一种基于立体监测技术的涉水建筑动态监测方法技术

本发明专利技术提供一种基于立体监测技术的涉水建筑动态监测方法，包括步骤一、高分辨率卫星遥感动态监测提取河湖涉水建筑疑似目标；步骤二、基于立体监测技术的涉水违建目标的基础地理信息精准获取：采用无人机、无人测量船和GPS测量设备，构建立体监测网，精准获取涉水违建区域全视角高精度三维数据库；步骤三、立体监测专题成果制作。本发明专利技术将立体监测技术综合应用于河流、湖泊、水库等日常监管工作，通过河湖立体监测网的专题应用，有效解决传统河湖保护工作中所存在的监测范围小、主动性差、监管难度大、经济成本高等系列问题，形成了一种主动、快速、高效、精准、现势性强的涉水违建动态监测方法。

A Dynamic Monitoring Method for Waterfront Buildings Based on Stereo Monitoring Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于立体监测技术的涉水建筑动态监测方法
本专利技术涉及河湖长制中的河湖治理保护
，具体是一种基于立体监测技术的河湖涉水建筑动态监测方法。
技术介绍
长期以来，湖治理保护部门在河湖涉水建筑的监督和管理工作中，通常以人工巡查和监督方法为主，呈现明显的被动性、滞后性以及劳动强度大，人力资源投入多等困难。随着社会经济的高速发展，河湖开发治理保护区域的土地开发强度日益增大，各项水事活动日益增多，水事违法事件有增多趋势，水事违法区域有扩大趋势，而且部分水事违法行为又往往发生在较为偏僻的地方，交通不便，导致水政执法监察任务日趋加重，需要耗费大量的人力资源，而目前河湖管理部门执法人员相对较少，难以保障涉水建筑管理和监督工作的顺利进行。高分辨率遥感技术具有覆盖范围大、监测精度高、重复周期短、执行效率高等特点，采用高分辨率遥感技术进行河湖涉水建筑的动态监测，能够快速、全面获取河湖区域内的变化目标，确定疑似涉水违建区域，为河湖治理保护工作提供可靠的技术支撑。本申请的专利技术人在实现本专利技术的过程中经过研究发现：无人机测量、无人船测量以及高精度GPS测量技术，能够有效与卫星遥感监测技术相互结合，构建多平台、多视角、多层级的立体监测网，从宏观到微观，快速、精准获取涉水违建区域的精准工况信息以及相关基础地理信息，实施对涉水违建区域的精准动态监测。针对传统河湖治理保护中涉水建筑监督和管理工作中存在的困难，结合空间信息技术快速发展所带来的技术优势和巨大应用潜力，应充分发挥立体监测技术在涉水建筑动态监测和管理工作中的作用，构建立体监测技术支撑下的涉水建筑动态监测系统，有效提高工作效率和执法水平，促进河湖治理保护的信息化和现代化发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于天-空-陆-水立体监测技术的河湖涉水建筑动态监测方法，用以解决当前河湖开发治理保护工作中，涉水违建监督管理工作中呈现的被动、滞后、成本高、难度大等系列问题。为实现上述目的，本专利技术通过引入立体监测技术，通过对监测区域的高精度卫星遥感动态监测，初步获取河湖涉水监测目标的边界位置和几何形状信息，然后对于需要精准获取三维坐标信息的违建目标，在卫星遥感监测的基础上，集成无人机倾斜摄影测量技术、高精度GPS测量技术和无人船水下地形测量技术，开展河湖库涉水建筑的动态精准监测，该方法具体包括如下步骤：步骤一、高分辨率卫星遥感动态监测提取河湖涉水建筑疑似目标(1)监测区域基础资料的收集和整理首先对实施监测的相关水域和涉及的内陆区域，收集多时相高空间分辨率遥感影像、高精度地形数据、涉水工程的工况及批复数据。然后将所有基础地理数据转化为统一的地图投影和坐标系统、高程系统。(2)河湖库涉水空间数据精细化处理及专题数据库建设采用RTX等高精度GPS测量设备，精准获取地面控制点，实现对多时相高空间分辨率遥感影像(主要是历史和当前时期影像)的几何校正。通过遥感图像处理软件，实施遥感图像的辐射校正工作，同时，开展高精度地形、多时相遥感影像等之间的配准工作。最终获得统一地理坐标系环境下的地形、遥感影像以及涉水工程的空间分布数据，并将所有空间数据和数据数据进行集成，建立一套完整的河湖库涉水空间数据库。(3)涉水违建目标高分辨率遥感影像专题信息提取，获得涉水建筑物变化区域。在遥感图像处理软件环境下，主要是采用人机交互的高分辨率遥感解译方式，通过不同时相遥感影像之间的对比分析，依据遥感影像中的几何、光谱信息，对于发生明显变化的区域，特别有涉水区域有人工建筑物新增的区域，进行专题信息提取，将其初步判定为目标区域。然后，对于初步拟定的目标区域，依据高精度DEM数据、涉水工程工况数据及批复数据，综合判定是否为涉水违建疑似目标。通过以上专题信息提取步骤，获得监测区涉水违建疑似目标对象库。(4)疑似涉水违建目标的现场复核和确认。携带监测区涉水违建疑似目标对象库数据，开展目标现场复核和确认。首先，会同相关河湖库管理部门，结合涉水目标的工程设计、批复等管理数据，现场查勘，无人机航拍获取目标区域高精度影像，GPS定位测量获取目标区的特征点平面坐标以及高精度高程数据，通过与工程设计、批复中的数据进行对比，精准判定是否为涉水违建目标。步骤二、基于立体监测技术的涉水违建目标的基础地理信息精准获取为进一步精准获取违建目标的实际工况信息，采用无人机、无人测量船和GPS测量设备，构建立体监测网，精准获取涉水违建区域全视角高精度三维数据库。首先，采用GPS测量设备，按照空间分布和作业要求，在目标区域布设高精度GPS控制点；然后，对于水面以上部分，采用无人机，根据制定的航拍方案，获取目标区高精度航空影像；对于水面以下部分，采用无人测量船，获取高精度水下地形数据；最后，采用无人机航拍数据处理软件和水下地形数据处理软件，对航拍数据和水下地形数据进行编辑和精细化处理，最终形成高精度水上、水下地形和涉水违建物真实几何尺寸三维模型的一体化全景真三维数据库。1、GPS高精度地面测量(陆基监测)(1)河湖违建目标特征点的三维坐标GPS精准获取。采用高精度GPS测量设备，开展地面特征点测量，精准获取河湖违建目标特征点的三维坐标信息，即平面位置和位置信息，用于涉水违建目标与防洪安全范围的相互关系分析，以及与工程建设批复的工况空间位置信息对比分析，精准判定建筑物的空间分布实况。(2)倾斜摄影测量控制网布设在开展无人机倾斜摄影测量的过程中，需要在航空摄影测量区域布设控制网，采用高精度GPS测量设备，精准测量控制点，即获取地面控制点的三维坐标信息，同时保证控制点的密度和精度。通过控制网的布施和控制点坐标信息精准获取，为无人机倾斜摄影测量提供控制点信息。2、无人机倾斜摄影测量(1)工作区确定与航线设计影响无人机航飞计划的主要因素有航线、相对航高、重叠度等，实施航摄计划前需充分考虑这些因素，设置参数保证影像质量。根据航空摄影测量相关规范，对航线、相对航高、重叠度进行设计。根据测区范围，设定航线起终点、航线长度、航线间距、航线方向参数，通常规划为矩形航线。(2)外业航空摄影根据步骤(1)设置的航线，应选择无风晴朗天气实施航飞计划。航飞作业时间一般选在上午10:00-下午4:00区间，航飞实施过程中应在地面监控站实时监控无人机作业飞行实况，确保飞行安全。(3)内业空三加密多视影像联合平差技术进行倾斜影像区域网平差、多视影像密集匹配技术得到高精度高密度点云数据。考虑到倾斜影像中的地物变形和遮挡问题，多视影像联合平差可通过多匹配基元的冗余信息对这些问题进行修正。多视影像联合平差的重点即为空中三角测量。空中三角测量是根据少量的已知地面控制点坐标，由步骤(2)获取，依照一定的数学模型解算出待定点坐标的处理过程。在实际生产过程中由于光束法平差模型理论较严密，加密精度较高，因此更多使用光束法作为空中三角测量平差模型。(4)高密度点云数据生成多视影像密集匹配是在步骤(3)形成的点云基础上根据相关密集匹配算法构建超高密度点云。多视影像包括倾斜影像和垂直影像，若采用单一匹配基元，则会造成大量错误匹配。在数据处理过程中，通常采用多基元匹配算法，建立多个摄影基线，完成精准匹配，形成高密度点云数据。(5)三维建模及模型生成倾斜摄影测量构建的三维模型本质为网格面模型，因此超高密度点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于立体监测技术的涉水建筑动态监测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、高分辨率卫星遥感动态监测提取河湖涉水建筑疑似目标：(1)监测区域基础资料的收集和整理首先对实施监测的相关水域和涉及的内陆区域，收集多时相高空间分辨率遥感影像、高精度地形数据、涉水工程的工况及批复数据；然后将所有基础地理数据转化为统一的地图投影和坐标系统、高程系统；(2)河湖库涉水空间数据精细化处理及专题数据库建设采用RTX等高精度GPS测量设备，精准获取地面控制点，实现对多时相高空间分辨率遥感影像的几何校正；通过遥感图像处理软件，实施遥感图像的辐射校正工作，同时，开展高精度地形、多时相遥感影像之间的配准工作；最终获得统一地理坐标系环境下的地形、遥感影像以及涉水工程的空间分布数据，并将所有空间数据和数据数据进行集成，建立一套完整的河湖库涉水空间数据库；(3)涉水违建目标高分辨率遥感影像专题信息提取，获得涉水建筑物变化区域：在遥感图像处理软件环境下，主要是采用人机交互的高分辨率遥感解译方式，通过不同时相遥感影像之间的对比分析，依据遥感影像中的几何、光谱信息，对于发生明显变化的区域，特别有涉水区域有人工建筑物新增的区域，进行专题信息提取，将其初步判定为目标区域；然后，对于初步拟定的目标区域，依据高精度DEM数据、涉水工程工况数据及批复数据，综合判定是否为涉水违建疑似目标；通过以上专题信息提取步骤，获得监测区涉水违建疑似目标对象库；(4)疑似涉水违建目标的现场复核和确认携带监测区涉水违建疑似目标对象库数据，开展目标现场复核和确认：首先，会同相关河湖库管理部门，结合涉水目标的工程设计、批复等管理数据，现场查勘，无人机航拍获取目标区域高精度影像，GPS定位测量获取目标区的特征点平面坐标以及高精度高程数据，通过与工程设计、批复中的数据进行对比，精准判定是否为涉水违建目标；步骤二、基于立体监测技术的涉水违建目标的基础地理信息精准获取：采用无人机、无人测量船和GPS测量设备，构建立体监测网，精准获取涉水违建区域全视角高精度三维数据库；步骤三、立体监测专题成果制作：以多时相高分辨率遥感影像为基础地图，根据监测目标提取的矢量数据，配合立体测量获得的三维数据，编制涉水违建目标专题成果图。...

【技术特征摘要】
1.一种基于立体监测技术的涉水建筑动态监测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、高分辨率卫星遥感动态监测提取河湖涉水建筑疑似目标：(1)监测区域基础资料的收集和整理首先对实施监测的相关水域和涉及的内陆区域，收集多时相高空间分辨率遥感影像、高精度地形数据、涉水工程的工况及批复数据；然后将所有基础地理数据转化为统一的地图投影和坐标系统、高程系统；(2)河湖库涉水空间数据精细化处理及专题数据库建设采用RTX等高精度GPS测量设备，精准获取地面控制点，实现对多时相高空间分辨率遥感影像的几何校正；通过遥感图像处理软件，实施遥感图像的辐射校正工作，同时，开展高精度地形、多时相遥感影像之间的配准工作；最终获得统一地理坐标系环境下的地形、遥感影像以及涉水工程的空间分布数据，并将所有空间数据和数据数据进行集成，建立一套完整的河湖库涉水空间数据库；(3)涉水违建目标高分辨率遥感影像专题信息提取，获得涉水建筑物变化区域：在遥感图像处理软件环境下，主要是采用人机交互的高分辨率遥感解译方式，通过不同时相遥感影像之间的对比分析，依据遥感影像中的几何、光谱信息，对于发生明显变化的区域，特别有涉水区域有人工建筑物新增的区域，进行专题信息提取，将其初步判定为目标区域；然后，对于初步拟定的目标区域，依据高精度DEM数据、涉水工程工况数据及批复数据，综合判定是否为涉水违建疑似目标；通过以上专题信息提取步骤，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：申邵洪，向大享，聂文，李龙兵，宋丽，张治中，文雄飞，陈希炽，姜莹，赵静，陈蓓青，夏煜，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42