卫星遥感大数据的确定方法、装置、设备及介质

1.本发明涉及遥感图像处理技术领域，尤其涉及一种卫星遥感大数据的确定方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.随着遥感技术的发展，在轨运行的遥感卫星数量也是大幅增加，并且空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率都显著提高，遥感已经进入了大数据时代。尽管遥感数据已经走向大数据时代，但是对遥感数据的利用率低，信息挖掘和应用能力弱，限制了遥感应用的产业化发展。卫星遥感大数据不能仅仅就停留在数量和数据内容的“大”上，更应该利用“大”的遥感数据来提升和增强遥感应用的层次和水平，这样才能发挥遥感大数据的效益，实现“大”的遥感应用。
3.卫星遥感大数据的处理是提升遥感大数据应用的核心和关键，但目前针对卫星遥感大数据融合与数据挖掘还明显不足。卫星遥感在核心器件、卫星轨道和姿态测量等方面尚有不足，卫星遥感对地定位等方面还有很大的进步空间。而卫星遥感大数据带来的大数据为对地定位的精确化处理提供了数据基础，可以充分应用大数据来提升对地定位精度。卫星遥感的快速发展迫切需要利用大数据来提升对地定位精度。传统的遥感几何精度依赖于高精度的姿态和轨道测量及遥感器的设计，这限制了遥感几何精度的可用性。而卫星遥感大数据可以很好地对地面同一个区域实现多种遥感器、多角度、多轨道、多高度、多分辨率的观测，尽管一次观测获取的几何精度不高，但通过大量的多次冗余观测，即可以依据几何一致性和内在关联性来提升其几何精度。
4.然而，利用卫星遥感大数据提升遥感图像的对地定位精度时并不是每一颗卫星的遥感数据都能有效提升最终的三维定位精度，这就是涉及每颗卫星对最终定位的贡献，有的卫星遥感数据对最终的定位精度提升作用很大，而有的卫星遥感数据可能对最终的定位精度提升几乎没有任何作用，因此，在这些大量的遥感卫星数据中确定优选的卫星遥感数据对最终的定位精度影响大。
5.传统的卫星遥感定位数据优选主要是根据交会角（或基高比）来选择两颗卫星遥感数据，其本质上是应用了两颗卫星和地面点构成的三角平面几何关系。而卫星遥感大数据是多颗遥感卫星对地的几何定位，多颗卫星对地定位的空间关系为空间三维几何构形，因此基于交会角或基高比的常规方法并不适用于卫星遥感大数据的数据优选。


技术实现要素：

6.鉴于上述技术问题，本发明提供一种卫星遥感大数据的确定方法、装置、设备及介质，用于至少部分解决上述技术问题。
7.本发明第一方面提供一种卫星遥感大数据的确定方法，用于地物点的几何定位，包括：获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置和对应的地面点的三维位置；根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角和高度角；根
据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标；计算多个局部二维平面坐标的凸多边形，将凸多边形的顶点对应的卫星的遥感大数据确定为最终的遥感大数据。
8.根据本发明的实施例，获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置包括：读取每颗卫星下传的辅助数据；对每颗卫星的辅助数据进行数学内插和转换，得到该颗卫星的三维位置。
9.根据本发明的实施例，获取卫星遥感大数据对应的地面点的三维位置，具体包括：根据卫星下传的辅助数据对地面点进行系统级几何定位，得到地面点三维位置。
10.根据本发明的实施例，根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角，具体包括：根据计算卫星的方位角，其中，i为卫星的编号，αi为第i颗卫星的方位角，[
△
xi，
△
yi，
△
zi]为第i颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，b0、l0分别为地面点的经度和纬度。
[0011]
根据本发明的实施例，根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的高度角，具体包括：根据计算卫星的高度角，其中，i为卫星的编号，βi为第i颗卫星的高度角，[
△
xi，
△
yi，
△
zi]为第i颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，b0、l0分别为地面点的经度和纬度。
[0012]
根据本发明的实施例，根据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标，具体包括：根据计算局部二维平面坐标，其中，i为卫星的编号，（xi，yi）为第i颗卫星的局部二维平面坐标，αi为第i颗卫星的方位角，βi为第i颗卫星的高度角。
[0013]
根据本发明的实施例，利用格雷厄姆方法计算多个局部二维平面坐标的凸壳问题，得到凸多边形。
[0014]
本发明第二方面提供一种卫星遥感大数据的确定装置，用于地物点的几何定位，包括：获取模块，用于获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置和对应的地面点的三维位置；第一计算模块，用于根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角和高度角；第二计算模块，用于根据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标；确定模块，用于计算多个局部二维平面坐标的凸多边形，将凸多边形的顶点对应的卫星的遥感大数据确定为最终的遥感大数据。
[0015]
本发明第三方面提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储
一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述方法。
[0016]
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述方法。
[0017]
根据本发明实施例提供的卫星遥感大数据的确定方法、装置、设备及介质，至少具备以下有益效果：基于卫星遥感大数据的全部卫星与地面点的三维位置的坐标差计算卫星的方位角和高度角来构建卫星遥感大数据的全部卫星与地面点的空间几何构形，再基于空间几何构形确定优选的卫星遥感大数据，保证了全部的卫星遥感数据都参与到卫星遥感大数据的优选过程，提高了对的定位 精度。进一步地，基于空间几何构形中最优的空间几何构形确定最终的卫星遥感大数据，进而利用最优卫星遥感数据实现最高精度的对地定位。
附图说明
[0018]
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示意性示出了根据本发明实施例的卫星遥感大数据的确定方法的流程图；图2示意性示出了根据本发明实施例的卫星遥感大数据的确定装置的框图；图3示意性示出了根据本发明实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。
具体实施方式
[0019]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
[0020]
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0021]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0022]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0023]
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实
大小、比例和实际位置关系。另外，在本发明中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本发明的限制。
[0024]
类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0025]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
[0026]
针对现有技术问题，本发明的在于提供一种卫星遥感大数据的确定方法，用于地物点的几何定位。卫星遥感大数据的卫星和地面点构成的多棱锥体可以准确表达卫星遥感大数据的对地定位空间几何模型，而地面点的三维定位精度与多棱锥体积成正比关系，即多棱锥体积越大，卫星在空间的分布范围也越大，对地定位精度越高，反之，卫星在空间的分布范围越小，对地定位精度就越差。为此依据这种三维空间几何特征，从卫星遥感大数据中基于多棱锥体体积最大化的原则选择最优的卫星遥感数据，利用这些最优的卫星遥感数据就可以实现高精度的对地定位。下面结合具体的实施例进行详细介绍。
[0027]
图1示意性示出了根据本发明实施例的卫星遥感大数据的确定方法流程图。
[0028]
如图1所示，该卫星遥感大数据的确定方法例如可以包括操作s110~操作s140。
[0029]
在操作s110，获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置和对应的地面点的三维位置。
[0030]
在本发明实施例中，获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置的过程例如可以包括：读取每颗卫星下传的辅助数据。对每个卫星的辅助数据进行数学内插和转换，得到该颗卫星的三维位置。
[0031]
在本发明实施例中，获取卫星遥感大数据对应的地面点的三维位置的过程例如可以包括：根据卫星下传的辅助数据对地面点进行系统级几何定位，得到地面点三维位置。
[0032]
在操作s120，根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角和高度角。
[0033]
在本发明实施例中，计算每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差的过程具体例如可以为：根据计算第i颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差[
△
xi，
△
yi，
△
zi]，[xi，
yi，zi]为第i颗卫星的三维位置，[x0，y0，z0]为地面点的三维位置。
[0034]
在本发明实施例中，根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角的过程例如可以为：根据计算卫星的方位角，其中，i为卫星的编号，αi为第i颗卫星的方位角，[
△
xi，
△
yi，
△
zi]为第i颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，b0、l0分别为地面点的经度和纬度。b0和l0也可以根据卫星下传的辅助数据对地面点进行系统级几何定位得到，arctan表示反正切数学函数。
[0035]
在本发明实施例中，根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的高度角的过程例如可以为：根据计算卫星的高度角，其中，i为卫星的编号，βi为第i颗卫星的高度角，[
△
xi，
△
yi，
△
zi]为第i颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，b0、l0分别为地面点的经度和纬度，b0和l0也可以根据卫星下传的辅助数据对地面点进行系统级几何定位得到。arccos表示反余弦数学函数，π为圆周率。
[0036]
在操作s130，根据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标。
[0037]
在本发明实施例中，根据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标的过程例如可以包括：根据计算局部二维平面坐标，其中，i为卫星的编号，（xi，yi）为第i颗卫星的局部二维平面坐标，αi为第i颗卫星的方位角，βi为第i颗卫星的高度角。
[0038]
在操作s140，计算多个局部二维平面坐标的凸多边形，将凸多边形的顶点对应的卫星的遥感大数据确定为最终的遥感大数据。
[0039]
在本发明实施例中，可以利用格雷厄姆方法计算多个局部二维平面坐标的凸壳问题，得到凸多边形。其中，格雷厄姆方法是求解平面点集凸壳问题的最佳方法，其核心思想为：在二维平面上，将最外层的点连接起来构成的凸多边形（也可以称为凸包），凸多边形型能够包含点集中所有的点。
[0040]
示例性地，首先利用每刻卫星的局部二维平面坐标（xi，yi）(i=1,
…
，n)构建二维平面多边形p
1 ，p
2 ，
…
， p
n ，每个二维坐标对应一个顶点，通过i序号对应。再利用计算几何
领域求解平面点集凸壳问题的格雷厄姆方法，求出该多边形的凸多边形顶点，这些凸多边形顶点所对应的点号就是从卫星遥感大数据优选的卫星号，最后利用优选的卫星号对应的遥感数据实现对地定位。
[0041]
根据本发明实施例提供的卫星遥感大数据的确定方法，基于卫星遥感大数据的全部卫星与地面点的三维位置的坐标差计算卫星的方位角和高度角来构建卫星遥感大数据的全部卫星与地面点的空间几何构形，再基于空间几何构形确定优选的卫星遥感大数据，保证了全部的卫星遥感数据都参与到卫星遥感大数据的优选过程，提高了对地定位 精度。基于空间几何构形中最优的空间几何构形确定最终的卫星遥感大数据，进而利用最优卫星遥感数据实现最高精度的对地定位。
[0042]
图2示意性示出了根据本发明实施例的卫星遥感大数据的确定装置的框图。
[0043]
如图2所示，卫星遥感大数据的确定装置200可以获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230及确定模块240。
[0044]
获取模块210，用于获取卫星遥感大数据对应的多颗卫星的三维位置和对应的地面点的三维位置。
[0045]
第一计算模块220，用于根据每颗卫星的三维位置与地面点的三维位置的坐标差，计算该颗卫星的方位角和高度角。
[0046]
第二计算模块230，用于根据每个卫星的方位角和高度角计算该颗卫星的局部二维平面坐标。
[0047]
确定模块240，用于计算多个局部二维平面坐标的凸多边形，将凸多边形的顶点对应的卫星的遥感大数据确定为最终的遥感大数据。
[0048]
根据本发明的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（fpga）、可编程逻辑阵列（pla）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（asic），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
[0049]
例如，获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230及确定模块240中的任意多个可以合并在一个模块/单元/子单元中实现，或者其中的任意一个模块/单元/子单元可以被拆分成多个模块/单元/子单元。或者，这些模块/单元/子单元中的一个或多个模块/单元/子单元的至少部分功能可以与其他模块/单元/子单元的至少部分功能相结合，并在一个模块/单元/子单元中实现。根据本发明的实施例获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230及确定模块240中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（fpga）、可编程逻辑阵列（pla）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（asic），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230及确定模块240中的至少一
个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
[0050]
需要说明的是，本发明的实施例中卫星遥感大数据的确定装置部分与本发明实施例中的卫星遥感大数据的确定方法部分是相对应的，其具体实施细节及带来的技术效果也是相同的，在此不再赘述。
[0051]
图3示意性示出了根据本发明实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0052]
如图3所示，根据本发明实施例的电子设备300包括处理器301，其可以根据存储在只读存储器（rom）302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器（ram）303中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器301例如可以包括通用微处理器（例如cpu）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（asic）），等等。处理器301还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器301可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
[0053]
在ram 303中，存储有电子设备300操作所需的各种程序和数据。处理器 301、rom 302以及ram303通过总线304彼此相连。处理器301通过执行rom 302和/或ram303中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除rom 302和ram 303以外的一个或多个存储器中。处理器301也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
[0054]
根据本发明的实施例，电子设备300还可以包括输入/输出（i/o）接口305，输入/输出（i/o）接口305也连接至总线304。电子设备300还可以包括连接至i/o接口305的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管（crt）、液晶显示器（lcd）等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至i/o接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。
[0055]
根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。在该计算机程序被处理器301执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
[0056]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
[0057]
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介
质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦式可编程只读存储器（eprom或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（cd-rom）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0058]
例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的rom302和/或ram 303和/或rom 302和ram 303以外的一个或多个存储器。
[0059]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。