebGIS的地表形变监测方法，其特征在于，包括：
对用户需求表进行采集分析，根据表中的需求参数生成对应的任务流程，并按任务流程自动从对接的第三方平台下载所需的数据并缓存；
对数据进行配准和差分干涉处理，得到地表形变信息并对应连接到监测区域的PS网格点位置上，得到空间数据；
根据新增形变信息生成新的空间数据配置成地图，并发布矢量切片地图服务，得到点云图层后通过3DWebGIS进行显示；
结合监测区域的空间数据进行定点变形曲线分析、3D散点图分析、3D曲面分析和隐患点分析，生成对应的结果图并显示。
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