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基于地形匹配的图像烟火定位方法研究

贾道祥 刘鹏举 张英凯 刘长春 孙永明

贾道祥, 刘鹏举, 张英凯, 刘长春, 孙永明. 基于地形匹配的图像烟火定位方法研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 19-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170439
引用本文: 贾道祥, 刘鹏举, 张英凯, 刘长春, 孙永明. 基于地形匹配的图像烟火定位方法研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 19-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170439
Jia Daoxiang, Liu Pengju, Zhang Yingkai, Liu Changchun, Sun Yongming. Smoke and fire positioning method in the image based on terrain profile matching[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 19-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170439
Citation: Jia Daoxiang, Liu Pengju, Zhang Yingkai, Liu Changchun, Sun Yongming. Smoke and fire positioning method in the image based on terrain profile matching[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(6): 19-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170439

基于地形匹配的图像烟火定位方法研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170439
基金项目: 

“948”国家林业局引进项目 2014-4-01

详细信息
    作者简介:

    贾道祥。主要研究方向:地理信息系统技术与应用。Email:aizhiyongqi@163.com 地址:100091 北京市海淀区香山路东小府1号中国林业科学研究院资源信息研究所

    责任作者:

    刘鹏举,副研究员。主要研究方向:林业GIS应用与开发。Email:liupeng@caf.ac.cn 地址:同上

  • 中图分类号: S762.3+2

Smoke and fire positioning method in the image based on terrain profile matching

  • 摘要: 目的视频监控是林火监测的主要手段,利用数字云台获取方位角、俯仰角等参数来计算林火位置是目前林火定位的主要方式,而林火定位中常用的方法主要有单点定位、双点定位和多点定位3种方法。目前已有许多研究根据光线跟踪算法,依靠视频图像与三维地形的对应关系实现了三维场景的增强表达,为基于视频图像的定位提供了新的途径。当前,林区普遍通过建立视频监控、数字云台、GIS技术三者紧密结合的软、硬件联动系统进行森林火灾的监测、决策和扑救。本文将视频图像与虚拟地形匹配原理,应用于基于GIS的林火视频监控系统,提出基于图像的林火定位方法,并对定位精度进行分析评估。方法利用地形匹配原理建立林火实景图像与DEM之间的坐标映射关系,针对图像烟火区域选定像元,生成在DEM中对应的区域,并计算和分析该区域中心点的坐标、欧氏距离、方位角、俯仰角以及该区域的形状、可视性、面积、跨沟谷数等特征信息,提出定位区域精度信息分析与评估流程。该流程根据分析结果将定位区域分为可定位区与不可定位区,同时提供详细的烟火位置信息。结果选择北京九龙山自然保护区作为研究区域,对提出的定位方法进行了初步验证,结果表明该方法能提供准确定位精度信息,有助于快速找到火源,实现快速扑救。结论本文基于地形图像匹配的林火定位方法,充分利用了虚拟地形与视频图像的特征匹配关系,为林火快速扑救提供丰富的位置信息。该方法的定位精度只与图像分辨率及虚拟地形与实景图像匹配精度有关,避免了传统云台定位受硬件性能指标的限制;同时该方法也适用于手机等移动设备所拍摄的图像,只需获知拍摄点坐标,就可以实现对所采集图像上目标的定位,对于基于图像的定位分析具有重要意义。

     

  • 图  1  实景图像与DEM侧视地形轮廓线匹配示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of contour matching between real image and DEM side-view terrain

    图  2  基于地形匹配原理定位方法实现过程示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of positioning process based on terrain profile matching

    图  3  实景图像烟火定位过程展示图

    Figure  3.  Display diagram of positioning process of smoke and fire in real image

    图  4  枚举验证结果

    Figure  4.  Enumeration verification result chart

    图  5  5种形状的定位区域面积量算示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of area calculation of five shape positioning area

    图  6  定位类型判别流程图

    Figure  6.  Flow chart of positioning type discrimination

    图  7  图像烟火定位过程示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of positioning process of smoke and fire in image

    图  8  3种定位区域类型示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of three positioning area types

    图  9  DEM虚拟地形图与定位类型分布图

    Figure  9.  Virtual terrain of DEM and distribution map of positioning types

    图  10  两种可定位类型区域面积随观测距离变化曲线

    Figure  10.  Changing curves of two types of positioning area with observation distance

    表  1  定位区域形状枚举表

    Table  1.   Enumeration table of location region shape

    退化状态
    Degradation state
    枚举图形
    Enumeration graphics
    初始状态
    Initial state
    上下邻域退化
    Upper and lower neighborhood degradation
    左右邻域退化
    Left and right neighborhood degradation
    四邻域组合退化
    Four neighborhood combination degradation
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    表  2  定位区域定位精度信息

    Table  2.   Positioning accuracy information of positioning area

    项目Item 信息Information
    基本位置信息
    Basic location information
    经纬度坐标、欧氏距离、方位角、俯仰角
    Coordinate, Euclidean distance, azimuth angle, angle of pitch
    区域几何特征信息
    Regional geometric feature information
    形状、面积
    Shape, area
    地形特征信息
    Topographic feature information
    可视性、跨沟谷数
    Visibility, crossing valley number
    下载: 导出CSV

    表  3  定位类型比例统计结果

    Table  3.   Statistical result of the proportion of different positioning types

    定位类型
    Positioning type
    完全可视定位
    Fully visual positioning
    部分可视有效定位
    Partially visual effective positioning
    部分可视无效定位
    Partially visual invalid positioning
    数量Number 262 30 32
    百分比Percentage/% 80.9 9.3 9.8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-14
  • 修回日期:  2018-04-18
  • 刊出日期:  2018-06-01

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