【摘要】：森林防火是森林資源保護(hù)工作的重中之重,而如何做到對(duì)森林火災(zāi)的有效監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確定位,是實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策、快速撲救的核心。目前林火監(jiān)測(cè)、定位的技術(shù)手段形式多樣,其中視頻監(jiān)測(cè)是當(dāng)前林火監(jiān)測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的監(jiān)測(cè)手段。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ),一般通過(guò)數(shù)字云臺(tái)獲取方位角、俯仰角等參數(shù)來(lái)計(jì)算林火位置,但這種方式的定位精度受硬件性能指標(biāo)的限制。地理標(biāo)記圖像是一種利用內(nèi)置GPS功能的圖像采集設(shè)備獲得的具有地理位置信息的實(shí)景圖像,借助該種圖像所包含的地理信息,可應(yīng)用于基于圖像的定位以及對(duì)三維場(chǎng)景的增強(qiáng)表達(dá)等方面。本文首先基于地形匹配技術(shù)原理將地理標(biāo)記圖像轉(zhuǎn)換為可定位圖像,將該種技術(shù)應(yīng)用于森林防火,提出基于地理標(biāo)記圖像的林火定位方法,并對(duì)定位精度進(jìn)行分析評(píng)估;然后探究了基于地理標(biāo)記圖像的火場(chǎng)三維可視化表達(dá)實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并將地理標(biāo)記圖像作為紋理投影到三維地表;最后以北京九龍山自然保護(hù)區(qū)作為研究區(qū)域,對(duì)本文提出的定位方法進(jìn)行了驗(yàn)證與結(jié)果展示。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.基于地形匹配的煙火定位:本文利用地形匹配原理將地理標(biāo)記圖像轉(zhuǎn)換為可定位圖像,提出了基于單視點(diǎn)地理標(biāo)記圖像的煙火定位方法。針對(duì)圖像煙火區(qū)選定像元在DEM中對(duì)應(yīng)的定位區(qū)域,提出定位區(qū)域精度信息分析與評(píng)估流程。該流程根據(jù)分析結(jié)果將定位區(qū)域分為可定位區(qū)與不可定位區(qū),同時(shí)提供詳細(xì)的煙火位置信息。2.多視點(diǎn)地理標(biāo)記圖像定位:以單視點(diǎn)地理標(biāo)記圖像的煙火定位方法為基礎(chǔ),探討了多視點(diǎn)地理標(biāo)記圖像的煙火定位過(guò)程的實(shí)現(xiàn),并對(duì)基于兩個(gè)視點(diǎn)定位的定位區(qū)域疊加情況進(jìn)行了歸類分析,對(duì)可能的幾種疊加類型所獲得的定位區(qū)域進(jìn)行了定位精度信息獲取方法的探究。3.基于地理標(biāo)記圖像的火場(chǎng)三維可視化表達(dá):利用多視點(diǎn)地理標(biāo)記圖像與DEM之間的映射關(guān)系,將多個(gè)觀測(cè)角度拍攝的實(shí)景影像投影到DEM二維地形中,并將投影后存在疊加的圖像進(jìn)行了拼接融合,最后將融合后的圖像作為紋理貼到DEM三維地形中,從而實(shí)現(xiàn)基于地理標(biāo)記圖像的火場(chǎng)三維可視化表達(dá)。本文研究主要有以下創(chuàng)新點(diǎn):(1)將地理標(biāo)記圖像應(yīng)用于林火定位研究,提出了基于地理標(biāo)記圖像的煙火定位方法,該方法的定位精度只跟圖像分辨率及側(cè)視與實(shí)景圖像匹配精度有關(guān),避免了傳統(tǒng)云臺(tái)定位受硬件性能指標(biāo)的限制;(2)建立多視點(diǎn)地理圖像與DEM的轉(zhuǎn)換關(guān)系,通過(guò)投影與拼接融合,實(shí)現(xiàn)基于地理標(biāo)記圖像的火場(chǎng)三維可視化表達(dá)。
【圖文】：

gb_img = cv2.GaussianBlur(fire_img,(9,9),0)canny_img = cv2.Canny(img, 100, 200)利用以上代碼，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出當(dāng)高斯模糊窗口設(shè)置為 3*3 或 5*5 時(shí)，邊緣檢測(cè)結(jié)果過(guò)密，存在山中樹木輪廓的干擾；而當(dāng)濾波窗口選擇 7*7 或 9*9 時(shí)，邊緣檢測(cè)效果良好，其中 9*9 窗口時(shí)最佳；若設(shè)置 11*11 窗口則會(huì)丟失大量的邊緣信息。除此之外，若 Canny 所設(shè)置的最大最小閾值過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)檢測(cè)效果造成影響，如最小閾值過(guò)小，雖然能保證邊緣曲線的連續(xù)性，但存在過(guò)多噪聲，，若最大閾值過(guò)大，則會(huì)造成大量邊緣信息丟失，邊緣曲線不連續(xù)，此處本文所設(shè)置的最小最大閾值分別為 100 和 200。圖 2-3展示了實(shí)景圖像邊緣提取結(jié)果，圖 a 為通過(guò)智能手機(jī)拍攝的山地實(shí)景圖像，b 圖為圖像邊緣檢測(cè)的效果圖。從 b 圖中邊緣檢測(cè)的效果來(lái)看，利用 Canny 算子提取的天際線基本將天空與地面劃分為了兩部分，雖然仍然有部分地面地物的輪廓干擾，天際線效果有些粗糙，仍然但基本可以滿足后文中進(jìn)行地形特征線匹配的實(shí)際需求。

圖 2-13 實(shí)景圖像與 DEM 側(cè)視圖地形輪廓線匹配示意圖Fig.2-13 Schematic diagram of contour matching between real image and DEM side-view map在完成兩種圖像的地形線匹配（圖 2-13）后，利用定位測(cè)試程序，進(jìn)行煙火區(qū)域的定位過(guò)程如下：當(dāng)某一幀已經(jīng)識(shí)別了煙火區(qū)域、并標(biāo)定了煙火區(qū)域選定像元點(diǎn)的地理標(biāo)記圖像與 DEM 側(cè)視圖匹配后，在圖像上點(diǎn)擊該選定像元點(diǎn)，獲知在地理標(biāo)記圖像的側(cè)視坐標(biāo)(α0,β0)，其中 α0可視作某高程點(diǎn)相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)的方位角，β0可視作該點(diǎn)相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)的俯仰角 θ0的余角（θ0為仰角時(shí)取負(fù)值，θ0為俯角時(shí)取正值），通過(guò)坐標(biāo)映射關(guān)系，就可以獲知該圖像坐標(biāo)唯一對(duì)應(yīng)的 DEM 二維平面上某個(gè)地理坐標(biāo)（x0,y0）。這一過(guò)程實(shí)際上完成了從圖像坐標(biāo)到 DEM 二維平面坐標(biāo)的映射定位。2.4.2 定位區(qū)域
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S762;P208

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2649981