面向对象的高空间分辨率遥感影像信息提取——汶川地震城市震害房屋案例研究

随着遥感技术的快速发展,尤其是高分辨率民用遥感卫星的成功发射和应用,遥感技术在建筑物识别、震灾调查和快速预估评估方面发挥出越来越重要的作用。然而,传统面向像元的分类方法在对高分辨率遥感影像进行分类时,存在着不能充分利用影像信息、分类精度降低、速度慢等局限性,根据高分辨率遥感影像的特点,提出了面向对象的高空间分辨率遥感影像建筑物震害信息提取方法。该方法首先通过影像分割将影像划分为互不相交的影像对象,然后根据这些影像对象的影像特征如光谱、纹理、形状和上下文等信息进行分类,提取出破坏建筑物和未破坏建筑物,试验表明,面向对象的分类方法应用于建筑物震害信息提取较传统分类方法有更高的精度,具有很大的应用潜力。     

面向对象的灾害信息遥感提取框架及其应用

我国自然灾害频发,遥感技术可快速、大范围地获取地表的重大自然灾害信息,具有巨大的应用价值.但目前高分辨率遥感影像处理面临一定的困难,尚无十分有效且快速的分类与目标提取算法,面向对象影像处理技术是该领域的研究热点.通过详细分析面向对象影像处理方法与高分辨率影像的特点,构建了面向对象遥感影像技术的灾害信息提取框架,并将该提取框架应用于地震灾害的损毁分析,为相关灾害应用研究提供参考.     

基于倾斜摄影三维影像的建筑物震害特征分析

精确的建筑物震害评估对地震应急、救灾和经济损失评估有着重要的作用。倾斜摄影可从多角度获取建筑物侧面和顶部的信息,建模形成的高精度三维影像解决了传统二维影像只能从垂直视角进行分析的局限性。根据欧洲98地震烈度表(EMS-98),建筑物的震害等级分为5类,而二维遥感影像无法获取建筑物外墙以及墙体结构、裂纹等信息,建筑物的震害程度往往分为2/3类,造成遥感影像提取与地面调查不一致。通过研究从三维模型中提取的纹理影像,结合面向对象影像分析提取混凝土结构外墙及其裂纹,并对提出的外墙、裂纹进行了分析。     

面向对象分类方法在台风灾害信息提取中的应用研究

台风灾害是全球损失最严重的十大自然灾害之一。如何在灾情发生后,快速地进行灾情预评估与应急响应决策是目前灾害研究的重要方向。基于2013年台风"海燕"登陆前、后的菲律宾独鲁万市部分区域的卫星遥感影像,采用面向对象的方法进行了灾害检测,提取了研究区域的地物信息,并与基于像元的传统方法进行了比较。结果表明,面向对象的分类方法在台风灾害前影像分割尺度为30%,融合尺度为84%,台风灾害后影像分割尺度为15%,融合尺度为95%时分割效果最佳;最终,面向对象分类灾害前总体精度达到95.65%,Kappa系数达0.93,灾害后总体精度达到93.19%,Kappa系数达0.90;另一方面,最大似然法也优于ISODATA分类法与最小距离法,但仍不及面向对象的分类方法。     

汶川地震次生灾害提取——面向对象影像分类技术的应用

遥感技术可快速准确地提取滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等次生灾害信息。面向对象影像分类技术主要通过多尺度分割,并根据对象的特征进行模糊分类,可以很好的利用影像上下文信息,提高分类精度,与传统方法相比优势明显。利用汶川地震的震前、震后的福卫二号等数据进行研究,使用面向对象方法对北川附近灾情进行了变化检测分析;并结合DEM数据对唐家山堰塞湖璇坪乡区域震后初期的水体面积和蓄水增量进行了分析。在此基础上,总结了提取地震次生灾害的关键技术和工作流程。实验结果表明,应用面向对象的变化检测方法提取地震次生灾害可以取得很好的结果。     

基于遥感影像的城市震害模拟

探讨了基于遥感影像图进行城市地震灾害模拟的可行性，提出了一套利用GIS栅格分析功能进行城市地震灾害模拟的方法。详细论述了一种从TM／ETM＋遥感影像图提取群体建筑物专题信息并创建群体建筑物栅格的方法，以及场地地震动峰值加速度（PGA）衰减栅格、工程场地条件栅格的创建方法。结合调查资料，对某市群体建筑物进行了基于栅格的地震破坏模拟，得到了可信的地震灾害模拟结果，说明基于栅格分析城市地震灾害具有可行性。     

基于遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别技术研究

传统的滑坡识别主要通过遥感目视解译和人机交互识别,存在耗时费力、主观性强和提取精度低等问题。文中以福建省某公路为实验区,提出了一种基于高分辨率遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别方法。包括采用亚米级高分辨率遥感影像,通过对色调、地形、光谱、植被指数和纹理等滑坡特征进行分析与研究,确立了适用于东南山区公路的多维多尺度滑坡分类识别规则;借助机器学习算法分类工具与多维多尺度特征筛选集相结合构建了公路滑坡识别模型,并基于高分辨率遥感影像在色调尺度上对滑坡进行初步识别;最后经由坡度、归一化植被指数和纹理特征筛选集对初步识别的滑坡区域进一步的分割提取,从而对山区公路滑坡空间分布实行精准识别。经实验验证,文中方法所得滑坡识别的平均精度达到85.73%,且滑体提取形态特征完整,可清晰地展现出滑体的“舌”、“簸箕”状形态,亦可清晰辨别滑体的滑壁与堆积体。研究成果可为我国植被发育区的山区交通线路的滑坡识别与风险评估提供科学参考。     

震害预测中建筑物属性信息提取方法研究

在编制城市抗震防灾规划工作中,如何得到规划区大量的建筑物的普查资料一直是一个重要的课题。就此,本文提出了一种基于RS技术通过首先旋转高分辨率遥感图像而后搜寻建筑物阴影区有效分割线段来实现大范围建筑物层数信息提取的新方法,并结合高分辨率遥感影像数据和实际建筑物层数信息对提取结果进行分析。结果表明计算模型正确,普适性较强,算法过程简单,所得结果精度满足城市震害预测基础信息的要求,有较大实用价值。     

基于遥感信息的沙漠化灾害程度定量提取研究

在分析沙漠化等级遥感信息提取现状的基础上,根据遥感手段沙漠化等级综合标志,提出了植被盖度分割和缨帽变换分割两种沙漠化程度遥感信息提取方法,并将其与传统的监督分类进行了比较.认为监督分类精度最低,植被盖度分割和缨帽变换分割更适用于生态环境动态监测,而在水体分布区缨帽变换分割较植被盖度分割适用.     

基于多源中高分辨率遥感数据提取渤海辽东湾海冰要素信息

海冰厚度是海冰参数中最为重要和最难获取的参数之一,对海洋灾害预警、气候变化等研究均有重要意义。本文选取2018年1月到3月的10景多源(Sentinel-2、Landsat-8、Landsat-7)中高分辨率影像对渤海辽东湾的海冰进行了监测。基于归一化水体指数进行海陆分割,通过分析海水与海冰光谱特征差异,利用最大似然法监督分类提取海冰区域,运用反照率与海冰厚度之间的经验指数模型反演海冰厚度,将反演结果与Zubov模型计算的冰厚结果进行比较,相关系数为0.884,证明了中高分辨率光学遥感数据在海冰厚度反演中的可行性。同时发挥中高分辨率遥感数据的优势,利用冰厚信息提取海冰类型、估算海冰资源量,为渤海海冰的防灾减灾以及海冰资源利用提供参考。     

基于地形因子分割、分类的面向对象滑坡快速识别方法

由地震诱发的滑坡灾害具有数量多、分布面积广、危害大的特点。传统的高精度的专家手动解译不能满足大范围发生的滑坡灾后快速评估的要求,基于计算机的滑坡识别技术具有快速、准确的优势。随着灾后影像数据分辨率的不断提高,面向对象技术比基于像素的技术更具优势。但是在滑坡对象分割、分类中对影像光谱、纹理信息的过度依赖造成了分割不够客观、分类算法复杂等问题。基于震后Worldview 2m分辨率的多光谱数据,提出了一种考虑地形因子的滑坡分割、分类算法。这种算法基于简单的规则集并充分考虑了滑坡发生的机理特点进行分割、分类,具有快速、简便的特点,而且能达到很高的分类精度(98.14%)。这种方法较以往仅考虑影像光谱、纹理信息的面向对象滑坡识别技术具有很大的提高,可以在实际灾害发生时用于大面积、大数量的山地滑坡灾害的快速损失评估。     

《汶川地震建筑物震害遥感解译图集》的编制

2008年四川汶川8.0级地震造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。在震后灾害监测、应急指挥与抢险救援、灾害调查、损失评估、灾民安置、恢复重建以及地震科学研究等工作中,遥感技术发挥了重要作用。《汶川地震建筑物震害遥感解译图集》根据地震后地震现场建筑物震害遥感比对科学考察资料和震害遥感资料分析处理结果,按照科学性、知识性和资料性的编制原则编制而成。主要包括汶川大地震发生的地震地质、地势和社会环境,灾区遥感影像获取、建筑物震害影像特点与实际震害表现、震害遥感定量评估方法、汶川大地震灾区(Ⅷ度及以上地区)震害遥感定量评估模型,以及主要城市和乡镇震害遥感影像和震害评估结果等。     

基于Sentinel-1 SAR数据洪水淹没提取方法研究

洪涝灾害是世界上破坏最严重的自然灾害之一,快速准确地提取洪水淹没范围可为受灾区及时制定相应措施提供理论和技术支撑。针对已有研究中缺少运用深度学习对SAR影像进行水体提取以及缺少不同方法之间的对比等不足,以Sentinel-1 SAR影像为数据源,通过选取两个水体占比不同的区域,比较分析了Otsu法、面向对象法和U-Net法三种方法的水体提取精度,并基于最佳水体提取方法对鄱阳湖十期主体水域面积进行时空分析。结果表明:?U-Net模型的水体提取精度在三种提取方法中最高,其F1值分别为0.986 1和0.878 6;?鄱阳湖水域面积在整个研究阶段表现为“陡升缓降”的变化趋势,其在2020年7月14达到峰值,其主体水域面积为3 608 km²;?洪水淹没范围主要分布在鄱阳湖西部、西南部、东南部以及东北部。     

滑坡泥石流的多源遥感提取方法

针对汶川地震灾区内滑坡泥石流多发的现象,分析了基于光学遥感数据和SAR数据的滑坡泥石流提取方法.光学遥感数据使用多期影像变化检测和灾后SAR数据使用特征提取的方法,可以分别有效地对滑坡泥石流信息进行提取.结果显示,文中使用的方法可为滑坡泥石流多源遥感监,测提供方法参考.     

基于高分辨率卫星影像数据高原输电通道巡视技术的研究

近年来,随着西电东输工程的持续推进,位于高原区域的输电线网规模持续扩大,但因受高原气候条件影响,高原区域内的输电通道巡视难度逐步增大。为提升高原输电通道的巡视精度、效率,保障高原输电通道的安全,本文以worldview-3高分卫星影像数据为数据源,采用多尺度分割技术与面向对象分类算法,研究分析高原输电通道关键地物信息的提取方法,研究表明：（1）面向对象算法适用于高分影像数据的信息提取,其地物信息提取精度较高,能够满足输电通道的巡视工作,这表明基于高分卫星影像技术的输电通道巡视可行;（2）基于多尺度分割技术耦合面向对象分类算法提取的大棚信息精度可达95%,可替代人工解译工作,而道路信息精度可相对较低,但仍可替代大部分人工解译工作;（3）与传统野外核查、人工目视解译相比,基于多尺度分割技术耦合面向对象分类算法具有边界精度高、效率高等优势。     

基于高分遥感影像的地震受灾建筑物提取与倒损情况快速评估

以鲁甸地震为例,基于灾后无人机航拍影像,利用均值漂移分割算法以及C5.0决策树分类算法,提取了受灾建筑物区域,并对建筑物倒损率与地震烈度进行了估算,经目视解译验证以及与官方发布地震信息比对,倒损率相对误差均小于5%,地震烈度估计则与真实信息完全吻合。同时,利用采样方法计算了真实倒损面积与分类倒损面积的比值系数,提出了对于同一地震、相似地貌、相似建筑物分布的不同区域的建筑物倒损面积评估模型,经验证,其相对误差最小可低达5.31%,从而实现了倒损面积更准确的快速评估。     

福建地震灾害损失计算分析与思考

介绍了福建城乡震灾快速评估系统。根据震害预测模型,利用该系统平台对1992年以来发生的对福建有较大影响的5级以上中强地震进行震灾快速评估。将系统震害计算结果与实际震害调查评估结果进行对比分析,给出了系统评估结果与实际调查结果的数量差异关系,并提出了建立基于遥感影像的震害评估模型的设计思考,从而为震害预测系统设计提供重要的参考意义。     

基于RS与GIS混合编程的公路水毁灾情信息提取

研究了基于高分辨率卫星遥感影像的公路水毁灾情信息提取模型,通过解决跨软件环境的开发问题,实现了基于遥感与地理信息系统混合编程的公路水毁灾情信息提取系统。使用高分辨率卫星遥感数据形成融合数据,通过分析融合图像的光谱、几何、纹理特征,建立了公路信息提取规则,构建了面向对象的公路信息提取模型。根据水在近红外和中红外波长范围内反射率极低的特性,同时考虑不同环境背景造成的信息提取复杂性,研究了具有自适应特点的水面提取模型。通过建立组件式地理信息系统和遥感应用环境之间的通信和数据共享机制,实现了模型运行的交互式用户界面,并提供叠置空间分析功能,从灾后公路边界提取结果中去除水面部分,获得公路水毁信息。实际应用表明,系统可以满足相关工作对公路水毁灾情信息提取技术的要求。     

航空遥感影像上震害解译的结构模型与几何特征的获取

首先给出了基于航空遥感影像的震害分类方案及各种震害在遥感图像上的主要特征，提出了一种震害解译的结构模型。然后讨论了震害的几何测度指标，并研究了震害几何特征的获取，最后对遥感影像震害解译的前景进行了展望。     

塔里木盆地北缘盐渍地遥感调查及成因分析——以渭干河-库车河三角洲绿洲为例

土壤盐渍化严重威胁着干旱区绿洲的稳定与可持续发展，因此监测盐渍地的分布范围和程度以及分析其成因有着重要的意义。以塔里木盆地北缘盐渍地普遍发育区域渭干河-库车河三角洲绿洲为例，利用TM遥感影像，在野外调查的基础上，采用监督分类中的波谱角度分类法进行了盐渍地调查研究。该方法对盐渍地的提取精度可达到92％左右，是干旱区盐渍地监测的一种有效方法。在此基础上分析了渭干河-库车河三角洲绿洲盐渍地的分布范围与程度，并结合气候、地貌、水文、人类活动等因素，对盐渍化成因进行了讨论。结果表明：干旱荒漠气候是形成盐渍地的前提条件，母岩和母质含盐是形成盐渍地的物质基础，地表水和地下水的补给是形成盐渍地的动力，人为因素是形成灌区次生盐渍地的重要条件。