遥感分类方法在建筑物震害提取中的应用（以玉树地震为例）

建筑物损毁情况是地震灾害评估的一项重要指标,利用遥感技术快速提取震后建筑物震害信息,对科学指导地震应急救援工作具有重要意义.利用2010年4月14日青海玉树7.1级地震前后玉树县结古镇团结村高分辨率遥感影像,结合像素光谱和空间特性的纹理、结构等多源信息,基于支持向量机（SVM）方法,对地震前后建筑物信息进行分类提取,变化检测出建筑物损毁情况,并与面向对象多源信息复合的模糊分类法的分类精度、提取效率进行对比分析.研究结果表明,多源数据复合的SVM影像分类方法能够有效解决模糊分类影像破碎问题,地震前后两实相影像分类总精度达到77.53％和73.56％,提高了建筑物震害信息提取精度.     

基于震前高分影像和震害仿真的建筑物震害快速评估：以四川泸定6.8级地震为例

精细化的建筑物震害评估,对震后应急救援和烈度评估具有重要的意义.为解决因震后高分辨率影像缺乏导致无法快速开展建筑物震害评估的实际需求,以四川泸定6.8级地震为例,提出基于震前高分影像和震害仿真的建筑物震害快速评估方法.首先通过深度学习技术提取灾区建筑物空间信息,在收集实际地震动记录的基础上,结合精细化的建筑物震害仿真方法,对震中部分村镇的建筑物震害及地震烈度进行了快速评估,并与震后获取的无人机影像解译结果、现场调查烈度及余震等进行验证.结果表明震中附近的磨西镇烈度估计达到Ⅸ度,其他地点的估计结果与发布的烈度图进行比较,其衰减较为一致,且与余震发生空间较为重合,进一步证明该方法可作为震后大范围影像缺失的“盲区”的建筑物震害快速评估的有效方法,为现场应急、灾害调查和烈度评定提供信息支撑.     

无人机技术在新疆塔县地震的应用及实现

目前,地震灾情信息的获取主要依靠地震现场调查,费时费力,为第一时间快速了解灾区灾情,以便尽快做出救灾决策,指挥调度救援力量,引进新的技术手段辅助获取灾情信息十分必要。进行了无人机技术在新疆塔什库尔干县地震的应用研究,利用无人机技术,获取了地震极灾区库孜滚村高分辨率影像数据,结合震前GF-1遥感影像数据及地震现场震害调查数据,获取极灾区灾情信息。结果表明:无人机遥感技术可快速采集极灾区遥感影像,有利于对灾情做出正确判断和评估。根据无人机遥感影像结合震前遥感影像和地震现场调查数据,进行区域建筑物结构类型和损毁程度遥感解译,可快速获取灾情,无人机技术在地震应急方面应用效果显著,为灾情评估、救援和灾后重建工作提供了科学决策依据。     

2013年四川芦山7.0级地震烈度遥感评估

2013年4月20日四川芦山MS7.0级地震发生后,在灾区应急获取了多种高分辨率航空和无人机遥感影像,并快速解译提取了灾区建筑物震害信息.采用地震烈度遥感定量评估方法,利用2008年汶川8.0级地震等震后震害遥感解译和现场调查研究确定的经验震害遥感定量评估模型,获得了芦山地震灾区126个主要居民点的地震烈度遥感评估结果,并据此圈画了地震烈度分布遥感评估图.结果显示,本次地震Ⅸ度区面积约150km2,Ⅷ度区面积约900km2.该结果在第一时间(4月21日晚)提供给了中国地震局地震现场应急指挥部.对比分析显示,地震烈度遥感快速评估结果与中国地震局4月25日公布的地震烈度图,以及与笔者在现场实地进行的建筑物震害详细调查结果基础上评定的地震烈度具有较高的一致性.表明强烈地震发生后,借助于快速获取的灾区高分辨率遥感影像,可以快速估计地震烈度分布,对地震灾区灾情估计和抗震救灾工作具有十分重要的参考意义.     

基于无人机影像的九寨沟地震建筑物震害定量评估

利用2017年8月8日九寨沟7.0级地震震后获取的无人机影像,结合地面震害调查资料,分析各类建筑物震害特征,建立建筑物震害无人机遥感解译标志;选取地震灾区漳扎镇(部分区域)和荷叶寨2个区域作为研究区,进行了无人机遥感建筑物震害提取,基于遥感震害指数进行了震害定量评估,并与现场建筑物震害调查统计结果进行了比较验证。结果显示,遥感解译建筑物震害与实际震害程度相吻合,表明利用震后快速获取的高分辨率无人机影像,可以较为准确地识别建筑物震害,进而为地震灾害定量评估和应急救援辅助决策提供重要参考。     

基于面向对象的高分辨率遥感建筑物震害信息提取与评估

为了快速地确定地震等自然灾害引起的受灾区域范围,并对其受灾程度进行及时评估,本文采用面向对象的建筑物检测方法,基于高分辨率遥感影像所包含的地物几何结构和纹理特征信息,提出了一种建筑物震害信息提取与评估的方法和技术流程.在此基础上,以2010年玉树M_S7.1地震部分地区地震前后的QuickBird影像为例,对受灾区域震前、震后建筑物的形状、面积等信息进行提取,提取精度分别为88.53%和90.21%,对该区域建筑物变化信息进行提取所获取的建筑物变化信息精度为79.68%,统计变化区域像素个数,确定变化面积为15 923.52 m2,占研究区域总面积的68.16%,因此评估其为中重度受灾区域.本文结果与实地考察结果一致,证实了这种快速的震害信息提取与评估流程切实有效,能够快速评估受灾区,为灾后第一时间抢险及救援提供重要参考.      

结合纹理和形态学特征的高分遥感影像建筑物震害信息提取

为提高震害信息获取时效性,对基于我国国产高分遥感影像的建筑物震害信息提取方法进行深入研究,本文以2017年5月11日新疆塔县M_S5.5地震为例,利用该地震前后极灾区高分遥感影像,利用结合纹理和形态学特征的方法进行了建筑物震害信息提取,通过变化检测分析获取了极灾区建筑物震害信息,并与基于像元级和基于目标级的信息提取结果进行对比,采用震后无人机影像目视解译结果对本文结果进行了精度验证。结果表明:通过缩减研究区范围可大力提高数据提取精度和速度;运用灰度共生矩阵、二值化、数学形态学等方法对影像进行迭代运算,能较好地提取高分遥感影像中的建筑物信息;通过对地震前后建筑物提取结果进行变化检测分析,能够有效地提取完全倒塌的建筑物,信息提取总体精度为90.45%,比基于像元级和基于目标级信息提取结果的精度分别提高了5.78%和5.23%,可为震后快速确定人员压埋点、部署救援力量提供决策依据,提高地震应急救援的时效性。      

基于深度学习的倾斜摄影建筑物表面损毁信息提取

建筑物受损信息是地震受灾程度评估的基础,针对传统建筑物表面信息识别人工成本高、效率低等问题,受深度学习提取建筑物影像的启发,提出利用无人机倾斜摄影模型与深度学习相结合的方法提取震后建筑物表面破损信息。以2019年长宁6.0级地震为例,选用双河镇震后倾斜摄影模型切片图为数据源,对比分析面向对象分类方法、VGG-16模型和DeeplabV3+模型对建筑物表面损毁信息的提取结果。分析结果表明,针对建筑物表面破损信息的提取,尤其是细小裂缝的提取,语义分割网络DeeplabV3+模型具有较强的优势(准确率96.93%、召回率96.85%、总体精度96.89%),可实现建筑物表面破损信息的有效提取,具有较强的应用价值。     

基于高分辨率合成孔径雷达影像建筑物成像几何结构的震害特征分析

传统的利用震后单幅合成孔径雷达(SAR)影像对建筑物的震害特征分析大多基于街区范围, 很少基于其成像几何结构． 本文基于高分辨率SAR影像上的建筑物成像几何结构, 分析了建筑物单体的震害特点, 建立了利用距离向线性灰度累加的方法提取规则未倒塌建筑物的叠掩区和阴影区及倒塌建筑物的倒塌区, 并在此基础上进行各几何特征区域的纹理特征, 如同质度、 不相似度和熵的计算及其组合特征分析, 由此建立了基于SAR影像建筑物成像几何结构的震害分析方法． 采用该方法对2010年玉树M_S7.1地震震后玉树县城区的高分辨率SAR影像进行分析, 结果表明: 叠掩、 阴影和二次散射亮线是进行建筑物震害解译的有效几何结构特征, 其中叠掩区和阴影区的影像纹理特征具有较好的震害识别能力; 与传统的简单特征统计方法相比, 考虑建筑物SAR影像成像几何结构的特征统计法, 可以显著提高建筑物的震害识别能力.      

面向对象遥感分类方法在汶川地震震害提取中的应用

震后城市建筑物震害的自动识别与分类, 是遥感震害调查中的关键步骤, 其精度直接影响损失评估的结果. 而随着高分辨率遥感影像的发展, 传统基于像元的分类技术已不能满足需求, 引入面向对象的信息提取技术, 充分挖掘影像对象的纹理、形状和相互关系等信息, 能够有效的提高震害的分类精度. 该文阐述了面向对象的遥感震害提取思路和方法, 并应用汶川地震震后高分辨率航空遥感数据, 针对建筑物震害进行面向对象的快速提取与自动分类. 结果表明, 与基于像元分类比较, 面向对象的建筑物震害分类能够显著改善分类效果.     

基于SEaTH算法的芦山地震无人机低空遥感影像信息对象级分类

在地震这种重大自然灾害面前,快速有效地从遥感影像中提取震区土地利用信息,在灾情评估及灾后重建中发挥着重要作用。选取四川省芦山地震灾区无人机影像为数据源,运用面向对象的影像分析方法,首先研究了多尺度分割中参数的选择,获取了研究区最优分割参数;然后考虑了各个"影像对象"的数字化特征值,利用改进的SEaTH算法进行特征值优化处理;最后采用了隶属度信息提取方法,获得了芦山地震灾区无人机低空遥感影像分类图,并进行了分类精度评估,结果表明:研究区影像的分类总精度为87.5%,kappa系数为0.835。     

2014年鲁甸MS6.5地震龙头山镇场地高密度电法勘探

鲁甸MS6.5地震造成大量房屋损毁及人员伤亡,其中龙头山镇房屋损毁最严重、人员伤亡最多。地震后,骡马口场地被选为恢复重建的主要场所。应用高密度电法分别对鲁甸震区龙头山场地、骡马口场地进行了勘探作业,初步认为勘探场区内地质构造复杂,断裂发育,构造展布以北东、北西向为主。龙头山场地地层较为破碎,场地内存在一洪积扇,是造成其上建筑物破坏严重的重要因素;骡马口场地地形开阔、地势平坦,是地震恢复重建的有利场所,场地内存在断裂活动的迹象,建筑选址时应注意避让。同时,认为高密度电法具有高效快捷,资料分析处理相对简单,便于震后断裂构造快速判断和场地快速评估。     

基于全极化Radarsat-2影像的建筑物震害评估

利用震后灾区全极化SAR影像可快速提取建筑物震害信息,为应急救援的快速有效实施提供重要的灾情信息支持。本文建立基于极化散射矩阵的Pauli-Wishart监督极化分类的建筑物震害信息提取和以街区为尺度的震害程度评估方法,包括Pauli分解、Wishart监督分类和遥感震害指数提取,并利用玉树县城区2010年4月14日青海玉树7.1级地震震后全极化Radarsat-2影像,提取了建筑物震害信息。经统计,确定结果总体分类精度达到0.81,Kappa值为0.61,表明本文提取建筑物震害的方法是可行的。     

基于相关变化检测与面向对象分类技术的 多源遥感图像震害信息提取

遥感图像面向对象分类作为空间信息提取的关键技术, 在震害信息提取方面发挥着非常重要的作用, 然而由于光学遥感影像是正射图像, 只能提取建筑物屋顶信息, 这使得单一利用震后光学影像进行震害信息提取存在一定的局限性. 针对该问题, 本文提出了一种基于合成孔径雷达(SAR)相关变化检测的光学影像震害建筑物面向对象提取方法, 即在光学影像面向对象提取的数据中融合SAR相关性, 对光学影像进行面向对象提取震害建筑物时不仅考虑建筑物的几何、 光谱等特征, 还加入震前震后变化信息即SAR相关性进行分类. 在此基础上, 选取2008年汶川M_S8.0地震震区都江堰地区作为研究区进行试验. 结果表明, 本文提出的方法相对于单一使用光学影像进行震害建筑物提取, 其准确度有较明显的提高.      

一种快速的震害评估方法——基于区域的遥感影像差值分割提取技术研究

根据建筑物在高分辨率遥感影像中“面”的特征,对差值法提取倒塌建筑物技术进行改进,将多阈值分割、类别筛选和数学形态学运算等概念引入差值法后处理过程中,提出基于区域的差值分割提取技术,并将新方法引入到完好建筑物的提取.通过对汶川地震中都江堰市某个街区进行计算,使用改进后的新方法进行评估,并与面向对象的方法和目视判读方法进行...     

基于居民地不同烈度下的地震灾害评估系统设计与实现

现有地震灾害评估系统多以设定地震的方式进行震害评估,无法满足地震灾害风险评估中按照不同烈度对整个行政区域进行地震灾害评估的业务需求,本文以现有计算模型为框架、以ArcEngine 为GIS开发平台、采用C/S结构进行基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统设计。系统以居民地为评估单元,根据选择的评估区域,按照Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度、大于等于Ⅹ度5个级别分别进行地震灾害建筑物损坏情况和人员伤亡评估,结果可为各级政府及相关部门进行区域地震风险评估、地震灾害预评估提供技术支持。     

基于最优分割的高分辨率遥感影像震害建筑物识别技术

为了提高建筑物震害信息提取的效率与准确度,针对震后高分辨率遥感影像,根据震害建筑物在遥感影像上的特征,以2010年海地M_S7.0地震为例,通过尺度参数估计算法自动选择最优分割尺度对影像进行多尺度分割,并采用面向对象方法对海地高分辨率遥感影像进行建筑物震害信息提取,同时与基于像元的支持向量机、反向传播神经网络、基于分类回归算法的决策树分类方法进行比较。试验结果表明,面向对象的分类方法具有更好的目视效果和更高的分类精度,有利于地震后震害信息的准确提取和快速评估。      

地震前后遥感影像空间尺度特性与最优空间尺度选择

本文基于不同计算窗口大小的改进局部方差方法, 判定地震后遥感影像上的目标物, 如损毁建筑物、 完好建筑物的最佳空间尺度。 对航片、 QuickBird影像进行了系列实验分析, 得到了在QuickBird影像中城区完好建筑物最佳空间分辨率在2~3 m, 损毁建筑物最佳空间分辨率2~4 m, 航片中城区完好建筑物最佳空间分辨率为3~4 m。 最佳空间分辨率与目标地物的尺度紧密相关, 不同尺度大小的地物具有不同的最优空间尺度。 最佳空间尺度的选择在处理海量高空间分辨率影像时通过重采样选取最佳空间分辨率, 可以有效减少图像运算时间, 在地震灾害快速评估中具有一定的应用意义。     

无人机遥感技术在新疆皮山地震灾情获取中的应用

2015年07月03日,新疆维吾尔自治区和田地区皮山县（37.6°N,78.2°E）发生M_S6.5级地震,震源深度10km。本文利用高性能无人机数据采集平台获取灾区高分辨率影像数据,结合地震现场震害调查建立建筑物震害遥感解译特征,采用人工目视解译完成了灾区6个0.01°×0.01°格网评估区房屋类型及损毁程度应急遥感调查,获取测区地震灾情信息。结果表明:测区内房屋结构类型主要包括土木、砖木、砖混结构;倒塌房屋主要为土木结构及个别老旧砖木结构房屋,倒塌和局部倒塌的土木结构房屋占评估区土木结构房屋总数的68%,倒塌和局部倒塌的砖木结构房屋占评估区砖木结构房屋总数的12%;测区砖混结构房屋局部倒塌1间,未倒塌228间,砖混结构显示出良好的抗震性能,对避免人员伤亡和减少经济损失起到重要作用。     

不同特征融合的震后损毁建筑物识别研究

采用玉树地震Quick Bird影像,对不同损毁级别的建筑物进行采样分析,提取不同损毁情况表征纹理特征的灰度共生矩阵中区分度较好的特征参数。比较不同特征融合之后损毁建筑物提取精度。结果表明,灰度共生矩阵中纹理特征参数对不同损毁程度的建筑物具有不同的区分度,光谱特征与纹理特征结合,损毁建筑物识别精度最高,不同的特征参数混淆使用会造成信息冗余,从而降低信息提取精度。在实际工作中,要根据遥感震害机理选取合适的特征组合,提高损毁建筑物的提取精度。