一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法技术

本发明专利技术提出一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法，包括：S1，通过移动终端采集照片图像与拍摄参数数据，针对移动终端照片提取地物集；S2，根据在线地图提取候选地物轮廓；基于历史矢量数据得到候选地物数据；基于地物轮廓和候选地物数据确定候选地物；S3，计算移动终端照片地物和候选地物方位角范围，通过比较候选地物的方位角范围之间的相似性来计算地物匹配度，根据匹配关系确定变化类型。本发明专利技术的方法融合移动终端照片和在线地图等多种数据，通过图像目标检测、地物方位角计算、地物相似度匹配等技术，归纳不同匹配关系对应的变化类型，实现地理要素快速变化发现。实现地理要素快速变化发现。实现地理要素快速变化发现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法


[0001]本专利技术涉及的遥感影像变化检测技术，更具体地，涉及一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法。

技术介绍

[0002]地理要素是存在于地球表面的各种自然和社会经济现象，以及它们的分布、联系和时间变化等，是地图的主体内容。地理要素的变化发现是基础地理信息数据库增量更新的前提，快速、高效地对地理要素进行变化发现，对于更好的监测城市地理信息变化、研究经济社会发展、保护生态环境、管理自然资源，以及理解人类活动与自然环境之间的关系和交互作用有着重要的意义。
[0003]随着遥感技术、人工智能、大数据等的不断发展和应用领域的拓展，变化检测的自动化、实时化和在轨化智能处理的需求日渐显现，但对于数据信息量巨大，且受光谱分辨率和几何分辨率影响的较大的遥感影像来说，人工智能等技术在提高遥感影像的目标识别和变化检测精度上没有想象中的优势。
[0004]现有技术的传统遥感影像变化检测中，按照遥感数据处理过程，对前后时相的遥感影像进行预处理，根据变化检测前是否需要对影像进行分类，将现有变化检测方法分为直接比较法和分类后比较法两种。直接比较法先通过代数运算对两期影像作差，然后对得到的差异影像作阀值分割，提取变化信息并做精度分析。分类后比较法在变化检测之前对原始影像进行分类处理，接着对分类后的影像进行面向像元或面向对象的变化检测。基于传统遥感影像变化检测技术日趋成熟，是大范围地表覆盖数据更新的重要技术手段。但由于云、雾、霾等天气的干扰，以及获取成本和数据分辨率的限制，遥感影像变化检测方法无法满足数据现势性和精确度的迫切需求。此外，变化检测传统技术还存在变化检测算法优选依赖于专家经验知识，变化检测处理流程的固定编排调用，变化检测处理过程效率较低等问题。
[0005]现有技术还存在基于单张照片定位的建筑物变化检测。已知建筑物的真实大小，通过智能手机对建筑物拍摄单张照片，根据设备摄像头的参数以及照片中目标物体的像素大小来估测出设备到目标物体的距离，然后根据设备的传感器数据推测设备的位置和设备的拍摄方向，结合距离信息，计算出目标物体的位置，结合在线地图服务判断建筑物的变化情况。缺点是目标物体的真实大小不好确定。
[0006]现有技术还存在基于多照片场景重建的变化检测。从不同的地点不同的角度拍摄几张目标的照片，把这几张照片上传至云端后，在后台利用运动恢复结构(SfM，Structure from Motion)的技术重构目标物体的三维几何结构。根据目标物体的三维几何结构可以推测出每次拍摄时用户和目标的相对位置，最后用优化算法结合每次拍摄时用户的GNSS信息推算出目标的位置，结合多时相的目标信息或结合在线地图服务判断目标的变化情况。缺点是需要用户对目标拍摄多张照片，而且由于算法复杂，并含有大量的冗余信息，不具有很好的交互性与实时性。
[0007]总的来说，现有技术的缺点包括：1、无法满足数据实时性的迫切需求，作为大多数变化检测方法的数据源，遥感影像是从高空鸟瞰，覆盖范围广，数据在空间分布均匀，但存在成本高、时效性实时性较弱的缺点。而移动终端照片多从地面拍摄，从微观角度记录街道层次立体剖面的精细化信息，且获取成本较低。2、基于照片目标定位的变化监测无法满足快速变化发现的需要基于照片的目标定位方法，要么需要对目标拍摄多张照片，要么需要事先知道被定位目标的大小，有着不实用、交互性低、计算复杂度高、人力成本高等不足。

技术实现思路

[0008]随着数码相机和带有高清拍摄功能的手机、平板等移动终端的日渐普及，普通民众已经可以随时随地采集感兴趣对象的照片，移动终端图像的数量以前所未有的速度增长，为典型地物变化检测提供了丰富而有用的新数据源，将移动终端图像作为地理空间信息获取的来源，具有重要的研究意义和广阔的应用前景，并且，得益于计算机视觉的发展，利用移动终端图像对目标进行匹配定位和变化检测的技术已经日趋成熟，具有对处理设备要求不高、处理方法自动化程度高、处理过程耗时短等特点。
[0009]为此，本专利技术提出一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法，包括S1，通过移动终端采集照片图像与拍摄参数数据，针对移动终端照片提取地物集；S2，根据在线地图提取候选地物轮廓；基于历史矢量数据得到候选地物数据；基于地物轮廓和候选地物数据确定候选地物；S3，计算移动终端照片地物和候选地物方位角范围，通过比较候选地物的方位角范围之间的相似性来计算地物匹配度，根据匹配关系确定变化类型。
[0010]本专利技术的有益效果包括：本专利技术面向典型地理要素快速变化发现的需要，融合移动终端照片和在线地图等多种数据，通过图像目标检测、地物方位角计算、地物相似度匹配等技术，归纳不同匹配关系对应的变化类型，实现地理要素快速变化发现，意在弥补传统变化检测方法获取成本高、数据分辨率低、时效性较弱等不足，推动解决移动终端照片图像地理要素快速变化发现的理论和技术难题，在提高地物变化信息采集效率和变化区域识别的自动化程度，降低自然资源基础调查、国土变调查工作成本，及时发现自然资源违法、破坏行为等方面具有重要意义。
附图说明
[0011]为了更容易理解本专利技术，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本专利技术。这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，不应认为对本专利技术保护范围的限制。
[0012]图1为本专利技术的方法的流程图。
[0013]图2为本专利技术的方法的技术路线图。
[0014]图3显示了三种地图提取的建筑物的二值图像。
[0015]图4显示了轮廓层次结构的示意图。
[0016]图5显示了图3对应的候选建筑物的轮廓提取的示意图。
[0017]图6显示了提取的建筑物的一个示例。
[0018]图7显示了在线地图候选建筑物轮廓存储的一个示例。
[0019]图8显示历史矢量数据候选建筑物轮廓存储示例。
[0020]图9显示了照片拍摄俯视图的示意图。
[0021]图10显示了地物可视范围。
[0022]图11显示了四组建筑物照片实验数据。
[0023]图12显示了针对图11的四组数据的照片建筑物区域提取结果。
[0024]图13显示了图11中的第一组数据的在线地图候选建筑物区域提取结果。
[0025]图14显示了图11中的第二组数据的在线地图候选建筑物区域提取结果。
[0026]图15显示了图11中的第三组数据的在线地图候选建筑物区域提取结果。
[0027]图16显示了图11中的第四组数据的在线地图候选建筑物区域提取结果。
[0028]图17显示了矢量数据的候选建筑物提取结果。
[0029]图18显示了草地照片实验数据的4组实验结果。
[0030]图19显示了照片草地区域提取结果。
[0031]图20显示了通过天地图在线地图服务提取的候选草地结果。
[0032]图21显示了不同的照片长宽比条件下的平均水平视角范围值。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于移动终端照片的地理要素快速变化发现方法，其特征在于，包括：S1，通过移动终端采集照片图像与拍摄参数数据，针对移动终端照片提取地物集；S2，根据在线地图提取候选地物轮廓；基于历史矢量数据得到候选地物数据；基于地物轮廓和候选地物数据确定候选地物；S3，计算移动终端照片地物和候选地物方位角范围，通过比较候选地物的方位角范围之间的相似性来计算地物匹配度，根据匹配关系确定变化类型。2.根据权利要求1所述的地理要素快速变化发现方法，其特征在于，步骤S2还包括：根据移动终端照片拍摄时的地理坐标，选取设定范围内的在线地图图片，提取候选地物轮廓；对于历史矢量数据，利用拍摄点地理坐标创建缓冲区，将缓冲区与矢量数据进行相交，得到缓冲区内的候选地物数据；对于在线地图，对候选地物轮廓点图像坐标转换为经纬度坐标，并对候选地物矢量重新排序，确定候选地物。3.根据权利要求1所述的地理要素快速变化发现方法，其特征在于，在步骤S3中，计算照片地物和候选地物的方位角及范围，结合Jaccard相似系数比较照片地物与候选地物集两者的匹配度，并根据地物匹配关系确定对应的变化类型。4.根据权利要求3所述的地理要素快速变化发现方法，其特征在于，在步骤S3中，通过如下公式计算移动终端照片地物方位角，方位角指的是摄点位置到照片中地物点的方向：β1＝β0+α1式中，I为图像中心的地面投影点，B为照片图像边界的地面投影点，β0为拍摄方向，β1为地物点P1的方位角，P1′
为照片中地物点P1的地面投影点，V
′
表示的∠ICB为在照片水平视角范围V的一半。5.根据权利要求4所述的地理要素快速变化发现方法，其特征在于，在步骤S3中，通过如下公式计算候选地物方位角：Δy＝sin(Lon
j
‑
Lon
i
)*cos(Lat
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，翟亮，乔庆华，成思远，桑会勇，侯伟，张英，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：