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基于声呐系统的全新海洋探测与目标跟踪技术

基于声呐系统的全新海洋探测与目标跟踪技术

长期以来,海洋测绘一直是海洋研究的前沿领域之一。伴随着近年间我国“海洋强国”和“海上丝绸之路”等相关战略的陆续实施,海洋测绘更是已成为目前挖掘海洋经济的重要手段与海洋开发过程中的首要生产力。   在此背景下,用于海洋测绘的高新技术手段——水下目标的实时三维可视化探测与跟踪技术也具备了极大的商业和军事价值,在快速收集分析水下环境信息,为水下运动和作业提供指导的同时,更能够助力实现海洋环境的充分开发利用。   考虑到单波束测深系统获取海底地形需要密集布线,测量效率低成本高,多波束测深系统虽然能够同时获取批量测深数据,但价格昂贵且操作复杂,本方案以目前海洋测绘广泛应用的声呐数据为目标数据源,综合利用几何校正、影像特征点匹配及平差计算、地理编码、伪彩色处理、二维高度图生成、三维点云图像生成、声呐图像三维重构、目标物提取与跟踪等技术,高效实现海洋测绘过程中海底探测目标的精确三维重建与相关信息获取。        方案原理   本方案详细技术流程如下文所述。   声呐探测   声呐探测系统通常通过安装在探测设备左右两侧的换能器向外发射扇形声波来获取海底声学影像。声呐设备工作时,首先由换能器向垂直于航向方向的左右两岸各发射一个扇形脉冲,脉冲水平波束宽度较小,垂直波束宽度较大,以球面波的形式向外传播,碰到海底或水中物体后即产生散射,其中反射波及后向散射波会按照原传播路线传播并被接收换能器接收,随后通过换能器转换成一系列幅度大小不等的电脉冲串作为海洋探测的原始数据。   同时,考虑到声呐数据采集过程中海水对声波的吸收、散射作用以及声波的扩散使得声波在海水中传播时随着距离的增大其反向散射强度逐渐衰减,声呐硬件需配备相应增益补偿措施。   海底线检测   作为声呐图像中表征拖鱼至海底高度变化的线,海底线既是声呐横向增益的起始线,也是几何校正的基准线,因此正确地进行海底线精确检测是声呐图像数据预处理的关键一步。   声呐数据校正   声呐系统在实际工作过程中,图像变形、信号衰减、投影不稳定、航向及旁向姿态、航速、倾斜距离改正等多方面因素均会影响声呐数据获取的准确性并导致图像的几何畸变,需要从相对定向、控制场绝对定向、地理编码等三个方面来实现声呐图像的几何校正。   相对定向   依据同名光线共面原则,通过光学机械法、解析法恢复光束间相对方位,并通过恢复出的结果对原始图像进行斜距校正,从而正确表征海底目标物的真实形状与尺寸。        控制场绝对定向   对已完成相对定向的声呐图像进行旋转平移操作,使其与实际地理坐标数据相匹配,从而在声呐图像中建立起地面坐标系统并查找控制点完成声呐图像的绝对定向。同时,利用视差分布情形所提供的线索,通过对两个声呐探测器的调整来建立声呐数据的立体模型。        地理编码   将斜距改正后的侧扫声呐声图根据其航行轨迹投射到实际地理坐标系中,将各种变形综合考虑,使声图纵横比相等,消除走航造成的几何变形。        声呐图像坐标转换   要实现从二维侧扫声呐到三维图像的重建,必须明确了解三维目标物映射到二维声呐图像上的映射流程,本方案借鉴相机投影原理来推导出二维声呐图像坐标系与三维空间坐标系之间的转换关系,明确从三维目标物到声呐图像的坐标转换主要包括:从三维世界坐标系向三维声呐坐标系的刚体转换、三维声呐坐标系向理想成像坐标系的转换以及理想成像坐标系向实际成像坐标系的转换等三大步骤。   三维点云实时显示与快速刷新   在明确三维世界坐标系与二维声呐图像质检的坐标转换关系后,可利用点云库生成三维点云数据并进行显示。自主优化研发的点云显示及管理库可以实现大批量点云数据的高效显示、漫游优化及管理分析功能,目前在倾斜三维、激光遥感以及虚拟现实等领域均得到广泛应用。   基于回波信息的水下目标物三维重构   基于获取的描述目标物外侧形状的回波信息,本方案首先通过图像处理手段,先后得到一幅二维声呐亮度图以及一幅二维声呐高度图,然后通过前期推导出的二维声呐图像坐标系与三维空间坐标系之间的转换关系,利用点云库生成水下目标物的三维点云图像,从而最终实现基于回波信息的水下目标物三维重构。        GIS空间分析   基于探测目标点云数据重构的三维模型成果进行点位坐标量测、距离量测、面积量测、土方量量测等GIS空间分析应用。   经过以上方案作业原理的详细技术解析以及实际项目应用,航天远景基于声呐系统的全新海洋探测与目标跟踪技术可行性已得到充分验证,后续航天远景还将顺应海洋测绘行业发展需求,持续进行水下多源多传感器信息融合与高效数据处理研究,在全面赋能海洋测绘发展的同时,结合已有航测遥感相关成果,构建自主研发的海陆空一体化的地理信息获取与处理项目体系。   ~长期以来,海洋测绘一直是海洋研究的前沿领域之一。伴随着近年间我国“海洋强国”和“海上丝绸之路”等相关战略的陆续实施,海洋测绘更是已成为目前挖掘海洋经济的重要手段与海洋开发过程中的首要生产力。   在此背景下,用于海洋测绘的高新技术手段——水下目标的实时三维可视化探测与跟踪技术也具备了极大的商业和军事价值,在快速收集分析水下环境信息,为水下运动和作业提供指导的同时,更能够助力实现海洋环境的充分开发利用。   考虑到单波束测深系统获取海底地形需要密集布线,测量效率低成本高,多波束测深系统虽然能够同时获取批量测深数据,但价格昂贵且操作复杂,本方案以目前海洋测绘广泛应用的声呐数据为目标数据源,综合利用几何校正、影像特征点匹配及平差计算、地理编码、伪彩色处理、二维高度图生成、三维点云图像生成、声呐图像三维重构、目标物提取与跟踪等技术,高效实现海洋测绘过程中海底探测目标的精确三维重建与相关信息获取。   方案原理   本方案详细技术流程如下文所述。   声呐探测   声呐探测系统通常通过安装在探测设备左右两侧的换能器向外发射扇形声波来获取海底声学影像。声呐设备工作时,首先由换能器向垂直于航向方向的左右两岸各发射一个扇形脉冲,脉冲水平波束宽度较小,垂直波束宽度较大,以球面波的形式向外传播,碰到海底或水中物体后即产生散射,其中反射波及后向散射波会按照原传播路线传播并被接收换能器接收,随后通过换能器转换成一系列幅度大小不等的电脉冲串作为海洋探测的原始数据。   同时,考虑到声呐数据采集过程中海水对声波的吸收、散射作用以及声波的扩散使得声波在海水中传播时随着距离的增大其反向散射强度逐渐衰减,声呐硬件需配备相应增益补偿措施。   海底线检测   作为声呐图像中表征拖鱼至海底高度变化的线,海底线既是声呐横向增益的起始线,也是几何校正的基准线,因此正确地进行海底线精确检测是声呐图像数据预处理的关键一步。   声呐数据校正   声呐系统在实际工作过程中,图像变形、信号衰减、投影不稳定、航向及旁向姿态、航速、倾斜距离改正等多方面因素均会影响声呐数据获取的准确性并导致图像的几何畸变,需要从相对定向、控制场绝对定向、地理编码等三个方面来实现声呐图像的几何校正。   相对定向   依据同名光线共面原则,通过光学机械法、解析法恢复光束间相对方位,并通过恢复出的结果对原始图像进行斜距校正,从而正确表征海底目标物的真实形状与尺寸。   控制场绝对定向   对已完成相对定向的声呐图像进行旋转平移操作,使其与实际地理坐标数据相匹配,从而在声呐图像中建立起地面坐标系统并查找控制点完成声呐图像的绝对定向。同时,利用视差分布情形所提供的线索,通过对两个声呐探测器的调整来建立声呐数据的立体模型。   地理编码   将斜距改正后的侧扫声呐声图根据其航行轨迹投射到实际地理坐标系中,将各种变形综合考虑,使声图纵横比相等,消除走航造成的几何变形。   声呐图像坐标转换   要实现从二维侧扫声呐到三维图像的重建,必须明确了解三维目标物映射到二维声呐图像上的映射流程,本方案借鉴相机投影原理来推导出二维声呐图像坐标系与三维空间坐标系之间的转换关系,明确从三维目标物到声呐图像的坐标转换主要包括:从三维世界坐标系向三维声呐坐标系的刚体转换、三维声呐坐标系向理想成像坐标系的转换以及理想成像坐标系向实际成像坐标系的转换等三大步骤。   三维点云实时显示与快速刷新   在明确三维世界坐标系与二维声呐图像质检的坐标转换关系后,可利用点云库生成三维点云数据并进行显示。自主优化研发的点云显示及管理库可以实现大批量点云数据的高效显示、漫游优化及管理分析功能,目前在倾斜三维、激光遥感以及虚拟现实等领域均得到广泛应用。   基于回波信息的水下目标物三维重构   基于获取的描述目标物外侧形状的回波信息,本方案首先通过图像处理手段,先后得到一幅二维声呐亮度图以及一幅二维声呐高度图,然后通过前期推导出的二维声呐图像坐标系与三维空间坐标系之间的转换关系,利用点云库生成水下目标物的三维点云图像,从而最终实现基于回波信息的水下目标物三维重构。   GIS空间分析   基于探测目标点云数据重构的三维模型成果进行点位坐标量测、距离量测、面积量测、土方量量测等GIS空间分析应用。   经过以上方案作业原理的详细技术解析以及实际项目应用,航天远景基于声呐系统的全新海洋探测与目标跟踪技术可行性已得到充分验证,后续航天远景还将顺应海洋测绘行业发展需求,持续进行水下多源多传感器信息融合与高效数据处理研究,在全面赋能海洋测绘发展的同时,结合已有航测遥感相关成果,构建自主研发的海陆空一体化的地理信息获取与处理项目体系。
发布时间: : 2020-12-11 浏览量 : 0
实景三维新应用之国土综合整治

实景三维新应用之国土综合整治

作为履行自然资源“两统一“职责、实施国土空间规划的重要平台抓手,全域士地综合整治对于贯彻习近平生态文明思想、助力乡村振兴战略的实现具有重要意义。2019年12月,自然资源部正式发布了《关于开展全域土地综合整治试点工作的通知》,提出以科学规划为前提,对闲置、利用低效、生 态退化及环境破坏的区域实施国土空间综合治理的活动,并实现全国到2020年建设300个、到2022年建设1000个土地综合整治示范村镇的目标。  在此背景下,航天远景依据自主研发的三维建模与发布应用技术,搭建出一套功能完备的实景三维全域国土综合整治平台,助力实现直观有序的国土空间开发活动。  (1)360度全域实景三维场景漫游导览自定义路线、速度、高度与角度的全域实景三维漫游,帮助用户全面感知项目区域大范围复杂场景,直观查看周边地物外观属性,河总览最终规划成果。  (2)目区功能分区、整治分区按照区域功能属性对项目区域进行分区,或按照地类整治类型实现项目整治分区,划分山林、水域等生态修复区、农地、矿山等综合整治区并叠加相应属性图斑,实现图斑属性在线检索。  项目区功能分区  项目区整治分区   (3)全面的场景量测分析  配备全面模型基础量测与丰富应用分析功能,辅助进行精确的场景量测与规划。  (4)国士空间规划  基于原有倾斜三维场景叠加人工三维模型,实现项目区域城镇住宅用地、耕地、工业用地、公用设施用地、公园与绿地、科教文卫用 地、林带、林地、农村宅基地、商业服务设施、特殊用地等众多地类的规划模拟与展示。  截至目前,土地综合整治工作已在全国范围稳步开展,面对繁重的后续土地空间开发利用工作与种种挑战,航天远景将以自主构建的实影三维全域国士综合整治平台为依托,综合区域的经济社会发展目标和生态环境保护要求,对国士空间的开发、利用、整治和保护进行综合性战略部署,实现土地资源合理配置,助力山水林田湖草系统统筹治理,建设美丽生态国土总平台。
发布时间: : 2020-09-01 浏览量 : 0
实景三维新应用之智慧安保

实景三维新应用之智慧安保

为满足各类活动、赛事、会议的严格安保需求,构建智慧化的公共场馆安保体系,航天远景以精细三维场景为基础,定制开发三维导览、场景漫游、监控视频融合管控、重点活动预案、人脸、车辆识别以及制高、封控分析等全面安防维稳相关功能,打造智能化、全鈁位的区域全息三维实景防控系统。三维导览,璟漫游  实现基于实景三维的全域三维导览,并自主规划线路,设定高度、角度以及速度进行沿路径的三维漫游,对项目区域进行全方位巡视。  全景视频融合  批量接入实时视频监控并与三维场景无缝融合,视频全方位贴合三维场景进行展示,打造流动的三维全景监控效果。用户可一眼通览全域实时动态,有效消除所有视频育区。  点活动安防预案  基于三维模型挂接全面的场地、单位、人员、重点部位安防相关属性信息与文档资料,为洛类重点活动提供详细的安防预案。    人脸、车辆智能识别  项目区域内监控中的人员和车辆进行智能识别并自动核查比对,同时提取保存人员及车辆特征信息,追踪活动轨迹,针对可疑对象进行预警。     热力地图生成  引入热力地图叠加三维场景生成实时人流数据模型,展示项目区域的人口密度和流量变化特征,为关键场地、道路人员的分流疏导提供策支持,有效助力区域内人流管理与安保工作。    场地三维量测与制高、封控分析  对场地进行点位坐标、距离、面积等全面的精确量测,配合制高点与封控线分析,帮助快速掌握优势地形,执行严格的安保防守。     运用先进的物联网技术,链接全域卡口、视频监控、烟感等前端感知设备;引入深度学习与人工智能算法,实现自动化的人脸、车辆识别与轨迹追踪;再配合纵览全局的三维场景构建,航天远景方才打造出该项集人工智能、物联网、大数据等前沿科技于-身的全息三维实景防控系统。不仅帮助用户科学分配安保力量,严密安全防控,降低安保及警力成本,实现项目区域与安防系统“一体化”,更成功为军运会多场赛事全程保驾护航。  伴随着近年来实景三维应用领域的逐渐拓展,航天远景实景三维解决方案已成功应用于公安、安防、交通、城市规划、智慧城市建设、国土后备资源调查等多个领域。同时,为迎合不同场景下的项目应用需求,航天远景增值应用服务中心也将不断进行特色项目多方向定制化开发。后续我们也将对此一进行介绍,欢迎感兴趣的朋友及合作伙伴持续关注。
发布时间: : 2020-07-03 浏览量 : 0
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