海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法和装置，属于环境监测领域。该方法利用本底矢量对本底影像和待检测影像进行分割并对分割的斑块利用亮度统计值和光谱特征函数进行逐一判别，获取变化斑块和疑似变化斑块；对疑似变化斑块和本底影像对应的斑块依据光谱、几何、纹理等特征进行二次分割并对分割的斑块利用亮度统计值及光谱特征函数进行逐一判别，获取变化斑块；把所有变化斑块合并，得到新增人类活动斑块；对新增人类活动斑块进行统计，获取海洋红线内新增人类活动斑块数量和面积。本发明专利技术可自动化、快速提取海洋红线内新增人类活动斑块的位置、数量和分布面积等信息，为海洋红线人类活动监管提供快速准确的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法和装置
本专利技术涉及环境监测领域，特别是指一种海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法和装置。
技术介绍
随着经济社会的发展，人们对生态环境的美好向往不断提升。但是受经济利益的驱动，总有大量破坏生态环境的各种人类活动。海洋红线(又称海洋生态红线、海洋红线)是指将海洋生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域划为重点管控区，从而形成的地理区域边界线及相关管理指标的控制线。海洋红线是保障和维护海洋生态安全的底线和生命线，需要及时发现破坏海洋红线的行为。传统方法依靠执法人员进行现场巡查发现破坏海洋红线的行为。随着遥感技术的发展，海量高空间分辨率遥感影像逐渐应用到人类活动识别和提取领域。大多数人类活动的遥感识别和提取均是利用计算机图像处理软件，依靠遥感影像的光谱、几何及纹理等特征，凭借解译人员的经验开展人类活动图斑的人工目视判读及识别提取。但是该方法提取的人类活动图斑依赖于解译人员的经验丰富程度，提取结果的稳定性和可靠性较差且非常耗时间，人类活动疑似斑块提取的效率较低，不能满足海洋红线及时发现人类活动的需求。后来图像分割技术应用到了人类活动图斑识别和提取中，该方法首先依据光谱、几何、纹理等特征对图像进行分割，然后依据解译人员的经验情况对图斑进行属性的判定。图像分割技术在人类活动遥感识别和提取中起到了重要作用，但是单纯的分割技术提取的人类活动图斑并不准确，后续仍需要人工去核实，仍需耗费大量时间和精力。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法和装置，本专利技术可自动化、快速提取海洋红线内新增人类活动斑块的位置、数量和分布面积等信息，为海洋红线人类活动监管提供快速准确的技术支撑。本专利技术提供技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，所述方法包括：S1：获取待检测影像、本底数据、本底影像和红线矢量，其中：所述待检测影像为待检测区域的高空间分辨率遥感影像，所述本底数据为人类活动分类历史本底数据，所述本底影像为所述本底数据对应的高空间分辨率遥感影像，所述红线矢量为海洋红线矢量数据；S2：利用所述红线矢量分别对所述待检测影像和本底影像进行掩膜处理；S3：将本底数据进行栅格矢量变换，得到本底矢量；S4：按照本底矢量分别对待检测影像和本底影像进行分割，分别得到一级待检测斑块和一级本底斑块；S5：遍历每个一级待检测斑块，并确定每个一级待检测斑块的变化特性，其中：若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为不变斑块；若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异不在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异不在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为变化斑块；若为其他情况，则将该一级待检测斑块标记为疑似变化斑块；S6：根据设置的分割阈值分别对疑似变化斑块和与疑似变化斑块相同位置的一级本底斑块进行分割，分别得到二级待检测斑块和二级本底斑块；S7：遍历每个二级待检测斑块，并确定每个二级待检测斑块的变化特性，其中：若二级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的二级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该二级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的二级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该二级待检测斑块标记为不变斑块；否则，将该二级待检测斑块标记为变化斑块；S8：将所有变化斑块组合在一起，得到新增人类活动斑块，并对所述新增人类活动斑块按照海洋红线管控单元进行统计分析，得到海洋红线不同管控单元内新增人类活动斑块的数量、面积和空间分布情况。进一步的，所述S5包括：遍历每个一级待检测斑块，并对每个一级待检测斑块进行如下操作：若L∈(L0-mL0,L0+mL0)，且则将该一级待检测斑块标记为不变斑块；若且则将该一级待检测斑块标记为变化斑块；若为其他情况，则将该一级待检测斑块标记为疑似变化斑块；其中，L为该一级待检测斑块的亮度统计值，L0为与该一级待检测斑块相同位置的一级本底斑块的亮度统计值，f(x)为该一级待检测斑块的光谱变异函数，f(x)＝∑(f0(x)-f1(x))，f1(x)为该一级待检测斑块中每个波段x的光谱特征函数，f0(x)为与该一级待检测斑块相同位置的一级本底斑块中每个波段x的光谱特征函数，∑f0(x)为所有波段x的f0(x)的和，∑(f0(x)-f1(x))为所有波段对应的(f0(x)-f1(x))的和，m和n为设定的系数。进一步的，所述S7包括：遍历每个二级待检测斑块并对每个二级待检测斑块进行如下操作：若L'∈(L0'-m'L0',L0'+m'L0')，且则将该二级待检测斑块标记为不变斑块，否则，将该二级待检测斑块标记为变化斑块；其中，L'为该二级待检测斑块的亮度统计值，L0'为与该二级待检测斑块相同位置的二级本底斑块的亮度统计值，f'(x)为该二级待检测斑块的光谱变异函数，f'(x)＝∑(f0'(x)-f1'(x))，f1'(x)为该二级待检测斑块中每个波段x的光谱特征函数，f0'(x)为与该二级待检测斑块相同位置的二级本底斑块中每个波段x的光谱特征函数，∑f0'(x)为所有波段的f0'(x)的和，∑(f0'(x)-f1'(x))为所有波段对应的(f0'(x)-f1'(x))的和，m'和n'为设定的系数。进一步的，所述f0(x)、f1(x)、f0'(x)、f1'(x)分别通过如下方法计算得到：对一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个波段的所有像元分别构建一个向量，分别根据所述向量计算得到一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个波段的光谱特征函数f0(x)、f1(x)、f0'(x)、f1'(x)；所述L0、L、L0'、L'分别通过如下方法计算得到：分别计算一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个像元的亮度值，将一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中所有像元的亮度值平均，得到一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块的亮度统计值L0、L、L0'、L'；每个像元的亮度值l＝R*0.299+G*0.587+B*0.114，其中R、G、B分别为该像元在R波段、G波段和B波段的值。进一步的，对任意一个波段a，其所有像元构建的向量为f0(a)；amn表示一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中波段a的第p行q列的像元值。进一步的，5％≤m、m'≤20％，5％≤n、n'≤20％，按照光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1：获取待检测影像、本底数据、本底影像和红线矢量，其中：所述待检测影像为待检测区域的高空间分辨率遥感影像，所述本底数据为人类活动分类历史本底数据，所述本底影像为所述本底数据对应的高空间分辨率遥感影像，所述红线矢量为海洋红线矢量数据；/nS2：利用所述红线矢量分别对所述待检测影像和本底影像进行掩膜处理；/nS3：将本底数据进行栅格矢量变换，得到本底矢量；/nS4：按照本底矢量分别对待检测影像和本底影像进行分割，分别得到一级待检测斑块和一级本底斑块；/nS5：遍历每个一级待检测斑块，并确定每个一级待检测斑块的变化特性，其中：/n若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为不变斑块；/n若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异不在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异不在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为变化斑块；/n若为其他情况，则将该一级待检测斑块标记为疑似变化斑块；/nS6：根据设置的分割阈值分别对疑似变化斑块和与疑似变化斑块相同位置的一级本底斑块进行分割，分别得到二级待检测斑块和二级本底斑块；/nS7：遍历每个二级待检测斑块，并确定每个二级待检测斑块的变化特性，其中：/n若二级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的二级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该二级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的二级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该二级待检测斑块标记为不变斑块；否则，将该二级待检测斑块标记为变化斑块；/nS8：将所有变化斑块组合在一起，得到新增人类活动斑块，并对所述新增人类活动斑块按照海洋红线管控单元进行统计分析，得到海洋红线不同管控单元内新增人类活动斑块的数量、面积和空间分布情况。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：获取待检测影像、本底数据、本底影像和红线矢量，其中：所述待检测影像为待检测区域的高空间分辨率遥感影像，所述本底数据为人类活动分类历史本底数据，所述本底影像为所述本底数据对应的高空间分辨率遥感影像，所述红线矢量为海洋红线矢量数据；
S2：利用所述红线矢量分别对所述待检测影像和本底影像进行掩膜处理；
S3：将本底数据进行栅格矢量变换，得到本底矢量；
S4：按照本底矢量分别对待检测影像和本底影像进行分割，分别得到一级待检测斑块和一级本底斑块；
S5：遍历每个一级待检测斑块，并确定每个一级待检测斑块的变化特性，其中：
若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为不变斑块；
若一级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的一级本底斑块的亮度统计值的差异不在设定的范围内，且该一级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的一级本底斑块的光谱特征函数的差异不在设定的范围内，则将该一级待检测斑块标记为变化斑块；
若为其他情况，则将该一级待检测斑块标记为疑似变化斑块；
S6：根据设置的分割阈值分别对疑似变化斑块和与疑似变化斑块相同位置的一级本底斑块进行分割，分别得到二级待检测斑块和二级本底斑块；
S7：遍历每个二级待检测斑块，并确定每个二级待检测斑块的变化特性，其中：
若二级待检测斑块的亮度统计值与相同位置的二级本底斑块的亮度统计值的差异在设定的范围内，且该二级待检测斑块的光谱特征函数与相同位置的二级本底斑块的光谱特征函数的差异在设定的范围内，则将该二级待检测斑块标记为不变斑块；否则，将该二级待检测斑块标记为变化斑块；
S8：将所有变化斑块组合在一起，得到新增人类活动斑块，并对所述新增人类活动斑块按照海洋红线管控单元进行统计分析，得到海洋红线不同管控单元内新增人类活动斑块的数量、面积和空间分布情况。


2.根据权利要求1所述的海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，其特征在于，所述S5包括：
遍历每个一级待检测斑块，并对每个一级待检测斑块进行如下操作：
若L∈(L0-mL0,L0+mL0)，且则将该一级待检测斑块标记为不变斑块；
若且则将该一级待检测斑块标记为变化斑块；
若为其他情况，则将该一级待检测斑块标记为疑似变化斑块；
其中，L为该一级待检测斑块的亮度统计值，L0为与该一级待检测斑块相同位置的一级本底斑块的亮度统计值，f(x)为该一级待检测斑块的光谱变异函数，f(x)＝∑(f0(x)-f1(x))，f1(x)为该一级待检测斑块中每个波段x的光谱特征函数，f0(x)为与该一级待检测斑块相同位置的一级本底斑块中每个波段x的光谱特征函数，∑f0(x)为所有波段x的f0(x)的和，∑(f0(x)-f1(x))为所有波段对应的(f0(x)-f1(x))的和，m和n为设定的系数。


3.根据权利要求2所述的海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，其特征在于，所述S7包括：
遍历每个二级待检测斑块并对每个二级待检测斑块进行如下操作：
若L'∈(L0'-m'L0',L0'+m'L0')，且则将该二级待检测斑块标记为不变斑块，否则，将该二级待检测斑块标记为变化斑块；
其中，L'为该二级待检测斑块的亮度统计值，L0'为与该二级待检测斑块相同位置的二级本底斑块的亮度统计值，f'(x)为该二级待检测斑块的光谱变异函数，f'(x)＝∑(f0'(x)-f1'(x))，f1'(x)为该二级待检测斑块中每个波段x的光谱特征函数，f0'(x)为与该二级待检测斑块相同位置的二级本底斑块中每个波段x的光谱特征函数，∑f0'(x)为所有波段的f0'(x)的和，∑(f0'(x)-f1'(x))为所有波段对应的(f0'(x)-f1'(x))的和，m'和n'为设定的系数。


4.根据权利要求3所述的海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方法，其特征在于，所述f0(x)、f1(x)、f0'(x)、f1'(x)分别通过如下方法计算得到：
对一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个波段的所有像元分别构建一个向量，分别根据所述向量计算得到一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个波段的光谱特征函数f0(x)、f1(x)、f0'(x)、f1'(x)；
所述L0、L、L0'、L'分别通过如下方法计算得到：
分别计算一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中每个像元的亮度值，将一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块中所有像元的亮度值平均，得到一级本底斑块/一级待检测斑块/二级本底斑块/二级待检测斑块的亮度统计值L0、L、L0'、L'；
每个像元的亮度值l＝R*0.299+G*0.587+B*0.114，其中R、G、B分别为该像元在R波段、G波段和B波段的值。


5.根据权利要求4所述的海洋红线新增人类活动斑块自动化快速提取方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万栋，高吉喜，申文明，张文国，毕京鹏，邰文飞，
申请(专利权)人：生态环境部卫星环境应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11