基于三维实景技术的海域动态监管系统的应用探讨

何 金束立勇傅成来

(盐城市海域使用动态监管中心,江苏 盐城224000)

0 引 言

我国海域面积广阔、海洋资源丰富,2002年颁布了《中华人民共和国海域使用管理法》(以下简称《海域法》),为规范用海秩序、合理开发海洋资源、加快海洋经济发展提供了有效保障,使得海域管理工作有据可依。2007年国家海洋局根据《海域法》关于“国家建立海域使用管理信息系统,对海域使用状况实施监视、监测”的要求,决定建设海域使用动态监视监测管理系统,成立国家、省、市三级海域使用动态监管中心,开展海域动态监视监测业务。

海域动态监视监测业务化工作的运行,为海域使用管理、海监执法和海洋资源保护提供了有力的技术支撑。目前,动态监测的手段主要以人工岸线巡查为主,辅以遥感影像的判读。人工巡查只能进行点对点的测量,记录测量点的信息,而遥感影像判读只能依据图斑对熟悉的地区进行疑点疑区的判读。由于这些监视监测手段比较简单,基础信息匮乏,难以对海域空间资源、海洋功能区划和围填海造地等用海项目实施有效监控,不能满足海域动态使用评价与决策支持等高层次信息服务要求。

针对上述问题,本文提出利用软件开发技术和GIS技术,构建一个三维实景动态监测系统平台,完善海域管理的数字化、智能化及网络化的信息表达方式。该系统在盐城海域动态监管中得到应用,形成“盐城市海域使用三维实景动态监测数据采集与处理系统”(以下简称“系统”)。

1 系统框架

“系统”框架由海域使用多源实景数据采集与处理、GIS数据库建设、海洋功能区划及权属发证数据入库、内网卫星地图引擎和浏览观看平台建设、数据更新和系统维护5个部分组成(图1)。

图1 “系统”框架结果

1.1 实景数据采集与处理

实景数据采集与处理是把相机环360°拍摄的一组或多组照片拼接成一个实景图像,然后通过计算机技术实现全方位互动式观看的(图2)。“系统”通过采集沿海重点、一般监测区域和海岸线3部分的三维实景数据,完成沿海三维实景数据全区域覆盖采集,进行数据整理,使数据符合后期使用要求。

1.2 GIS数据库建设

数据库存储3类数据:三维实景影像数据、三维实景空间属性数据、海洋区划矢量数据。三维实景影像数据以二进制形式存储于数据库中,并通过唯一ID与空间属性数据关联。对影像和空间属性数据建立地理信息网格索引和时间序列索引信息,提高时空查询速度。技术人员直接根据空间坐标或时间信息进行有效检索和调用、查阅。海洋区划矢量数据以GML为载体,存储于GIS数据库中。GML是一种常见的GIS数据交换格式,通过GML,各类数据源可方便导入海洋区划矢量数据库。

图2 三维实景数据采集与处理流程示意图

1.3 海洋功能区划及权属发证数据入库

在影像数据上叠加海洋功能区划数据,可以帮助海域管理人员、海监执法人员对违规用海进行定性;此外,在影像数据上叠加权属发证数据,可以补充三维实景图像的属性信息,也可帮助海域管理者对三维实景图像中的用海类型、位置和范围等做出基本判断。

1.4 内网卫星地图引擎和浏览观看平台建设

平台建设包括矢量数据叠加模块、遥感影像切割模块和地图数据拼接模块。系统自带的卫星影像处理模块可以方便地调用卫星地图,其加载速度快,延迟时间短。“系统”基于专网构建的监测查看平台,充分展示盐城市项目用海的实际使用情况。用户可通过专网计算机访问该系统。野外作业时,技术人员也可使用定制的便携终端访问浏览全部三维实景数据、点位周围遥感影像和权属发证数据。

1.5 数据更新和系统维护

“系统”配套装备时空定位的单兵高清三维实景采集装备,用于三维实景数据的全面自主化及时更新。配套数据加工、整理自主更新模块和影像地图自主更新模块,可实现数据处理流程的自动化,做到及时采集和入库更新。

2 系统特点

2.1 沿海高清三维实景数据全区域覆盖

车载式高清三维实景包括重点监测区域数据和海岸线数据,实现沿海高清三维实景数据全区域覆盖采集。采集数据涉及盐城沿海五县(市、区)共约10 000 km;单张三维实景影像采集像素达到1.5亿像素或者更高,重点监测点达到20亿像素以上超高清数据。高清三维实景的展示,使得观看者可以随时随地通过参与互动、漫游,身临其境地体验三维实景带来的视觉感受。

2.2 数据自主更新系统

系统配套单兵式高清三维实景自主采集模块及自主更新处理软件。单兵采集设备移动携带方便,操作简单,高清成像,采集任务流程自动化,遥控控制,静态三维实景分辨率最低可达:12 000×6 000,采集视角高度最高可达6～8 m左右,定位精度优于1 m,支持三维实景高清动态视频采集,视频分辨率可达6 000×3 000高清模式;三维实景采集工作,分批次或时间进行,同一区域可能因时间推移,而进行重复更新采集数据,系统配套的数据更新维护软件支持用户顺利完成更新工作并写入数据库系统。

3 应用展示

3.1 用海信息地图联动查询

实现三维实景与影像地图间的双向联动和方向示意,通过点击数据采集点,可对该区域进行实景及地图的浏览,展示盐城市项目用海的实际使用情况。野外作业时,技术人员海域现场通过便携终端快速查看所在位置的三维实景历史影像和基础数据及点位周围遥感影像、权属发证信息等,为海域管理人员、海监执法人员快速处理问题提供技术支持。

3.2 历史三维实景对比

通过采集不同时期的高清影像数据,使得系统中某一空间点存在多个时期三维实景数据,通过时间轴的操作,选择某一时期的三维实景进行查看,而且同时可以选择多个时期三维实景进行对比,掌握海域动态变化情况(图3)。

图3 历史全景对比示意图

4 结 语

(1)三维实景展示是一种全新的(网络)三维互动技术,是新一代互联网展示技术的核心。盐城市海域使用三维实景动态监测数据采集与处理系统,通过车载/单兵等三维实景采集设备,采集盐城市沿海地形地貌、岸线变迁、港口开发及海域滩涂开发等高清实景图像和影像信息,经加工整理,建立盐城市海域使用三维实景动态监视监测系统数据库,利用最新的软件开发技术和GIS技术,结合国家海域使用动态监管中心下发的最新海域遥感影像和国家海域使用动态监视监测系统发证数据,构建了一个基于Web的三维全景信息发布系统。

(2)该系统在盐城海域动态监管中得到较好应用,“系统”监测查看平台充分展示了盐城市海岸线开发保护和项目用海的实际使用情况。同时“系统”便携终端帮助海域管理人员、海监执法人员快速查看所在位置的三维实景历史影像和基础数据及点位周围遥感影像、权属发证等信息,为其处理相关问题提供了技术支持。

(3)系统的开发为海域使用动态监视监测、海监执法、海洋资源保护监测以及用海工程建设评估等工作提供了丰富的基础信息,也为决策、研判提供有力的信息保障。多源实景数据融合,包括低空高清三维实景及地面激光三维点云等多源数据融合将成为该系统下一步的发展方向。