2014Esri开发竞赛ENVIIDL组作品欣赏——“基于遥感影像的海事信息提取与发布系统”
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2016-06-04
作品单位：大连海事大学航海学院
小组成员：谢帅，张强，唐诚，赵文昊
指导教师：刘丙新，李颖
获奖情况：三等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XODAwOTc1NDAw.html?f=22042559
一、系统概述
系统基于ENVI/IDL5.1和ArcGIS10.2技术框架，利用多线程、最大类间方差法，阈值法、CFAR检测法等技术，结合ArcGIS空间分析技术；以遵循海图数据标准格式为前提，以遥感数据信息提取为手段，以保障航行安全为目的，构建从影像数据输入、影像数据的预处理（定标、校正、裁剪、信息增强处理等），影像数据的信息提取以及海图信息发布为一体的智能化系统。旨在通过卫星遥感和图像处理技术，使系统用户快捷、方便、直观的了解海上相关信息，降低人工成本，使侦查立体化、 指挥控制智能化、 反应快速化、 定位精确化、防护综合化。保障船舶航行安全与效率。
二、系统设计框架
系统设计框架如图1所示，主要分为系统功能、基本功能、海冰提取、船舶提取、结果输出等功能模块。
图1 系统设计框架图
三、系统功能设计
1. 系统功能模块
该模块可以对海图及系统做出一些常规的操作，实现了地图的打开、保存、另存为，加载地图，加载栅格地图，系统八种不同的皮肤之间的相互切换以及重启系统和关闭系统等功能。
图2 系统功能模块
图3 系统主界面
2. 海图浏览模块
该功能模块实现了对地图窗口的操作，包括选择、漫游、全图显示、放大、缩小、前一视图、后一视图、刷新、要素识别、长度测量、面积测量、矩形选择、多变形选择、图形选择、图层定位、坐标定位等16个基本地图浏览功能。其中定位功能的设计，大大的提高了用户的使用效率，方便用户操作，根据用户需求进行定位选择，真正让用户想到哪就到哪。
图4 海图浏览模块
3. 基本功能模块
该功能模块实现了辐射定标，大气校正，波普信息查询、基于shp裁剪，基于evf裁剪，基于工具裁剪等六大ENVI基本功能。
图5 基本功能模块
图6 裁剪、大气校正及辐射定标处理结果图
4. 海冰提取功能模块
该功能模块是本系统核心模块之一，它实现了海冰提取与分析，船舶航行航线与海冰区域的叠加等功能。该模块主要有直接海冰提取、船舶航行分析、海冰面积统计等三个核心功能，还有生成矢量数据，添加海冰到海图中等两个相关功能。该模块功能描述如下：
1) 直接海冰提取：主要是针对海冰的直接提取，在提取过程，通过本系统内部处理，可对海冰直接进行提取。
2) 生成矢量数据：根据提取出来的海冰数据生成矢量数据，使之可叠加到海图中。
3) 添加海冰：在海图中添加海冰
4) 海冰面积统计：统计当前水域下的海冰面积，为船舶安全航行提供信息
5) 船舶航行分析：根据船舶航行航线，对航线生成缓存区，把生成缓存区域海冰叠加，据此分析船舶在航线过程中是否有危险。
6) 船舶可根据海冰分布，自行修改自身航线，亦可有相关部门进行更改，对相应船舶提出航行建议
图7 海冰提取功能模块
图8 海冰掩膜生成
图9 陆地掩膜生成图
图10 海冰提取后叠加到海图
图11 船舶航行分析（航线缓冲区）
5. 船舶提取功能模块
该模块功能是本系统的核心模块之一，提供了船舶信息增强、船舶船位提取、锚地分析等三大核心功能以及添加船位，属性查询与编辑，锚地船舶信息等三个相关功能。在该模块中，通过提对锚地船舶情况进行分析和判读，用户能够更加了解锚地船舶抛锚状况。对即将进行抛锚作业的船舶提出有效的指导性意见和要求。船舶亦可通过查询，分析得知本船在哪一安全区域抛锚是最为经济和便捷。
1) 船舶信息增强：通过对船舶锚地的遥感影像进行分析和提取，对船舶显示进行增强，使用户更能直观感受到船舶抛锚情况。
2) 船位提取：根据船舶反射率与海水反射率的不同，采用相关提取算法，对锚地抛锚船舶进行提取和分析。
3) 锚地分析：首先根据锚地船舶的位置信息，设置船舶抛锚安全距离为500m，生成船舶缓冲区；其次用船舶生成的缓冲区面与锚地进行叠加分析；最后用求交集得出锚地空余情况，并可以在输出模块中生成专题图输出。
4) 添加船位：将已提取出船位的遥感影像数据添加到海图图层中
5) 锚地船舶信息：生成报告文档，统计当前锚地船舶数量与所占容量百分比。
6) 属性信息查询与编辑：用户在需要时，可以对船舶进行编辑，以便与用户可以对某船舶进行管理。
图12 船舶提取功能模块
图13 船舶经纬度提取
图14 提取后船舶
图15 锚地可用性分析
6. 输出功能模块
该模块的主要功能有生成相关报告文档以及生成专题图。在生成文档专题中，用户只需要根据自己所需，然后按照相关模块填写相应的关键文字，即可生成报告文档。这样极大的方便了用户的操作，快捷简单。在专题图模块中，用户可以根据所获取的相关提取结果有选择性的输出专题图，可以给专题图添加图例、图名与标注、比列尺、背景颜色、指北针、气泡注释、输出，清除图形等功能。
图16 船舶航线缓冲区专题图
图17 海冰面积统计柱状图
图18 海冰面积统计饼状图
图19 船舶航行危输出文档
四、系统亮点
(1) 系统的功能全面丰富
系统的功能全面丰富，主要分为系统功能、基本功能、海冰提取、船舶提取、结果输出等功能模块。
(2) 系统用户界面友好、输出形式多样
界面设计采用多种风格，功能定制合理，分类明确，对话框视图区和按键区布局合理，符合用户的习惯性操作，系统输出形式多样。
(3) 系统构思新颖
根据海上冰域面积广，相关部门人员不能及时了解海上船舶信息和相关气象信息。需要确定海面冰区分布，往往需要派出船舶进行实地观测，这样的方式既花费时间和金钱，有浪费大量的人力和物力。所以，解决这一问题至关重要。通过本系统，岸基部门和海事部门可以通过获取遥感卫星数据，从而了解海上海面信息和船舶信息。可谓是不出门则知天下事。
(4) 技术特色
使用ENVI/IDL提取遥感影像的海冰与船舶信息；利用最大类间方差发，域值法等技术，对遥感信息进行提取。航线安全分析与锚地可用性分析；在本系统中，进行航线安全分析，据船舶航行航线，对航线生成缓存区，把生成缓存区域海冰叠加，据此分析船舶在航线过程中是否有危险。船舶可根据海冰分布，自行修改自身航线，亦可有相关部门进行更改，对相应船舶提出航行建议。进行锚地可用性分析，首先根据锚地船舶的位置信息，设置船舶抛锚安全距离为500m，生成船舶缓冲区；其次用船舶生成的缓冲区面与锚地进行叠加分析；最后用求交集得出锚地空余情况，并可以在输出模块中生成专题图输出。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102v6gu.html
小组成员：谢帅，张强，唐诚，赵文昊
指导教师：刘丙新，李颖
获奖情况：三等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XODAwOTc1NDAw.html?f=22042559
一、系统概述
系统基于ENVI/IDL5.1和ArcGIS10.2技术框架，利用多线程、最大类间方差法，阈值法、CFAR检测法等技术，结合ArcGIS空间分析技术；以遵循海图数据标准格式为前提，以遥感数据信息提取为手段，以保障航行安全为目的，构建从影像数据输入、影像数据的预处理（定标、校正、裁剪、信息增强处理等），影像数据的信息提取以及海图信息发布为一体的智能化系统。旨在通过卫星遥感和图像处理技术，使系统用户快捷、方便、直观的了解海上相关信息，降低人工成本，使侦查立体化、 指挥控制智能化、 反应快速化、 定位精确化、防护综合化。保障船舶航行安全与效率。
二、系统设计框架
系统设计框架如图1所示，主要分为系统功能、基本功能、海冰提取、船舶提取、结果输出等功能模块。
三、系统功能设计
1. 系统功能模块
该模块可以对海图及系统做出一些常规的操作，实现了地图的打开、保存、另存为，加载地图，加载栅格地图，系统八种不同的皮肤之间的相互切换以及重启系统和关闭系统等功能。
2. 海图浏览模块
该功能模块实现了对地图窗口的操作，包括选择、漫游、全图显示、放大、缩小、前一视图、后一视图、刷新、要素识别、长度测量、面积测量、矩形选择、多变形选择、图形选择、图层定位、坐标定位等16个基本地图浏览功能。其中定位功能的设计，大大的提高了用户的使用效率，方便用户操作，根据用户需求进行定位选择，真正让用户想到哪就到哪。
3. 基本功能模块
该功能模块实现了辐射定标，大气校正，波普信息查询、基于shp裁剪，基于evf裁剪，基于工具裁剪等六大ENVI基本功能。
4. 海冰提取功能模块
该功能模块是本系统核心模块之一，它实现了海冰提取与分析，船舶航行航线与海冰区域的叠加等功能。该模块主要有直接海冰提取、船舶航行分析、海冰面积统计等三个核心功能，还有生成矢量数据，添加海冰到海图中等两个相关功能。该模块功能描述如下：
1) 直接海冰提取：主要是针对海冰的直接提取，在提取过程，通过本系统内部处理，可对海冰直接进行提取。
2) 生成矢量数据：根据提取出来的海冰数据生成矢量数据，使之可叠加到海图中。
3) 添加海冰：在海图中添加海冰
4) 海冰面积统计：统计当前水域下的海冰面积，为船舶安全航行提供信息
5) 船舶航行分析：根据船舶航行航线，对航线生成缓存区，把生成缓存区域海冰叠加，据此分析船舶在航线过程中是否有危险。
6) 船舶可根据海冰分布，自行修改自身航线，亦可有相关部门进行更改，对相应船舶提出航行建议
5. 船舶提取功能模块
该模块功能是本系统的核心模块之一，提供了船舶信息增强、船舶船位提取、锚地分析等三大核心功能以及添加船位，属性查询与编辑，锚地船舶信息等三个相关功能。在该模块中，通过提对锚地船舶情况进行分析和判读，用户能够更加了解锚地船舶抛锚状况。对即将进行抛锚作业的船舶提出有效的指导性意见和要求。船舶亦可通过查询，分析得知本船在哪一安全区域抛锚是最为经济和便捷。
1) 船舶信息增强：通过对船舶锚地的遥感影像进行分析和提取，对船舶显示进行增强，使用户更能直观感受到船舶抛锚情况。
2) 船位提取：根据船舶反射率与海水反射率的不同，采用相关提取算法，对锚地抛锚船舶进行提取和分析。
3) 锚地分析：首先根据锚地船舶的位置信息，设置船舶抛锚安全距离为500m，生成船舶缓冲区；其次用船舶生成的缓冲区面与锚地进行叠加分析；最后用求交集得出锚地空余情况，并可以在输出模块中生成专题图输出。
4) 添加船位：将已提取出船位的遥感影像数据添加到海图图层中
5) 锚地船舶信息：生成报告文档，统计当前锚地船舶数量与所占容量百分比。
6) 属性信息查询与编辑：用户在需要时，可以对船舶进行编辑，以便与用户可以对某船舶进行管理。
6. 输出功能模块
该模块的主要功能有生成相关报告文档以及生成专题图。在生成文档专题中，用户只需要根据自己所需，然后按照相关模块填写相应的关键文字，即可生成报告文档。这样极大的方便了用户的操作，快捷简单。在专题图模块中，用户可以根据所获取的相关提取结果有选择性的输出专题图，可以给专题图添加图例、图名与标注、比列尺、背景颜色、指北针、气泡注释、输出，清除图形等功能。
图16 船舶航线缓冲区专题图
图17 海冰面积统计柱状图
图18 海冰面积统计饼状图
四、系统亮点
(1) 系统的功能全面丰富
系统的功能全面丰富，主要分为系统功能、基本功能、海冰提取、船舶提取、结果输出等功能模块。
(2) 系统用户界面友好、输出形式多样
界面设计采用多种风格，功能定制合理，分类明确，对话框视图区和按键区布局合理，符合用户的习惯性操作，系统输出形式多样。
(3) 系统构思新颖
根据海上冰域面积广，相关部门人员不能及时了解海上船舶信息和相关气象信息。需要确定海面冰区分布，往往需要派出船舶进行实地观测，这样的方式既花费时间和金钱，有浪费大量的人力和物力。所以，解决这一问题至关重要。通过本系统，岸基部门和海事部门可以通过获取遥感卫星数据，从而了解海上海面信息和船舶信息。可谓是不出门则知天下事。
(4) 技术特色
使用ENVI/IDL提取遥感影像的海冰与船舶信息；利用最大类间方差发，域值法等技术，对遥感信息进行提取。航线安全分析与锚地可用性分析；在本系统中，进行航线安全分析，据船舶航行航线，对航线生成缓存区，把生成缓存区域海冰叠加，据此分析船舶在航线过程中是否有危险。船舶可根据海冰分布，自行修改自身航线，亦可有相关部门进行更改，对相应船舶提出航行建议。进行锚地可用性分析，首先根据锚地船舶的位置信息，设置船舶抛锚安全距离为500m，生成船舶缓冲区；其次用船舶生成的缓冲区面与锚地进行叠加分析；最后用求交集得出锚地空余情况，并可以在输出模块中生成专题图输出。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102v6gu.html
