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.     

遥感技术在城市建筑震害预测中的应用研究

长期以来,在城市的震害预测研究工作中,建筑物属性信息的主要获取方法是基于人工调查的传统方式。近年来,随着遥感技术的发展,尤其是高分辨率民用遥感卫星的成功发射,使得利用遥感技术进行城市震害预测成为可能。鉴于传统的信息获取方式存在的费时费力,数据获取周期长,数据信息时效性差等缺点,以郑州市中牟县的部分住宅区为例,对高分辨率遥感影像在城市震害预测中的应用做了相应研究。     

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。     

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。     

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。     

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。     

《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。     

破坏建筑物遥感信息提取技术——以尼泊尔8.1级地震为例

利用DigitalGlobal提供的遥感影像数据,提取了尼泊尔震区某一建筑区域地震前后的影像。采用监督分类、非监督分类和面向对象的分类方法对震前震后的遥感图像进行了分类,对3种分类结果进行了对比。结果表明,面向对象的分类方法比其他两种方法有更好的分类效果。通过与ArcGIS的人工矢量化图进行对比,发现在进行建筑物数量提取中,面向对象的分类方法能较准确地提取建筑物数量,为快速获取地震灾情、进行烈度评定等提供依据,对政府相关部门的应急救援与指挥决策有一定的指导作用。     

城市房屋震害的区域分析法--与点特征判据算法的对比研究

根据高分辨率遥感影像震害房屋的基本特征,提出在该影像条件下,震害房屋信息的自动获取技术应发展以区域分析为基础的识别算法,并给出了适于震害房屋信息获取的区域分析算法的基本概念、框架及实现过程.在此基础上,介绍了一种典型的区域分析框架下的震害房屋自动识别算法,并与点特征判据算法进行了对比.结果表明,基于图像区域分析算法的识别具有很高的精度和易于实现的客观条件.最后指出,在高分辨率卫星遥感影像将成为今后震害信息获取主要数据源的情况下,开发区域分析框架下的震害房屋信息识别算法是未来的发展方向.     

震害信息遥感获取技术历史、现状和趋势

回顾了基于遥感进行的震害信息获取技术的发展历史,总结了各个遥感技术发展阶段所采用的震害识别技术,对震害识别技术进行了分类,给出了每种分类方法的划分标准和原则,并对每一种震害识别方法的特点进行了分析和评价,指出了其各自的技术关键、优势和不足.根据现行各种识别技术的特点,结合遥感技术发展状况和地震灾害的特点,分析了震害信息获取技术的发展趋势.     

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。     

基于对象的高分辨率遥感图像滑坡检测方法

滑坡遥感检测对于灾害调查和制图具有重要意义,面向对象是高分辨率遥感图像信息提取的重要思路。以高植被覆盖的热带雨林地区为例,在对试验区滑坡遥感图像特征进行分析的基础上,提出了基于对象的高分辨率遥感图像滑坡检测方法。通过多期遥感图像的多尺度、多层次分割,确定了图像对象变化检测的基本单元,构建了滑坡检测多级对象层次网络;依靠图像对象特征、上下文关系和拓扑关系等,构建了适于该实验区的滑坡检测知识规则,从而将滑坡检测整个过程包含在图像对象分析之中,并最后实现了高分辨率遥感图像的滑坡检测。实例证明,基于对象的滑坡检测方法适于热带雨林地区的信息提取,这对于其它地理环境类似地区的灾害调查与制图工作具有一定的参考价值。     

基于多时相双极化Sentinel-1A数据的震害建筑物提取

地震发生后快速准确地获取灾区建筑物震害信息,是减少人员伤亡的有效途径。合成孔径雷达(SAR)遥感凭借全天时、全天候工作能力,在灾害评估方面发挥了重大作用。充分挖掘SAR数据的特征用于提取建筑物震害信息,是SAR成功应用于震后应急救援的关键。本文利用多时相双极化Sentinel-1A SAR数据,基于SAR的强度和相干性特征,进行震害建筑变化检测。对VV和VH极化SAR数据作为建筑物震害判别分析的变量,与建筑物震害建立判别关系,得到建筑物震害判别函数。利用此判别函数提取意大利阿马特里切镇的建筑物震害信息,并用光学解译结果验证本文方法的可靠性。结果表明,多时相双极化Sentinel-1A数据建立的震害建筑物判别分析方法能准确地评估建筑物震害信息,精度达到81%,能满足震害建筑物评估的需求。     

典型震害遥感图像的模型分析

实际震害复杂多样,反映在遥感影像上很难用某种固定的模式进行概括分析,因而震害遥感影像的解释至今还停留在人工判读水平上,难以做到快速、准确。地震应急响应要求尽量在最短时间内了解灾情以救灾抢险,利用遥感技术和图像模式识别技术是快速确定震害乃至灾情的重要途径。本文以1976年中国唐山地震震后航空遥感图像为主要样本图像,参照国内外其它地区震害遥感图像,进行了震害的分级,概括了相应的遥感图像特征,在此基础上,建立了提取震害样本图像各种特征参量的数学模型,初步分析了表征各种震害样本图像的参量组合及其阈值范围的确定方式。     

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。     

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。     

建筑物震害遥感图像的变化检测与震害评估

随着卫星遥感成为一种便捷的信息源，遥感手段将能在震害快速评估中发挥重要的作用。本文详细介绍了地震前后遥感图像的变化检测方法，并以张北地震为例，经精确配准，利用定性显示和定量计算的方法，对地震前后张北地震区的SAR图像进行了变化检测处理，确定了村庄建筑物的地震破坏及震害程度,为利用遥感图像检测建筑物的地震破坏进行了有益的探索。     

地震烈度包络线的遥感与GIS方法快速生成

地震烈度包络线通常用地面调查宏观地震影响和破坏现象来划分。本文介绍在完成国家“八五”科技攻关项目中，突破常规调查方法，采用遥感与ＧＩＳ技术，在室内针对震害遥感影像完成震害分类分级，进而通过人机对话完成地震烈度包络线的快速生成的方法和技术。运用该技术以唐山地震区作模拟试验表明：遥感与ＧＩＳ技术快速生成的高烈度包络线，不仅使大量实地调查变为室内遥感应用分析，时效提高了１０倍，而且其轮廓形状更趋客观实际。