本發(fā)明屬于屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
3“s”技術(shù)是遙感(remotesensing，rs)、地理信息系統(tǒng)(geographicinformationsystem，gis)和全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，gps)的有機(jī)結(jié)合。因?yàn)檫@三個(gè)概念的英文中都有一個(gè)以“s”開頭的字母，所以簡(jiǎn)稱3“s”技術(shù)。3“s”技術(shù)以地理信息系統(tǒng)為核心，構(gòu)成了對(duì)空間數(shù)據(jù)采集、更新、處理、分析及為各種實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)決策咨詢的強(qiáng)大技術(shù)體系。
rs能高效地獲取大面積的地面信息，gis具有強(qiáng)大的空間查詢、分析和綜合處理能力；gps能快速地給出監(jiān)測(cè)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。因此，可以將gis看作中樞神經(jīng)，遙感看作傳感器，gps看作定位器。rs技術(shù)是指從不同高度的遙感平臺(tái)，使用不同遙感傳感器收集地物的電磁波信息，再將其傳輸?shù)降孛娌⒓右苑治鎏幚?，從而達(dá)到對(duì)地物的識(shí)別與監(jiān)測(cè)的全過(guò)程。gis技術(shù)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，實(shí)時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。gps是現(xiàn)代進(jìn)行導(dǎo)航和定位的一種最科學(xué)的方法。地理位置或地理坐標(biāo)是空間資料中必須具有的重要信息，它是建立在無(wú)線電定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，以測(cè)距為基本觀測(cè)量，可同時(shí)通過(guò)多顆衛(wèi)星進(jìn)行距離測(cè)量來(lái)計(jì)算目標(biāo)的位置。
核電站發(fā)生泄漏事故后，進(jìn)行信息提取的首要條件是采用科學(xué)合理的手 段處理空間維度和時(shí)間維度的數(shù)據(jù)，使之形成核事故信息提取的可靠數(shù)據(jù)源。作為實(shí)時(shí)、客觀獲取空間信息的手段，遙感(rs)和全球定位系統(tǒng)(gps)成為地理信息系統(tǒng)(gis)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，而通過(guò)gis對(duì)其獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以提取各種有用的信息，以進(jìn)行決策支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種解決基于空間信息技術(shù)的核事故發(fā)生、發(fā)展和趨勢(shì)信息提取的問(wèn)題的一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法，包括以下步驟：
步驟一，建立多源數(shù)據(jù)集；
步驟二，標(biāo)準(zhǔn)化空間數(shù)據(jù)；
步驟三，核事故的空間維信息提取與分析；
步驟四，核事故的時(shí)間維信息提取與分析。
所述步驟一包括以下步驟：
首先，建立gis空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，
所述gis空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)包括四類數(shù)據(jù)：
第一類為基礎(chǔ)地理信息，包括行政區(qū)劃、水系、地理標(biāo)注、地形和氣候；
第二類為核設(shè)施信息，包括土工建筑分布、周邊環(huán)境、土地利用分類和人員分布等數(shù)據(jù)；
第三類是多媒體信息集，主要是核電站典型地物的現(xiàn)場(chǎng)圖片；
第四類數(shù)據(jù)主要為經(jīng)過(guò)對(duì)基礎(chǔ)信息處理而得的其他數(shù)據(jù)，包括數(shù)字高程模型dem和歸一化植被指數(shù)ndvi；
其次，建立rs影像數(shù)據(jù)集，通過(guò)對(duì)高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，并進(jìn)行圖像處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)制圖，得到彩色核設(shè)施毀損 程度解譯圖和事故發(fā)展過(guò)程遙感解譯圖，為核事故研究提供依據(jù)
最后，建立gps地理位置信息。通過(guò)跟蹤有關(guān)信息，收集各種渠道來(lái)源的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行位置信息的定位，獲取了核事故發(fā)生后，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)得到的輻射值位置信息。
所述步驟二標(biāo)準(zhǔn)化空間數(shù)據(jù)為對(duì)輻射值數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)比分析輻射值數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)的離散化程度很高，屬于離散奇異樣本數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。
所述步驟三核事故的空間維信息提取與分析包括以下步驟：
首先，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的查詢與量算，基于所建立的核事故空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行圖形和屬性的互查，在整理核事故各方面材料時(shí)，事故信息涉及三方面空間量算：方位量算、距離量算和質(zhì)心量算；
其次，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，對(duì)核事故信息的各個(gè)主題層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)層，結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性，不僅在視覺(jué)信息上，幫助獲取豐富的空間信息，而且疊加后屬性信息上更加利于對(duì)比分析，挖掘深層的事故信息；
接著，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，核泄漏事故發(fā)生后，采用空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析，可以確定泄漏的影響范圍，緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)層結(jié)合行政規(guī)劃、人口分布和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等其他因素圖層，可以評(píng)估核事故的影響程度；
最后，采用趨勢(shì)面模型提取空間維信息。結(jié)合數(shù)學(xué)曲面模擬核事故后輻射泄漏在空間上的分布及變化趨勢(shì)，得到輻射擴(kuò)散的詳細(xì)現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢(shì)與規(guī)律。
所述步驟四核事故的時(shí)間維信息提取與分析主要采用時(shí)間序列分析模型提取時(shí)間維信息，一維時(shí)間的本質(zhì)為事件發(fā)生的序列，核泄漏事件序列直接表明地理事件語(yǔ)義。
本發(fā)明的有益效果是：
1.在建立核事故數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，從空間維和時(shí)間維兩方面，設(shè)計(jì)了空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法、查詢和量算、疊置分析、緩沖區(qū)分析和趨勢(shì)面分析以及復(fù)合上時(shí)間維數(shù)據(jù)下的時(shí) 間序列分析模型；
2.發(fā)明所提出的3“s”的綜合技術(shù)方法，已在日本福島核泄漏事故信息提取中得到顯著應(yīng)用，證明這一方法在核事故多種信息提取中所發(fā)揮巨大的作用，為分析事故、搶險(xiǎn)救災(zāi)、組織疏散和應(yīng)急演練都提供了定量化的評(píng)價(jià)結(jié)論，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。
附圖說(shuō)明
圖1是一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法進(jìn)行進(jìn)一步的介紹：
一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法，包括以下步驟：
步驟一，建立多源數(shù)據(jù)集；
步驟二，標(biāo)準(zhǔn)化空間數(shù)據(jù)；
步驟三，核事故的空間維信息提取與分析；
步驟四，核事故的時(shí)間維信息提取與分析。
所述步驟一包括以下步驟：
首先，建立gis空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，
所述gis空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)包括四類數(shù)據(jù)：
第一類為基礎(chǔ)地理信息，包括行政區(qū)劃、水系、地理標(biāo)注、地形和氣候；
第二類為核設(shè)施信息，包括土工建筑分布、周邊環(huán)境、土地利用分類和人員分布等數(shù)據(jù)；
第三類是多媒體信息集，主要是核電站典型地物的現(xiàn)場(chǎng)圖片；
第四類數(shù)據(jù)主要為經(jīng)過(guò)對(duì)基礎(chǔ)信息處理而得的其他數(shù)據(jù)，包括數(shù)字高程模型dem和歸一化植被指數(shù)ndvi；
其次，建立rs影像數(shù)據(jù)集，通過(guò)對(duì)高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，并進(jìn)行圖像處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)制圖，得到彩色核設(shè)施毀損 程度解譯圖和事故發(fā)展過(guò)程遙感解譯圖，為核事故研究提供依據(jù)
最后，建立gps地理位置信息。通過(guò)跟蹤有關(guān)信息，收集各種渠道來(lái)源的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行位置信息的定位，獲取了核事故發(fā)生后，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)得到的輻射值位置信息。
所述步驟二標(biāo)準(zhǔn)化空間數(shù)據(jù)為對(duì)輻射值數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)比分析輻射值數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)的離散化程度很高，屬于離散奇異樣本數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。
所述步驟三核事故的空間維信息提取與分析包括以下步驟：
首先，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的查詢與量算，基于所建立的核事故空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行圖形和屬性的互查，在整理核事故各方面材料時(shí)，事故信息涉及三方面空間量算：方位量算、距離量算和質(zhì)心量算；
其次，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，對(duì)核事故信息的各個(gè)主題層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)層，結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性，不僅在視覺(jué)信息上，幫助獲取豐富的空間信息，而且疊加后屬性信息上更加利于對(duì)比分析，挖掘深層的事故信息；
接著，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，核泄漏事故發(fā)生后，采用空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析，可以確定泄漏的影響范圍，緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)層結(jié)合行政規(guī)劃、人口分布和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等其他因素圖層，可以評(píng)估核事故的影響程度；
最后，采用趨勢(shì)面模型提取空間維信息。結(jié)合數(shù)學(xué)曲面模擬核事故后輻射泄漏在空間上的分布及變化趨勢(shì)，得到輻射擴(kuò)散的詳細(xì)現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢(shì)與規(guī)律。
所述步驟四核事故的時(shí)間維信息提取與分析主要采用時(shí)間序列分析模型提取時(shí)間維信息，一維時(shí)間的本質(zhì)為事件發(fā)生的序列，核泄漏事件序列直接表明地理事件語(yǔ)義。
本發(fā)明主要解決的是基于空間信息技術(shù)的核事故發(fā)生、發(fā)展和趨勢(shì)信息 提取的問(wèn)題。采用gis建立核事故信息的空間和時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)對(duì)高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，通過(guò)計(jì)算機(jī)制圖，得到彩色核設(shè)施毀損程度解譯圖和事故發(fā)展過(guò)程遙感解譯圖；通過(guò)收集各種渠道來(lái)源的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行位置信息的定位，獲取核事故發(fā)生后，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)輻射值的位置信息。
建立多源數(shù)據(jù)集
采用e-r模型即實(shí)體-聯(lián)系模型。核事故數(shù)據(jù)庫(kù)的建立由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分組成，空間數(shù)據(jù)反映輻射數(shù)據(jù)的位置、分布情況及相關(guān)周邊因素的拓?fù)潢P(guān)系，如幾何特征、比例尺、控制點(diǎn)和大地坐標(biāo)等；屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括，核事故輻射值監(jiān)測(cè)點(diǎn)的id、地理位置、輻射值、監(jiān)測(cè)時(shí)間和備注信息。建立rs影像數(shù)據(jù)集。rs影像數(shù)據(jù)集包括三部分：第一是目視解譯，充分利用某些時(shí)效性較高的遙感影像，快速得到核事故發(fā)生發(fā)展情況。第二是采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，通過(guò)幾何糾正、輻射校正、圖像增強(qiáng)、圖像分類和圖像融合技術(shù)，提取出專題圖。第三是結(jié)合目視解譯、計(jì)算機(jī)解譯和現(xiàn)場(chǎng)圖片，得出核事故遙感綜合解譯圖。建立gps地理位置信息。按照規(guī)范格式整理各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)緯度信息。
標(biāo)準(zhǔn)化空間數(shù)據(jù)
采用以10為底的對(duì)數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)輻射值數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。式中，是原始獲取的輻射值，是經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理的輻射值。
核事故的空間維信息提取與分析，以“a核電站1號(hào)機(jī)組以西約1.1公里的西門附近每小時(shí)輻射值為351.4微西弗”為例。信息中“以西”表達(dá)了地物對(duì)象之間的方位，給定定位參考，令pi為目標(biāo)p的點(diǎn)(p為原坐標(biāo))，qj為目標(biāo)q的點(diǎn)(q為參考坐標(biāo))，x(pi)與y(pi)函數(shù)返回點(diǎn)pi的x、y坐標(biāo)。信息中“1.1公里”表達(dá)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離信息，設(shè)“1號(hào)機(jī)組”為目標(biāo)p(xp,yp)，“西門”為參考q(xq,yq)，則兩點(diǎn)之間的平面距離為：
對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，分為三種疊置方法：點(diǎn)面疊置、線面疊置和面面疊置(表1)。
對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析。選取柵格數(shù)據(jù)，進(jìn)行核物質(zhì)擴(kuò)散和推移的計(jì)算，得到一定范圍內(nèi)每個(gè)柵格單元的核污染強(qiáng)度。計(jì)算公式為：bi＝{x:d(x,oi)≤r}，即對(duì)象oi的半徑為r的緩沖區(qū)為距oi的距離d小于r的全部點(diǎn)的集合。
表1核事故信息提取中使用的空間疊置方法
結(jié)合數(shù)學(xué)曲面模擬核事故后輻射泄漏在空間上的分布及變化趨勢(shì)，將得到輻射擴(kuò)散的詳細(xì)現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢(shì)與規(guī)律。以輻射值為因變量z，地理位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為自變量x、y。進(jìn)行趨勢(shì)面分析并對(duì)趨勢(shì)面方程進(jìn)行適度f(wàn)檢驗(yàn)。則有zi(xi,yi)＝zi(xi,yi)+εi。式中，zi(xi,yi)為實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，zi(xi,yi)為趨勢(shì)值擬合值，εi為殘差值。當(dāng)輻射值位置(xi,yi)在空間上變動(dòng)時(shí)，上式刻畫了核物質(zhì)泄漏在實(shí)際位置上的互動(dòng)規(guī)律。
核事故的時(shí)間維信息提取與分析方法，由于收集數(shù)據(jù)的不完整性，個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)或者時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺失，采用時(shí)間序列預(yù)測(cè)法，將預(yù)測(cè)目標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)按照時(shí)間的順序排列稱為時(shí)間序列，然后分析隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，外推預(yù)測(cè)目標(biāo)的未來(lái)值。這樣，就把影響預(yù)測(cè)輻射值變化的因素，由時(shí)間綜合起來(lái)描述。結(jié)合數(shù)據(jù)實(shí)際，對(duì)常用的平滑法、趨勢(shì)線法、季節(jié)性指數(shù)法、自回歸法等時(shí)間序列分析方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，選取一次指數(shù)平滑方法，能夠合 理地描述輻射值的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)移動(dòng)平均法進(jìn)行改進(jìn)，按照距離預(yù)測(cè)期的遠(yuǎn)近給予大小不同的權(quán)數(shù)，得到指數(shù)平滑法，為