垃圾填埋场的监控方法及系统
技术领域
本申请涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的监控方法及系统。
背景技术
现有的垃圾填埋场及周围环境的变化监测多采用人工勘测方法，现有勘测技术主要为钻孔采样勘探技术，利用不同的钻探设备进行钻探采样，获得所需的性质参数。因此，现有的监测方法效率低，劳动力消耗大，信息更新慢，垃圾填埋场的管理受到了一定的影响，垃圾填埋场带来的隐患无法提前预测。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的监控方法及系统，提高了监控效率，提前预测垃圾填埋场的隐患。
本申请提供一种垃圾填埋场的监控方法，包括：基于遥感系统获取多个时间节点上的垃圾填埋场遥感图像及周围地物遥感图像;对垃圾填埋场遥感图像和周围地物遥感图像进行处理，获取多个时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓;对比垃圾填埋场轮廓与垃圾填埋场的设计轮廓，判断垃圾填埋场的轮廓是否超出设计轮廓;若是，则发出报警信号。
优选地，还包括：若垃圾填埋场的轮廓未超出设计轮廓，则依据最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓计算垃圾填埋场与周围地物的最小距离;判断垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离是否超标;若是，则发出报警信号。
优选地，还包括：若垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离未超标，则依据不同时间节点上的垃圾填埋场轮廓计算垃圾填埋场的偏移速度，依据不同时间节点上的周围地物轮廓计算周围地物的偏移速度;依据垃圾填埋场的偏移速度和周围地物的偏移速度预测距离超标时间节点;向相关管理部门发出距离超标时间节点信息，以调整周围地物的扩展规划。
优选地，判断垃圾填埋场的轮廓是否超出设计轮廓，具体包括如下步骤：结合遥感图像和地理信息系统确定垃圾填埋场的设计轮廓、设计轮廓的中心点和垃圾填埋场轮廓的地理位置坐标;以设计轮廓的中心点作为原点，计算最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓上的点与原点之间的第一最大距离，并计算设计轮廓上的点与原点之间的第二最大距离;比较第一最大距离与第二最大距离;若第一最大距离大于第二最大距离，则垃圾填埋场的轮廓超出了设计轮廓。
优选地，基于由地理信息系统和遥感图像确定的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓的地理位置坐标计算垃圾填埋场与周围地物的最小距离。
优选地，遍历垃圾填埋场的整个轮廓，以最近的指定时间段内周围地物的平均偏移速度计算偏移至垃圾填埋场的最近轮廓所需的时间来确定轮廓上每个点的距离超标时间节点，以最短的距离超标时间节点作为最终的距离超标时间节点。
优选地，对垃圾填埋场遥感图像和周围地物遥感图像进行处理包括滤波处理、空间转换、滑动条创建、二值化、降噪以及轮廓提取;其中，降噪处理包括第一次降噪和第二次降噪;
利用如下公式进行第一次降噪
dst1(x,y)=max{q(x+x′,y+y′)},(x′,y′)∈B1
利用如下公式进行第二次降噪
dst2(x,y)=min{dst1(x+x′,y+y′)},(x′,y′)∈B2
其中，dst1(x,y)为第一次降噪后的图像，q(x+x′,y+y′)为二值化后的图像，B1为第一次降噪的结构元素，dst2(x,y)为第二次降噪后的图像，dst1(x+x′,y+y′)为第一次降噪后的图像，B2为第二次降噪的结构元素。
本申请还提供一种垃圾填埋场的监控系统，包括遥感图像获取模块、轮廓获取模块、第一判断模块和报警模块;遥感图像获取模块基于RS系统获取多个时间节点上的垃圾填埋场遥感图像及周围地物遥感图像;轮廓获取模块对垃圾填埋场遥感图像和周围地物遥感图像进行处理，获取多个时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓;第一判断模块对比垃圾填埋场轮廓与垃圾填埋场的设计轮廓，判断垃圾填埋场的轮廓是否超出设计轮廓;若垃圾填埋场的轮廓超出设计轮廓，则报警模块发出报警信号。
优选地，还包括最小距离计算模块、第二判断模块;若垃圾填埋场的轮廓未超出设计轮廓，则最小距离计算模块依据最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓计算垃圾填埋场与周围地物的最小距离;第二判断模块判断垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离是否超标;并且，若垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离超标，则报警模块发出报警信号。
优选地，还包括偏移速度计算模块、距离超标时间节点预测模块以及信息发送模块;若垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离未超标，则偏移速度计算模块依据不同时间节点上的垃圾填埋场轮廓计算垃圾填埋场的偏移速度，依据不同时间节点上的周围地物轮廓计算周围地物的偏移速度;距离超标时间节点预测模块依据垃圾填埋场的偏移速度和周围地物的偏移速度预测距离超标时间节点;信息发送模块向相关管理部门发出距离超标时间节点信息，以调整周围地物的扩展规划。
本申请的有益效果如下：
1、本申请通过GIS和RS系统的结合，对遥感图像进行数据处理并据此获得垃圾填埋场的当前状态，可及时发现垃圾填埋场的超标现象。
2、本申请通过计算垃圾填埋场及其周围地物的偏移速度来判断垃圾填埋场及其周围地物的扩展是否符合标准，为城市发展的合理化判定提供数据基础。
3、本申请通过预测垃圾填埋场及其周围地物的预期超标时间为城市规划提供预测性数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的监控方法及系统的流程图;
图2是本申请实施例提供的基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的可视化监控系统的结构图;
图3是本申请实施例提供的轮廓获取模块的结构图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1是本申请实施例提供的基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的监控方法及系统的流程图。如图1所示，基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的监控方法包括如下步骤：
S110：基于遥感(Remote Sensing，RS)系统获取多个时间节点上的垃圾填埋场遥感图像及周围地物遥感图像。
S120：对垃圾填埋场遥感图像和周围地物遥感图像进行处理，获取多个时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓。
获得轮廓具体包括如下步骤：
S1201：对遥感图像进行滤波处理
其中，(x,y)为图像中的像素坐标，f(x,y)为第一次滤波后的图像，δ为图像中像素的标准差。
g(x,y)=med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)}(2)
其中，g(x,y)为第二次滤波后的图像，W为二维模板，k,l分别为二维模板中x轴和y轴方向的值，f(x-k,y-l)为第一次滤波后的图像。
S1202：RGB-HSV空间转换
v=max (5)
其中，h、s、v为HSV空间内的值，r、g、b为RGB空间内的值，max、min为r、g、b三者中的最大值和最小值。
S1203：创建滑动条，以调整图像的对比度和亮度
d(x,y)=a*p(x,y)+c (6)
其中，d(x,y)、p(x,y)为调节后和调节前的图像，a、c为对比度拉伸系数和亮度的偏置值。
S1204：图像二值化
其中，q(x,y)为二值化后的图像，T为阈值。
S1205：对二值图像降噪。
dst1(x,y)=max{q(x+x′,y+y′)},(x′,y′)∈B1 (8)
其中，dst1(x,y)为第一次降噪后的图像，q(x+x′,y+y′)为二值化后的图像，B1为第一次降噪的结构元素。
dst2(x,y)=min{dst1(x+x′,y+y′)},(x′,y′)∈B2 (9)
其中，dst2(x,y)为第二次降噪后的图像，dst1(x+x′,y+y′)为第一次降噪后的图像，B2为第二次降噪的结构元素。
S1206：轮廓提取
通过求解公式(10)来提取轮廓，能量达到最小时的曲线位置就是轮廓曲线的位置。
vi=(xi,yi)表示轮廓曲线v上的第i个点，R为轮廓曲线内的区域，(xi,yi)表示轮廓曲线上的第i个像素点坐标，分别表示在第i个像素点(xi,yi)处沿x、y方向上轮廓曲线所围区域内的像素灰度值和，fx(i),fy(i)分别表示轮廓曲线上第i个点在x、y方向上的力，w1、w2、w3、w4分别表示轮廓曲线的弹性权重系数、刚度曲线系数、外部能量权重系数、图像区域能量权重系数，Eex为轮廓曲线的外部能量，I为灰度函数，Gσ为标准差σ的高斯函数，σ为轮廓曲线的标准差，*和分别为卷积算子和梯度算子。
优选地，获得图像轮廓后，利用OpenCV函数的“cvDrawContours()”函数进行可视化。
S130：结合地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)和遥感图像，对比垃圾填埋场轮廓与垃圾填埋场的设计轮廓，判断垃圾填埋场的轮廓是否超出设计轮廓。若是，则执行S180：发出报警信号;否则，执行S140。
S1301：结合遥感图像和GIS确定垃圾填埋场的设计轮廓、设计轮廓的中心点和S120获得的垃圾填埋场轮廓的地理位置坐标。
S1302：以设计轮廓的中心点作为原点，计算最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓上的点与原点之间的第一最大距离，并计算设计轮廓上的点与原点之间的第二最大距离。
S1303：比较第一最大距离与第二最大距离;若第一最大距离大于第二最大距离，说明垃圾填埋场的填埋范围超出了其设计范围，则垃圾填埋场的轮廓超出了设计轮廓。
S140：结合GIS和遥感图像，确定周围地物轮廓的地理位置坐标，并依据最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓的地理位置坐标计算垃圾填埋场与周围地物的最小距离，判断垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离是否超标。若是，说明垃圾填埋场与周围地物之间的距离超出了垃圾填埋场的设计标准，会对周围地物，尤其是生活区带来污染，则执行S180：发出报警信号，以调整周围地物的扩展规划。否则，执行S150。
S150：基于确定的地理位置坐标，依据不同时间节点上的垃圾填埋场轮廓计算垃圾填埋场的偏移速度，依据不同时间节点上的周围地物轮廓计算周围地物的偏移速度。具体地，通过某时间段内垃圾填埋场轮廓上相应位置的地理坐标变化值与时间间隔的商确定偏移速度。
S160：依据垃圾填埋场的偏移速度和周围地物的偏移速度预测距离超标时间节点。具体地，遍历垃圾填埋场的整个轮廓，以最近的指定时间段内的周围地物的平均偏移速度计算偏移至垃圾填埋场的最近轮廓所需的时间来确定轮廓上每个点的距离超标时间节点，以最短的距离超标时间节点作为最终的距离超标时间节点。
S170：向相关管理部门发出距离超标时间节点信息，以调整周围地物的扩展规划。
实施例二
本申请还提供了一种与实施例一匹配的可视化监控系统。图2是本申请实施例提供的可视化监控系统的结构图。
如图2所示，基于GIS和RS系统的垃圾填埋场的可视化监控系统包括遥感图像获取模块210、轮廓获取模块220、第一判断模块230、最小距离计算模块240、第二判断模块250、偏移速度计算模块260、距离超标时间节点预测模块270、信息发送模块280以及报警模块290。
遥感图像获取模块210基于RS系统获取多个时间节点上的垃圾填埋场遥感图像及周围地物遥感图像。
轮廓获取模块220对垃圾填埋场遥感图像和周围地物遥感图像进行处理，获取多个时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓。
如图3所示，轮廓获取模块220包括滤波处理子模块2201、空间转换子模块2202、滑动条创建子模块2203、二值化子模块2204、降噪子模块2205以及轮廓提取子模块2206。
滤波处理子模块2201对遥感图像进行滤波处理。
空间转换子模块2202进行RGB-HSV空间转换。
滑动条创建子模块2203创建滑动条，以调整图像的对比度和亮度。
二值化子模块2204对图像进行二值化处理。
降噪子模块2205对二值图像进行降噪处理。
轮廓提取子模块2206对轮廓进行提取。
第一判断模块230结合GIS和遥感图像，对比垃圾填埋场轮廓与垃圾填埋场的设计轮廓，判断垃圾填埋场的轮廓是否超出设计轮廓。
最小距离计算模块240结合GIS和遥感图像，确定周围地物轮廓的地理位置坐标，并依据最近的时间节点上的垃圾填埋场轮廓和周围地物轮廓的地理位置坐标计算垃圾填埋场与周围地物的最小距离。
第二判断模块250判断垃圾填埋场与周围地物之间的最小距离是否超标。
偏移速度计算模块260基于确定的地理位置坐标，依据不同时间节点上的垃圾填埋场轮廓计算垃圾填埋场的偏移速度，依据不同时间节点上的周围地物轮廓计算周围地物的偏移速度。
具体地，通过某时间段内垃圾填埋场轮廓上相应位置的地理坐标变化值与时间间隔的商确定偏移速度。
距离超标时间节点预测模块270依据垃圾填埋场的偏移速度和周围地物的偏移速度预测距离超标时间节点。
具体地，遍历垃圾填埋场的整个轮廓，以最近的指定时间段内的周围地物的平均偏移速度计算偏移至垃圾填埋场的最近轮廓所需的时间来确定轮廓上每个点的距离超标时间节点，以最短的距离超标时间节点作为最终的距离超标时间节点。
信息发送模块280向相关管理部门发出距离超标时间节点信息，以调整周围地物的扩展规划。
报警模块290发出报警信号。
1、本申请通过GIS和RS系统的结合，对遥感图像进行数据处理并据此获得垃圾填埋场的当前状态，可及时发现垃圾填埋场的超标现象。
2、本申请通过计算垃圾填埋场及其周围地物的偏移速度来判断垃圾填埋场及其周围地物的扩展是否符合标准，为城市发展的合理化判定提供数据基础。
3、本申请通过预测垃圾填埋场及其周围地物的预期超标时间为城市规划提供预测性数据支持。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
