基于三維實(shí)景技術(shù)的海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用探討

何 金束立勇傅成來

(鹽城市海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)管中心,江蘇 鹽城224000)

0 引 言

我國海域面積廣闊、海洋資源豐富,2002年頒布了《中華人民共和國海域使用管理法》(以下簡稱《海域法》),為規(guī)范用海秩序、合理開發(fā)海洋資源、加快海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有效保障,使得海域管理工作有據(jù)可依。2007年國家海洋局根據(jù)《海域法》關(guān)于“國家建立海域使用管理信息系統(tǒng),對海域使用狀況實(shí)施監(jiān)視、監(jiān)測”的要求,決定建設(shè)海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測管理系統(tǒng),成立國家、省、市三級海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)管中心,開展海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測業(yè)務(wù)。

海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測業(yè)務(wù)化工作的運(yùn)行,為海域使用管理、海監(jiān)執(zhí)法和海洋資源保護(hù)提供了有力的技術(shù)支撐。目前,動(dòng)態(tài)監(jiān)測的手段主要以人工岸線巡查為主,輔以遙感影像的判讀。人工巡查只能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的測量,記錄測量點(diǎn)的信息,而遙感影像判讀只能依據(jù)圖斑對熟悉的地區(qū)進(jìn)行疑點(diǎn)疑區(qū)的判讀。由于這些監(jiān)視監(jiān)測手段比較簡單,基礎(chǔ)信息匱乏,難以對海域空間資源、海洋功能區(qū)劃和圍填海造地等用海項(xiàng)目實(shí)施有效監(jiān)控,不能滿足海域動(dòng)態(tài)使用評價(jià)與決策支持等高層次信息服務(wù)要求。

針對上述問題,本文提出利用軟件開發(fā)技術(shù)和GIS技術(shù),構(gòu)建一個(gè)三維實(shí)景動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)平臺,完善海域管理的數(shù)字化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化的信息表達(dá)方式。該系統(tǒng)在鹽城海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管中得到應(yīng)用,形成“鹽城市海域使用三維實(shí)景動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)”(以下簡稱“系統(tǒng)”)。

1 系統(tǒng)框架

“系統(tǒng)”框架由海域使用多源實(shí)景數(shù)據(jù)采集與處理、GIS數(shù)據(jù)庫建設(shè)、海洋功能區(qū)劃及權(quán)屬發(fā)證數(shù)據(jù)入庫、內(nèi)網(wǎng)衛(wèi)星地圖引擎和瀏覽觀看平臺建設(shè)、數(shù)據(jù)更新和系統(tǒng)維護(hù)5個(gè)部分組成(圖1)。

圖1 “系統(tǒng)”框架結(jié)果

1.1 實(shí)景數(shù)據(jù)采集與處理

實(shí)景數(shù)據(jù)采集與處理是把相機(jī)環(huán)360°拍攝的一組或多組照片拼接成一個(gè)實(shí)景圖像,然后通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看的(圖2)。“系統(tǒng)”通過采集沿海重點(diǎn)、一般監(jiān)測區(qū)域和海岸線3部分的三維實(shí)景數(shù)據(jù),完成沿海三維實(shí)景數(shù)據(jù)全區(qū)域覆蓋采集,進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,使數(shù)據(jù)符合后期使用要求。

1.2 GIS數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)據(jù)庫存儲3類數(shù)據(jù):三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)、三維實(shí)景空間屬性數(shù)據(jù)、海洋區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)。三維實(shí)景影像數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲于數(shù)據(jù)庫中,并通過唯一ID與空間屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。對影像和空間屬性數(shù)據(jù)建立地理信息網(wǎng)格索引和時(shí)間序列索引信息,提高時(shí)空查詢速度。技術(shù)人員直接根據(jù)空間坐標(biāo)或時(shí)間信息進(jìn)行有效檢索和調(diào)用、查閱。海洋區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)以GML為載體,存儲于GIS數(shù)據(jù)庫中。GML是一種常見的GIS數(shù)據(jù)交換格式,通過GML,各類數(shù)據(jù)源可方便導(dǎo)入海洋區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)庫。

圖2 三維實(shí)景數(shù)據(jù)采集與處理流程示意圖

1.3 海洋功能區(qū)劃及權(quán)屬發(fā)證數(shù)據(jù)入庫

在影像數(shù)據(jù)上疊加海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù),可以幫助海域管理人員、海監(jiān)執(zhí)法人員對違規(guī)用海進(jìn)行定性;此外,在影像數(shù)據(jù)上疊加權(quán)屬發(fā)證數(shù)據(jù),可以補(bǔ)充三維實(shí)景圖像的屬性信息,也可幫助海域管理者對三維實(shí)景圖像中的用海類型、位置和范圍等做出基本判斷。

1.4 內(nèi)網(wǎng)衛(wèi)星地圖引擎和瀏覽觀看平臺建設(shè)

平臺建設(shè)包括矢量數(shù)據(jù)疊加模塊、遙感影像切割模塊和地圖數(shù)據(jù)拼接模塊。系統(tǒng)自帶的衛(wèi)星影像處理模塊可以方便地調(diào)用衛(wèi)星地圖,其加載速度快,延遲時(shí)間短?！跋到y(tǒng)”基于專網(wǎng)構(gòu)建的監(jiān)測查看平臺,充分展示鹽城市項(xiàng)目用海的實(shí)際使用情況。用戶可通過專網(wǎng)計(jì)算機(jī)訪問該系統(tǒng)。野外作業(yè)時(shí),技術(shù)人員也可使用定制的便攜終端訪問瀏覽全部三維實(shí)景數(shù)據(jù)、點(diǎn)位周圍遙感影像和權(quán)屬發(fā)證數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)更新和系統(tǒng)維護(hù)

“系統(tǒng)”配套裝備時(shí)空定位的單兵高清三維實(shí)景采集裝備,用于三維實(shí)景數(shù)據(jù)的全面自主化及時(shí)更新。配套數(shù)據(jù)加工、整理自主更新模塊和影像地圖自主更新模塊,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理流程的自動(dòng)化,做到及時(shí)采集和入庫更新。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 沿海高清三維實(shí)景數(shù)據(jù)全區(qū)域覆蓋

車載式高清三維實(shí)景包括重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域數(shù)據(jù)和海岸線數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)沿海高清三維實(shí)景數(shù)據(jù)全區(qū)域覆蓋采集。采集數(shù)據(jù)涉及鹽城沿海五縣(市、區(qū))共約10 000 km;單張三維實(shí)景影像采集像素達(dá)到1.5億像素或者更高,重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)達(dá)到20億像素以上超高清數(shù)據(jù)。高清三維實(shí)景的展示,使得觀看者可以隨時(shí)隨地通過參與互動(dòng)、漫游,身臨其境地體驗(yàn)三維實(shí)景帶來的視覺感受。

2.2 數(shù)據(jù)自主更新系統(tǒng)

系統(tǒng)配套單兵式高清三維實(shí)景自主采集模塊及自主更新處理軟件。單兵采集設(shè)備移動(dòng)攜帶方便,操作簡單,高清成像,采集任務(wù)流程自動(dòng)化,遙控控制,靜態(tài)三維實(shí)景分辨率最低可達(dá):12 000×6 000,采集視角高度最高可達(dá)6～8 m左右,定位精度優(yōu)于1 m,支持三維實(shí)景高清動(dòng)態(tài)視頻采集,視頻分辨率可達(dá)6 000×3 000高清模式;三維實(shí)景采集工作,分批次或時(shí)間進(jìn)行,同一區(qū)域可能因時(shí)間推移,而進(jìn)行重復(fù)更新采集數(shù)據(jù),系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)更新維護(hù)軟件支持用戶順利完成更新工作并寫入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3 應(yīng)用展示

3.1 用海信息地圖聯(lián)動(dòng)查詢

實(shí)現(xiàn)三維實(shí)景與影像地圖間的雙向聯(lián)動(dòng)和方向示意,通過點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集點(diǎn),可對該區(qū)域進(jìn)行實(shí)景及地圖的瀏覽,展示鹽城市項(xiàng)目用海的實(shí)際使用情況。野外作業(yè)時(shí),技術(shù)人員海域現(xiàn)場通過便攜終端快速查看所在位置的三維實(shí)景歷史影像和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及點(diǎn)位周圍遙感影像、權(quán)屬發(fā)證信息等,為海域管理人員、海監(jiān)執(zhí)法人員快速處理問題提供技術(shù)支持。

3.2 歷史三維實(shí)景對比

通過采集不同時(shí)期的高清影像數(shù)據(jù),使得系統(tǒng)中某一空間點(diǎn)存在多個(gè)時(shí)期三維實(shí)景數(shù)據(jù),通過時(shí)間軸的操作,選擇某一時(shí)期的三維實(shí)景進(jìn)行查看,而且同時(shí)可以選擇多個(gè)時(shí)期三維實(shí)景進(jìn)行對比,掌握海域動(dòng)態(tài)變化情況(圖3)。

圖3 歷史全景對比示意圖

4 結(jié) 語

(1)三維實(shí)景展示是一種全新的(網(wǎng)絡(luò))三維互動(dòng)技術(shù),是新一代互聯(lián)網(wǎng)展示技術(shù)的核心。鹽城市海域使用三維實(shí)景動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),通過車載/單兵等三維實(shí)景采集設(shè)備,采集鹽城市沿海地形地貌、岸線變遷、港口開發(fā)及海域?yàn)┩块_發(fā)等高清實(shí)景圖像和影像信息,經(jīng)加工整理,建立鹽城市海域使用三維實(shí)景動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,利用最新的軟件開發(fā)技術(shù)和GIS技術(shù),結(jié)合國家海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)管中心下發(fā)的最新海域遙感影像和國家海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)證數(shù)據(jù),構(gòu)建了一個(gè)基于Web的三維全景信息發(fā)布系統(tǒng)。

(2)該系統(tǒng)在鹽城海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管中得到較好應(yīng)用,“系統(tǒng)”監(jiān)測查看平臺充分展示了鹽城市海岸線開發(fā)保護(hù)和項(xiàng)目用海的實(shí)際使用情況。同時(shí)“系統(tǒng)”便攜終端幫助海域管理人員、海監(jiān)執(zhí)法人員快速查看所在位置的三維實(shí)景歷史影像和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及點(diǎn)位周圍遙感影像、權(quán)屬發(fā)證等信息,為其處理相關(guān)問題提供了技術(shù)支持。

(3)系統(tǒng)的開發(fā)為海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測、海監(jiān)執(zhí)法、海洋資源保護(hù)監(jiān)測以及用海工程建設(shè)評估等工作提供了豐富的基礎(chǔ)信息,也為決策、研判提供有力的信息保障。多源實(shí)景數(shù)據(jù)融合,包括低空高清三維實(shí)景及地面激光三維點(diǎn)云等多源數(shù)據(jù)融合將成為該系統(tǒng)下一步的發(fā)展方向。