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[水环境] 海洋藻类信息提取及其影响分析系统

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发表于 2015-8-25 14:18:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
海洋藻类信息提取及其影响分析系统

作品单位:大连海事大学 航海学院 地理信息系统
小组成员:乔娜、赵瑞、段周、朱为华
指导教师:刘丙新、徐进
获奖情况:2014Esri开发竞赛ENVIIDL组二等奖
一、系统概述
        卫星遥感技术是对赤潮、溢油等海洋灾害和环境保护的重要监测平台和快速、有效的监视监测手段;先进的卫星遥感监测技术将为近海环境保护提供可靠支撑;利用卫星遥感,能够快速准确地获取海上数据,为国家和地方的海洋经济发展规划提供决策依据,保证海洋资源的综合开发在有序、有度、协调的状态下健康发展。海洋藻类信息提取及其影响分析系统的原理是利用实时的遥感影像数据,得出海洋环境指数,监测海洋环境的变化,分析出藻类等海洋灾害发生的概率,从而达到预防和监控的能力。另外,当出现赤潮污染的时候,通过本系统的藻类因子提取和空间分析功能,生成灾害分析报告,这样就能准确、经济、及时的进行灾害控制,达到辅助决策和治理效果。
二、系统设计框架
        本系统将ENVI/IDL的遥感图像处理功能和ArcGIS的空间分析功能相结合。基本功能包括文件管理、地图操作、浏览和编辑以及信息查询;主要功能有遥感图像的处理:图像增强、图像处理、图像分类、碎斑处理;藻类因子提取:数据预处理、云检测、陆地与水体分离、海表面温度、悬浮泥沙含量、赤潮因子提取、浒苔处理、提取灾害区域;空间分析:缓冲区分析并利用缓冲区进行叠加分析、生成赤潮分析报告,数据处理:专题图的制作、导出地图等,对于矢量和栅格数据都提供了渲染功能、并根据图层调节图像透明度;系统设置中包含对系统的窗体管理和系统肤色设置。系统设计框架如下图所示。

图:系统总体设计
三、系统功能设计
3.1 基本操作
        基本功能作为整个系统的基础模块,它提供了系统的基础操作功能。包括地图操作、地图编辑、图层透明度等功能。
        地图操作是对地图的基本操作,如:选择多边形,放大,缩小,漫游,选择,属性,测量,选择要素,刷新,全视图,前一视图,后一视图,清除高亮显示等基本操作。
        地图功能:编辑功能包括编辑重要景区、主要城市以及二者的属性编辑。
        图层透明度和图层渲染需要加载图层,对其进行图层透明度修改,渲染功能则是选择不同的加载颜色。

图:系统主界面

图:属性编辑功能
3.2 遥感影像处理
        遥感图像处理是遥感监测系统的基本功能模块,主要是面向原始遥感影像数据进行处理的,可以实现图像去条带处理、几何校正、辐射校正、大气校正等功能,涵盖了遥感图像前期处理环节中必需的工作内容。
· 图层操作:快速大气校正,主成分分析
· 图像增强:栅格图渲染,图像平滑,图像锐化
· 其他处理:碎斑处理,直方图均衡化,RGB和HIS转换
· 图层分类:监督分类,非监督分类,ISO分类,K-mean分类

图:碎斑处理结果
3.3 藻因子提取
        藻因子提取是本系统的核心模块之一。其主要目的是验证是否有赤潮的发生,具体功能包括:
· 数据预处理:辐射定标,几何校正
· 赤潮因子提取:云检测,陆地水体分离,悬浮泥沙,海表面温度
· 浒苔处理:植被指数,波段比值
· 提取灾害区域:阈值提取灾害区域

图:云检测

图:海表面温度

图:叶绿素比值结果
3.4 空间分析
        空间分析是本系统的核心之一,主要完成赤潮、浒苔的提取与面积分析,另外生成文本文档,结合实践活动,制定最有效的赤潮、浒苔主要功能有:
· 数据处理:栅格转矢量
· 赤潮模块:赤潮灾害分析,缓冲区分析,赤潮轨迹回放,生成分析报告
· 浒苔模块:浒苔治理

图:栅格转矢量功能

图:赤潮缓冲区界面

图:赤潮轨迹回放

图:赤潮灾害报告
3.5 系统设置
        系统设置是根据用户的爱好对系统进行界面的设置,是系统体现人性化服务之一。其具体功能包括:
· 窗体管理:地图图层,信息查询,基本操作
· 皮肤管理:本系统设置了七种不同的皮肤管理模块,满足不同用户的使用爱好。

图:信息查询界面

图:皮肤切换设置
四、系统亮点
        (1)简单易操作
        本软件图形界面良好,图标图名简单易懂,便于海洋观测人员的使用。
        一般的没有经过envi专业学习的人员,要想完全掌握envi强大的遥感影像处理,是一件很困难的事情,本软件就是为了解决该问题,从遥感影像的预处理到最后生成报告,帮助人员进行实行决策的过程,都是一键式完成。
        (2)专题针对性强
        我们平时接触的地理信息系统软件,都是多功能,全方位的软件,例如envi、ARCGIS,这就要求使用人员需要专门的学习,但是对于一部分的海洋工作者并没有接触到很多的GIS软件。而我们开发的这一系统,是专门针对赤潮,浒苔污染防治与预防,虽然使用范围缩小了,但正是由于减少了横向功能,使得该软件更具有针对性,对于海洋赤潮分析人员,易于上手,深层次挖掘出来的东西也就更加的丰富。那就锁定了一部分的专业使用人。
        (3)图形解读功能强大、效率高
        遥感影像格式众多,海洋监测过程中我们经常使用的是modis(250m),该系统支持遥感影像数据的读入,处理以及分析。Modis数据支持良好。本系统利用IDL语言开发,功能明确简单,大大提高了遥感影像处理的效率,减短了处理的时间,快速生成报告,使得灾害监测方便有效。
        (4)系统信息综合处理能力强
        系统应用到ENVI/IDL、ArcGIS Engine和C#语言进行开发,结合了各自的优点,例如C#具有良好美观的界面、方便快捷的开发模式;应用IDL实现了遥感图像快速提取图像信息的能力;ArcGIS Engine强大的空间处理功能;对赤潮灾害和浒苔治理都提供了很好的决策辅助功能。
        (5)人性化服务功能
        本系统专门设计了分析功能,生成分析报告。打印出Word文档,海洋工作人员结合分析报告,利用自己的实际经验,制定出效率高,经济实惠的方案,减少灾害的影响。
日常管理功能:在赤潮爆发的季节,海洋环境管理人员获取当地免费的遥感影像数据(例如modis数据250米),将获得的数据在本系统中进行简单地图像加载、图像预处理等操作,提取有用的信息,得到赤潮或者浒苔是否发生的信息。
        应急管理功能:当某地有赤潮爆发的时候,海洋工作组通过获取的影像信息分析得到赤潮发生的区域、范围、赤潮的种类;以及未来发展动态,赤潮最大的影响范围和迁徙方向。最终生成应急报告,开始实施赤潮的应急管理。
        基于藻类环境监测系统可以使事故危害得到有效的解决方案,以减少人民财产损失,减少赤潮对海洋环境的污染,进而达到保护环境的目的。


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RS学狂

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发表于 2015-11-1 16:07:54 | 显示全部楼层
挺有想法
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RS学酥

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发表于 2017-6-22 23:49:15 | 显示全部楼层
great,  
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