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Q-OTSU算法高分三号水体快速提取方法研究——以河南鹤壁洪涝灾害监测为例

最大类间方差法（OTSU）算法是一种确定图像二值化分割阈值算法,其用于合成孔径雷达（SAR）影像中进行地物目标快速提取有突出的优势。本文提出一种优化的OTSU算法（Quick-OTSU,Q-OTSU）,可以快速提取SAR影像中的水体信息,满足洪涝灾害快速应急需求。2021年7月,河南省遭受持续性强降雨,引发特大洪涝灾害,本文采用多景国产高分三号卫星（GF-3）不同时相SAR数据,采用Q-OTSU阈值分割法快速提取河南省鹤壁市受灾区域水体信息,同时利用同期哨兵二号（Sentinel-2B）影像进行精度验证,分析受灾区域灾害情况。在获取影像24 h内就完成了水体信息提取,精度达到96.7%。研究结果表明：本文提出的Q-OTSU算法应用于国产高分三号数据水体提取中,精度高,可高效快速进行洪水灾情评估,能够为政府和相关部门及时、精确地掌握洪灾信息,科学防灾救灾提供了决策依据。     

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。     

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。     

高分辨率遥感图像在城市快速震害预测中的应用研究

以河南省某县城为例,通过分析高分辨率遥感图像,获取建筑物的属性信息,结合相关调查数据,建立震害矩阵,得到震害预测结果,计算综合地震危险性指数,评价该区域综合抗震能力。与实际调研结果对比后发现,基于高分表率遥感图像的建筑物信息提取技术具有较高精度,能够满足大范围快速震害预测的需要。     

道路震害快速评估与辅助决策系统

道路是地面交通生命线的重要组成部分,是抗震救灾人员和物资的主要地面运输通道。重大地震灾害发生以后,快速、准确地提取灾区的道路震害信息对于应急救援工作具有重要的意义。随着遥感影像数据源的逐渐丰富,对有效的道路震害快速评估与辅助应急决策专业软件的需求愈加迫切。介绍了一种道路震害快速评估与辅助决策系统,详细分析了该系统的模块与信息流程,深入研究了道路震害信息提取、道路震害快速评估与运输辅助决策等关键技术。实验结果表明,该系统性能能够满足地震灾害应急评估的要求。     

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。     

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WEBGIS的地震空间减灾信息化平台建设研究

地震已成为威胁人类生命、财产和社会经济发展最严重的自然灾害之一。针对当前地震应急减灾系统灾害信息获取时效性差、自动化和定量化程度低及信息集成共享等方面的不足,通过收集、整理地震灾害时空信息,结合灾区基础地理、多源遥感卫星影像及动态灾情信息,利用面向对象及主题的数据模型设计在线的地震应急减灾时空一体化数据库;提出了构建基于WEBGIS和空间技术的地震减灾信息化平台的总体设计架构、技术体系及功能模块;开发了平台原型系统,初步形成了地震灾害动态监测、灾害评估、灾情信息实时共享以及应急减灾辅助决策的一体化产品,为提高我国地震灾害应急减灾水平提供了借鉴作用。     

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。     

遥感震害快速评估技术在汶川地震中的应用

2008年5月12日四川汶川8.0级大地震发生后,在地面交通严重受阻、通信中断的情况下,遥感技术成为了地震灾情获取、地震应急和震后快速评估的重要手段。提出了利用高分辨率遥感影像进行地震应急和震后快速评估的技术流程,该流程涉及到遥感影像的数据管理、快速校正、图像增强、震害信息提取、地震灾情快速评估和评估结果网络发布等关键技术。利用遥感震害识别和快速评估技术准确提取了汶川地震的震害信息,绘制的基于遥感数据的汶川地震烈度分布图与中国地震局公布的基于地面调查结果的地震烈度分布图非常接近,首次实现了在震害遥感影像获取后的2~6h内,提供准确的宏观灾情分布情况以及初步的地震损失评估结果,在汶川地震的灾情获取、地震应急和震后快速评估中发挥了重要的作用。     

一种基于多波段距离加权的遥感影像时空融合方法及其在洪水监测中的应用

遥感影像时空融合技术可以从不同分辨率特征的传感器中,通过融合算法提取各自的高分辨率信息,生成双高甚至多高的融合影像。提出了一种基于多波段加权的时空数据融合方法,该方法利用近红、红、绿3个波段计算得到NDVI和NDWI值,用于提取MODIS影像的地物变化特征。结合单幅Landsat 7影像获得了不同变化区域重采样后的空间分布情况。并对STARFM原算法进行了改进,使之可适应不同区域的变化特征,即针对季节性变化区域,采用STARFM方法进行融合;对于地物类别变化区域,则采用距离加权法进行融合,最终得到具有高时间、高空间分辨率的融合影像。实验以深圳市为研究区,分别选取了2000年和2002年两年的遥感数据进行了实验。通过实验结果可知,基于多波段距离加权的融合结果同真实影像间的相关系数为0.86~0.89,优于STARFM算法(0.81~0.83)。此外,通过融合得到的多维高分辨率数据有利于丰富现有的遥感数据影像信息,可进一步应用于洪水监测方面的研究。     

DEM在西藏那曲雪灾遥感信息提取中的应用

数字高程模型（ＤＥＭ）广泛用于计算地形因子、辅助遥感影像的信息提取及参与地理信息系统（ＧＩＳ）的空间分析操作。本文主要介绍了ＤＥＭ在西藏那曲雪灾遥感信息提取中一些技术和方法的应用。结果表明，ＤＥＭ不仅可以消除由于地形因素的影响造成的像点太阳高度角偏差，提高积雪信息提取的精度，而且还是判别成灾状况的重要因子，是那曲雪灾遥感监测系统的重要部分。     

基于ENVISAT-ASAR数据的洪涝水体空间分布信息提取

分析了表面粗糙度、几何角度和极化方式对水体等地物在雷达图像上成像特点的影响因素以及纹理特征对水体提取的作用,分别对基于单波段数据的域值法、基于双极化数据的最大似然分类法和基于双极化数据和纹理信息的最大似然分类法从ENVISAT-ASAR数据提取洪涝水体信息的方法进行了分析与探讨.试验结果表明:域值法提取水体,存在很多诸如山体阴影等易与水体混淆的误提取问题;利用双极化数据并加入纹理信息参与水体信息提取,在一定程度上可以改善这种误提取现象,提高水体提取精度.纹理的选择方法要与当地的水体与山体阴影走向、形态等结合,这个试验过程是费时的.     

遥感图像道路信息提取算法研究现状与地震应急应用

遥感图像中道路信息的提取是遥感领域的一个研究热点和难点,同时在地震应急中有着重要的应用价值。首先,总结了遥感图像道路信息提取的主要算法;其次,讨论了目前的研究现状及在地震应急应用中的不足;最后,分析了遥感图像道路信息提取在地震应急中的应用前景及需要进一步推进的工作。通过遥感技术提升地震应急处置能力,具有重要的现实应用意义。     

基于纹理特征的高分辨率遥感影像灾害监测应用

变化检测方法作为遥感信息获取的主要技术手段之一,在灾害监测中已得到了一定应用。然而基于遥感图像灰度信息的变化检测方法,其阈值选取受到传感器和环境因素引起的"伪变化"信息影响。由于纹理特征具有移不变特性,可以利用地物空间结构信息开展变化检测,从而避免图像灰度"伪变化"信息的影响。该文在现有变化检测技术流程之上,通过纹理特征参数的分析,结合基于贝叶斯的图像阈值分割技术,建立了基于纹理特征的高分辨率遥感影像变化检测方法,并应用在汶川地震前后的福卫-2影像,与基于光谱影像的变化检测方法进行了分析对比。     

地震灾区河谷滑坡检测的遥感分析——以北川县滑坡为例

震区滑坡易堵塞河道形成高危型堰塞湖,一旦坝堤溃决,将释放巨大能量,造成严重的地震次生水灾。本文利用多源遥感数据,旨在研究一种检测河道滑坡的快速有效的方法,迅速判断出滑坡位置,为救援减灾提供重要信息。首先,对于灾前CBERS-02B星CCD数据,通过归一化水体指数(NDWI)来提取灾前水体信息主要为河道;由于灾后震区天气状况恶劣,故采用Radarsat-1SAR数据。利用水体在SAR影像上的特性,经过多次试验后使用阈值法来提取河道范围。再对两幅影像提取结果中的河道区域进行交集运算,检测出河道范围内的变化部分。通过上述方法提取的河道信息较为模糊、零散,这些模糊、零散并非都由滑坡堵塞河道造成,而是受噪声影响,在此对河道交集影像做膨胀处理,达到突出滑坡信息的目的,进而得以提取河道真实堵塞范围。最后进行人机交互判读,提取滑坡区域。实验以四川省北川县滑坡灾害为例,证明了本文方法的高效性与可靠性。     

基于遥感数据的区域洪涝风险评估改进模型

灾害风险评估是最简单有效的防灾减灾措施之一。以松花江流域为研究区域,提出了一种基于遥感实时监测数据和历史洪涝灾害数据的洪涝风险评估改进模型。选取中国气象科学数据共享服务网的降雨数据、NASA的SRTM90mDEM地形数据、河网数据以及对2007年全国统计年鉴进行空间化所得的人口和GDP数据作为因子,应用层次分析法计算了各因子的权重,基于洪涝灾害形成机制计算了初始的松花江洪涝风险指数。在此基础上,获取历史洪涝灾情频次数据和HJ-1实时遥感影像提取的水体淹没范围数据,利用地图代数法来对初始的风险指数进行改进。考虑历史洪涝风险的规律性和风险评测时的具体水体范围信息,使得所得结果能够反映松花江流域洪涝灾害的综合风险,具有一定的现势性,为防灾减灾提供了依据。     

基于气象卫星分形纹理的云雾分离研究

在研究了卫星图像上雾的光谱和纹理结构特征的基础上,采用差分盒维数计算模型对气象卫星遥感图像中的云雾进行了纹理分析和分离。采用划分、计算卫星图像各连通域,分别求取各连通域加权分形维数,进而设定维数阈值的方法进行了雾信息提取。利用GMS—5卫星红外通道资料,进行了云雾分离试验,取得了较好的雾信息提取效果。