本發(fā)明涉及圖像處理的技術領域，尤其涉及一種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法，以及利用遙感影像提取港口的裝卸設備的系統(tǒng)。

背景技術：

港口作為海上運輸?shù)闹匾M成部分，已經(jīng)越來越受到人們的重視，成為交通規(guī)劃的一個關鍵研究方向。而港口的規(guī)劃建設，需要獲取港口的各種地物及其位置。裝卸設備是港口最常見的物體，因此裝卸設備圖像的提取是一個非常重要的項目，值得投入大量的研發(fā)力量。

本發(fā)明中要提取的裝卸設備指的是集裝箱堆場碼頭前沿的裝卸設備，其在泊位范圍內，在影像上表現(xiàn)為存在白色小矩形區(qū)域作為一區(qū)分的特點。白色對象的特點可以使用亮邊緣影像的強度均值、亮度均值、面積、長寬比等特征進行提取。

在提取裝卸設備的時候，如果只使用亮度均值、面積、長寬比等特征，遇到那些與裝卸設備有相近特征閾值的對象時，就會這些對象錯分成裝卸設備，對提取的準確率有很大的影響。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是提供了一種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法，其不會把那些與裝卸設備有相近特征閾值的對象錯分成裝卸設備，提取的準確率大大提高。

本發(fā)明的技術方案是：這種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法，該方法包括以下步驟：

(1)從遙感影像的泊位對象中，通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象；

(2)對裝卸設備分割對象使用亮度均值特征，把較亮的對象提取出來；

(3)通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，從而把步驟(2)中提取出來的亮對象中的背景地面對象剔除；

(4)使用緊致度特征，把兩個裝卸設備之間的對象從步驟(3)得到的對象中剔除；

(5)合并步驟(4)中得到的影像對象，使用面積和長寬比特征來限制對象的大小，把面積較大和較小以及長寬比較大對象從步驟(4)中得到的影像對象類別中剔除，從而得到裝卸設備的類別對象。

本發(fā)明通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象，使用亮度均值特征把較亮的對象提取出來，通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，使用緊致度特征把兩個裝卸設備之間的對象剔除，使用面積和長寬比特征來限制對象的大小把面積較大和較小以及長寬比較大對象剔除，因此不會把那些與裝卸設備有相近特征閾值的對象錯分成裝卸設備，提取的準確率大大提高。

還提供了一種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

分割算法模塊，其配置來從遙感影像的泊位對象中，通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象；

亮對象提取模塊，其配置來對裝卸設備分割對象使用亮度均值特征，把較亮的對象提取出來；

第一剔除模塊，其配置來通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，從而把亮對象提取模塊中提取出來的亮對象中的背景地面對象剔除；

第二剔除模塊，其配置來使用緊致度特征，把兩個裝卸設備之間的對象從第一剔除模塊得到的對象中剔除；

第三剔除模塊，其配置來合并第二剔除模塊中得到的影像對象，使用面積和長寬比特征來限制對象的大小，把面積較大和較小以及長寬比較大對象從第二剔除模塊中得到的影像對象類別中剔除，從而得到裝卸設備的類別對象。

附圖說明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法的流程圖。

具體實施方式

裝卸設備的提取是在提取出泊位的基礎上完成的，而提取泊位使用的是泊位組矢量數(shù)據(jù)，它限定了裝卸設備提取的空間范圍，根據(jù)提取出來的裝卸設備數(shù)量進一步監(jiān)測其在泊位組的變化情況，就能夠掌握一定時期內港口集裝箱吞吐量趨勢以及了解新建集裝箱堆場的運行狀況。

如圖1所示，這種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法，該方法包括以下步驟：

(1)從遙感影像的泊位對象中，通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象。由于裝卸設備的白色小矩形的面積相對較小，原有的分割尺度分割出來的泊位對象不能把每個白色的矩形都分割為獨立的對象，因此通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象。

(2)對裝卸設備分割對象使用亮度均值特征，把較亮的對象提取出來。

(3)通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，從而把步驟(2)中提取出來的亮對象中的背景地面對象剔除。由于裝卸設備的白色小矩形與其背景地面邊緣明顯，因此使用邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征能夠很好的區(qū)分它們。

(4)使用緊致度特征，把兩個裝卸設備之間的對象從步驟(3)得到的對象中剔除。由于裝卸設備可能相鄰較近，上述步驟中的特征參數(shù)不能把其分離開，可以使用緊致度特征，把兩個裝卸設備之間的對象從步驟3得到的對象中剔出出來。緊致度特征描述了一個影像對象的緊致程度。該特征是基于面積的特征。一個影像對象越緊致，它的邊界就表現(xiàn)得越小。

(5)合并步驟(4)中得到的影像對象，由于裝卸設備有一定的大小范圍的，因此可以使用面積和長寬比特征來限制對象的大小，把面積較大和較小以及長寬比較大對象從步驟(4)中得到的影像對象類別中剔除，從而得到裝卸設備的類別對象。

本發(fā)明通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象，使用亮度均值特征把較亮的對象提取出來，通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，使用緊致度特征把兩個裝卸設備之間的對象剔除，使用面積和長寬比特征來限制對象的大小把面積較大和較小以及長寬比較大對象剔除，因此不會把那些與裝卸設備有相近特征閾值的對象錯分成裝卸設備，提取的準確率大大提高。

另外，所述步驟(1)中，分割的尺度參數(shù)設置為20。

另外，所述步驟(2)中，亮度均值根據(jù)公式(1)獲得

其中，是影像層k的亮度權重，K是用于計算的影像層k的數(shù)目，w^B是用于計算的所有影像層k的亮度權重的總和，是影像對象v在影像層k中的強度均值，是影像層k中最暗的可能強度值，是影像層k中最亮的可能強度值。

另外，所述步驟(4)中，緊致度為取值范圍是[0，∞]，

其中，l_v是一個影像對象v的長度，w_v是一個影像對象v的寬度，#P_v是在P_v中包含的像元總數(shù)。

另外，所述步驟(5)中，面積通過公式(2)計算

A_v＝#P_v×u²取值范圍是[0,場景大小] (2)

其中，A_v是影像對象v的面積，#P_v是在P_v中包含的像元總數(shù)，u是坐標系統(tǒng)單位的像元大小。

另外，所述步驟(5)中，長寬比是一個影像對象的長寬之比，通過公式(3)、(4)、(5)來獲得：

取值范圍是[0,∞] (5)

其中，#P_v是一個影像對象v的像元集合大小，λ₁λ₂是特征值，是特征值方式計算的影像對象v的長寬比，是邊界框方式計算的影像對象v的長寬比，γ_v是影像對象v的長寬比，a是邊界框的填充率，w是影像層權重，

更進一步地，ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個可伸縮的、全面的GIS平臺。ArcObjects包含了大量的可編程組件，從細粒度的對象(例如單個的幾何對象)到粗粒度的對象(例如與現(xiàn)有ArcMap文檔交互的地圖對象)涉及面極廣，這些對象為開發(fā)者集成了全面的GIS功能。每一個使用ArcObjects建成的ArcGIS產(chǎn)品都為開發(fā)者提供了一個應用開發(fā)的容器，包括桌面GIS(ArcGIS Desktop)，嵌入式GIS(ArcGIS Engine)以及服務GIS(ArcGIS Server)。

常規(guī)的含有GIS空間的業(yè)務數(shù)據(jù)(主要是目前流行的ArcGIS數(shù)據(jù)格式)在進行數(shù)據(jù)維護編輯時(主要是增刪改查)，目前主要有兩種方式進行空間及屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理控制：

一、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System或Geo－Information system，GIS)有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。

二、所謂MIS(管理信息系統(tǒng)--MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM)系統(tǒng)，主要指的是進行日常事務操作的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要用于管理需要的記錄，并對記錄數(shù)據(jù)進行相關處理，將處理的信息及時反映給管理者的一套網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。

開發(fā)網(wǎng)站的過程中，如果以傳統(tǒng)MIS開發(fā)方式進行相關服務及接口的設計工作，在設計上由于不對GIS數(shù)據(jù)的特殊性多加考慮，往往在開發(fā)實現(xiàn)過程中會在調用MIS組件的同時調用GIS組件，針對同一對象的操作往往同時將會脫離出事務機制的控制。對最終數(shù)據(jù)造成不可預知的隱患。

因此，本發(fā)明還提供了基于利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法的一種兼容ArcGIS的空間及屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一控制方法，其包括數(shù)據(jù)庫層面、數(shù)據(jù)訪問層面、前端展示層面；

在數(shù)據(jù)庫層面，針對具備空間數(shù)據(jù)的實體，在增加自定義空間類別的同時，增添字符類型的WKT字段，該字段作為自定義空間類別字段的WKT形式的冗余；針對數(shù)據(jù)信息的創(chuàng)建，通過編寫存儲過程在包含WKT字段的記錄執(zhí)行創(chuàng)建時，執(zhí)行WKT與自定義類別數(shù)據(jù)的同步工作；針對編輯更新操作，通過編寫存儲過程對自定義類別數(shù)據(jù)字段進行同步更新；針對刪除操作，通過數(shù)據(jù)庫自有功能進行刪除；針對查詢操作，分為空間查詢、屬性查詢、空間屬性混合查詢三種形式，其中屬性查詢是非空間字段的條件查詢；

在數(shù)據(jù)訪問層面，通過原生SQL或ORM方式進行數(shù)據(jù)庫操作；

在前端展示層面，將用戶繪制的圖形轉換為WKT形式的字符串傳遞到數(shù)據(jù)庫。

該方法統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫設計，綜合考慮GIS與MIS數(shù)據(jù)存儲，在一定要求的前提下以成熟的傳統(tǒng)的方式進行數(shù)據(jù)庫設計工作，因此能夠避免GIS與MIS數(shù)據(jù)設計分離的現(xiàn)象；本發(fā)明統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫訪問及操作機制，兼容流行的SQL及ORM訪問操作方式，因此支持事務等數(shù)據(jù)庫所有特性；本發(fā)明在進行業(yè)務數(shù)據(jù)操作的同時，可以業(yè)務事件等方式進行相關業(yè)務事件觸發(fā)，因此增強GIS業(yè)務操作業(yè)務復雜度，靈活度高；本發(fā)明在開發(fā)過程中，只需要普通的MIS開發(fā)人員在較少的GIS業(yè)務知識背景下即可進行GIS及MIS&GIS混合等方式的GIS系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)框架無GIS組件及版本依賴；本發(fā)明所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品與ArcGIS軟件產(chǎn)品兼容，因此可通過ArcGIS軟件進行數(shù)據(jù)再次編輯維護、服務發(fā)布等工作。

本領域普通技術人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，包括上述實施例方法的各步驟，而所述的存儲介質可以是：ROM/RAM、磁碟、光盤、存儲卡等。因此，與本發(fā)明的方法相對應的，本發(fā)明還同時包括一種利用遙感影像提取港口的裝卸設備的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常以與方法各步驟相對應的功能模塊的形式表示。使用該方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

分割算法模塊，其配置來從遙感影像的泊位對象中，通過小尺度的分割來提取裝卸設備分割對象；

亮對象提取模塊，其配置來對裝卸設備分割對象使用亮度均值特征，把較亮的對象提取出來；

第一剔除模塊，其配置來通過邊緣提取算法生成的亮邊緣影像的強度均值特征區(qū)分亮對象和背景地面對象，從而把亮對象提取模塊中提取出來的亮對象中的背景地面對象剔除；

第二剔除模塊，其配置來使用緊致度特征，把兩個裝卸設備之間的對象從第一剔除模塊得到的對象中剔除；

第三剔除模塊，其配置來合并第二剔除模塊中得到的影像對象，使用面積和長寬比特征來限制對象的大小，把面積較大和較小以及長寬比較大對象從第二剔除模塊中得到的影像對象類別中剔除，從而得到裝卸設備的類別對象。

還提供了基于利用遙感影像提取港口的裝卸設備的方法的一種兼容ArcGIS的空間及屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)庫，其配置來針對具備空間數(shù)據(jù)的實體，在增加自定義空間類別的同時，增添字符類型的WKT字段，該字段作為自定義空間類別字段的WKT形式的冗余；針對數(shù)據(jù)信息的創(chuàng)建，通過編寫存儲過程在包含WKT字段的記錄執(zhí)行創(chuàng)建時，執(zhí)行WKT與自定義類別數(shù)據(jù)的同步工作；針對編輯更新操作，通過編寫存儲過程對自定義類別數(shù)據(jù)字段進行同步更新；針對刪除操作，通過數(shù)據(jù)庫自有功能進行刪除；針對查詢操作，分為空間查詢、屬性查詢、空間屬性混合查詢三種形式，其中屬性查詢是非空間字段的條件查詢；

數(shù)據(jù)訪問模塊，其配置來通過原生SQL或ORM方式進行數(shù)據(jù)庫操作；

前端展示模塊，其配置來將用戶繪制的圖形轉換為WKT形式的字符串傳遞到數(shù)據(jù)庫。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術方案的保護范圍。