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)的有機結(jié)合。因為這三個概念的英文中都有一個以“s”開頭的字母，所以簡稱3“s”技術(shù)。3“s”技術(shù)以地理信息系統(tǒng)為核心，構(gòu)成了對空間數(shù)據(jù)采集、更新、處理、分析及為各種實際應(yīng)用提供科學(xué)決策咨詢的強大技術(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)測目標的準確位置。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，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右苑治鎏幚恚瑥亩_到對地物的識別與監(jiān)測的全過程。gis技術(shù)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，實時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計算機技術(shù)系統(tǒng)。gps是現(xiàn)代進行導(dǎo)航和定位的一種最科學(xué)的方法。地理位置或地理坐標是空間資料中必須具有的重要信息，它是建立在無線電定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和實時系統(tǒng)基礎(chǔ)上的空間導(dǎo)航系統(tǒng)，以測距為基本觀測量，可同時通過多顆衛(wèi)星進行距離測量來計算目標的位置。
核電站發(fā)生泄漏事故后，進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。作為實時、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)來源，而通過gis對其獲取的數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以提取各種有用的信息，以進行決策支持。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，針對現(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)展和趨勢信息提取的問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，標準化空間數(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空間和時間數(shù)據(jù)庫，
所述gis空間和時間數(shù)據(jù)庫包括四類數(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)場圖片；
第四類數(shù)據(jù)主要為經(jīng)過對基礎(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，通過對高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，并進行圖像處理，通過計算機制圖，得到彩色核設(shè)施毀損 程度解譯圖和事故發(fā)展過程遙感解譯圖，為核事故研究提供依據(jù)
最后，建立gps地理位置信息。通過跟蹤有關(guān)信息，收集各種渠道來源的地理坐標數(shù)據(jù)，進行位置信息的定位，獲取了核事故發(fā)生后，各個監(jiān)測點得到的輻射值位置信息。
所述步驟二標準化空間數(shù)據(jù)為對輻射值數(shù)據(jù)進行標準化處理，對比分析輻射值數(shù)據(jù)，針對數(shù)據(jù)的離散化程度很高，屬于離散奇異樣本數(shù)據(jù)，需要進行空間數(shù)據(jù)的標準化處理。
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間數(shù)據(jù)庫，進行圖形和屬性的互查，在整理核事故各方面材料時，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，對空間數(shù)據(jù)進行疊置分析，對核事故信息的各個主題層進行疊加，產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層，結(jié)果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性，不僅在視覺信息上，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比分析，挖掘深層的事故信息；
接著，對空間數(shù)據(jù)進行緩沖區(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、人口分布和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等其他因素圖層，可以評估核事故的影響程度；
最后，采用趨勢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，得到輻射擴散的詳細現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢與規(guī)律。
所述步驟四核事故的時間維信息提取與分析主要采用時間序列分析模型提取時間維信息，一維時間的本質(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，從空間維和時間維兩方面，設(shè)計了空間數(shù)據(jù)的標準化方法、查詢和量算、疊置分析、緩沖區(qū)分析和趨勢面分析以及復(fù)合上時間維數(shù)據(jù)下的時 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、搶險救災(zāi)、組織疏散和應(yīng)急演練都提供了定量化的評價結(jié)論，具有很強的推廣價值。
附圖說明
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。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明提出的一種提取核事故信息的3“s”綜合技術(shù)方法進行進一步的介紹：
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，標準化空間數(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空間和時間數(shù)據(jù)庫，
所述gis空間和時間數(shù)據(jù)庫包括四類數(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)場圖片；
第四類數(shù)據(jù)主要為經(jīng)過對基礎(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，通過對高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，并進行圖像處理，通過計算機制圖，得到彩色核設(shè)施毀損 程度解譯圖和事故發(fā)展過程遙感解譯圖，為核事故研究提供依據(jù)
最后，建立gps地理位置信息。通過跟蹤有關(guān)信息，收集各種渠道來源的地理坐標數(shù)據(jù)，進行位置信息的定位，獲取了核事故發(fā)生后，各個監(jiān)測點得到的輻射值位置信息。
所述步驟二標準化空間數(shù)據(jù)為對輻射值數(shù)據(jù)進行標準化處理，對比分析輻射值數(shù)據(jù)，針對數(shù)據(jù)的離散化程度很高，屬于離散奇異樣本數(shù)據(jù)，需要進行空間數(shù)據(jù)的標準化處理。
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間數(shù)據(jù)庫，進行圖形和屬性的互查，在整理核事故各方面材料時，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，對空間數(shù)據(jù)進行疊置分析，對核事故信息的各個主題層進行疊加，產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層，結(jié)果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性，不僅在視覺信息上，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比分析，挖掘深層的事故信息；
接著，對空間數(shù)據(jù)進行緩沖區(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、人口分布和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等其他因素圖層，可以評估核事故的影響程度；
最后，采用趨勢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，得到輻射擴散的詳細現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢與規(guī)律。
所述步驟四核事故的時間維信息提取與分析主要采用時間序列分析模型提取時間維信息，一維時間的本質(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)展和趨勢信息 提取的問題。采用gis建立核事故信息的空間和時間數(shù)據(jù)庫；通過對高分辨率衛(wèi)星圖像的判讀，查明核設(shè)施的分布情況，通過計算機制圖，得到彩色核設(shè)施毀損程度解譯圖和事故發(fā)展過程遙感解譯圖；通過收集各種渠道來源的地理坐標數(shù)據(jù)，進行位置信息的定位，獲取核事故發(fā)生后，各個監(jiān)測點輻射值的位置信息。
建立多源數(shù)據(jù)集
采用e-r模型即實體-聯(lián)系模型。核事故數(shù)據(jù)庫的建立由空間數(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)周邊因素的拓撲關(guān)系，如幾何特征、比例尺、控制點和大地坐標等；屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括，核事故輻射值監(jiān)測點的id、地理位置、輻射值、監(jiān)測時間和備注信息。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)，通過幾何糾正、輻射校正、圖像增強、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、計算機解譯和現(xiàn)場圖片，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)范格式整理各個監(jiān)測點經(jīng)緯度信息。
標準化空間數(shù)據(jù)
采用以10為底的對數(shù)函數(shù)轉(zhuǎn)換對輻射值數(shù)據(jù)進行標準化。式中，是原始獲取的輻射值，是經(jīng)過標準化處理的輻射值。
核事故的空間維信息提取與分析，以“a核電站1號機組以西約1.1公里的西門附近每小時輻射值為351.4微西弗”為例。信息中“以西”表達了地物對象之間的方位，給定定位參考，令pi為目標p的點(p為原坐標)，qj為目標q的點(q為參考坐標)，x(pi)與y(pi)函數(shù)返回點pi的x、y坐標。信息中“1.1公里”表達了監(jiān)測點的距離信息，設(shè)“1號機組”為目標p(xp,yp)，“西門”為參考q(xq,yq)，則兩點之間的平面距離為：
對空間數(shù)據(jù)進行疊置分析，分為三種疊置方法：點面疊置、線面疊置和面面疊置(表1)。
對空間數(shù)據(jù)進行緩沖區(qū)分析。選取柵格數(shù)據(jù)，進行核物質(zhì)擴散和推移的計算，得到一定范圍內(nèi)每個柵格單元的核污染強度。計算公式為：bi＝{x:d(x,oi)≤r}，即對象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，將得到輻射擴散的詳細現(xiàn)狀，從而揭示輻射值要素空間分布的趨勢與規(guī)律。以輻射值為因變量z，地理位置的橫坐標和縱坐標分別為自變量x、y。進行趨勢面分析并對趨勢面方程進行適度f檢驗。則有zi(xi,yi)＝zi(xi,yi)+εi。式中，zi(xi,yi)為實際觀測數(shù)據(jù)，zi(xi,yi)為趨勢值擬合值，εi為殘差值。當輻射值位置(xi,yi)在空間上變動時，上式刻畫了核物質(zhì)泄漏在實際位置上的互動規(guī)律。
核事故的時間維信息提取與分析方法，由于收集數(shù)據(jù)的不完整性，個別監(jiān)測點或者時間點的數(shù)據(jù)缺失，采用時間序列預(yù)測法，將預(yù)測目標的歷史數(shù)據(jù)按照時間的順序排列稱為時間序列，然后分析隨時間的變化趨勢，外推預(yù)測目標的未來值。這樣，就把影響預(yù)測輻射值變化的因素，由時間綜合起來描述。結(jié)合數(shù)據(jù)實際，對常用的平滑法、趨勢線法、季節(jié)性指數(shù)法、自回歸法等時間序列分析方法進行了實驗，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。通過對移動平均法進行改進，按照距離預(yù)測期的遠近給予大小不同的權(quán)數(shù)，得到指數(shù)平滑法，為