雷達(dá)遙感對建筑物震害信息提取方法的綜述

高憲慧

珠海市測繪院，廣東珠海 519000

地震屬于自然災(zāi)害中危害最大的一種，想要降低地震災(zāi)害的影響和損失，必須要在地震發(fā)生之后，快速獲取震害信息空間分布情況，實現(xiàn)對人力、物力資源的有效配置。以往在獲取震害信息方面以現(xiàn)場調(diào)查以及實地勘測方式為主，雖然能夠保證信息獲取的準(zhǔn)確性和正確性，但是需要花費較長時間，工作量大，信息獲取效率低。另外，在嚴(yán)重震害出現(xiàn)后，交通以及信息往往會出現(xiàn)癱瘓，勘察人員很難深入災(zāi)區(qū)詳細(xì)調(diào)查震害情況。遙感技術(shù)不受地面因素限制、快速、準(zhǔn)確，在震害信息獲取方面有著非常廣泛的應(yīng)用。雷達(dá)遙感屬于遙感的一種特殊類型，對于太陽輻射依賴小，不受雨雪等因素限制，能夠全天候作業(yè)，震后快速獲取災(zāi)區(qū)遙感影響，發(fā)展?jié)摿Υ?，本文就雷達(dá)遙感建筑物震害信息提取方法展開研究分析。

1 信息提取技術(shù)

1.1 信息提取技術(shù)發(fā)展

遙感技術(shù)以遙感數(shù)據(jù)獲取、遙感應(yīng)用以及信息提取作為核心，信息提取與遙感應(yīng)用以及數(shù)據(jù)獲取之間存在有十分密切的聯(lián)系。以雷達(dá)傳感器發(fā)展為基礎(chǔ)支撐雷達(dá)遙感震害提取信息技術(shù)發(fā)展。

1.2 信息提取方法分類

信息提取方法根據(jù)當(dāng)前的自動化水平有兩種不同類型，一種為目視解譯，另一種為計算機(jī)自動信息提取。在計算機(jī)自動提取方面，可以根據(jù)雷達(dá)影像時相數(shù)將其分為單時相和多時相。在單時相提取方法方面，有基于影響極化特征方式以及基于應(yīng)先紋理特征方式，在多事項方法方面，有基于相干特征變化檢測以及基于強(qiáng)度特征變化檢測等。另外，在單時相方面，也可以應(yīng)用強(qiáng)度特征，在多時相方面，也可以應(yīng)用極化特征。

1.2.1 目視解譯

目視解譯主要是目視判斷建筑物破壞情況，以分析建筑物雷達(dá)影響表現(xiàn)特征為基礎(chǔ)。選擇目視解譯方式，必須要做好目視解譯標(biāo)志的建立，雷達(dá)圖像目視解譯標(biāo)志有尺寸、陰影、灰調(diào)、形狀等，這些方面標(biāo)志受到雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，如波長、入射角方面因素，以及目標(biāo)物參數(shù)，如表面粗糙度、面散射特性、方向特性等方面因素影響。目視解譯過程中需要對這些方面因素有充分的分析考慮。

在雷達(dá)遙感技術(shù)發(fā)展過程中，雷達(dá)遙感影像的空間分布率越來越高，能夠滿足震害目視解譯方面的實際需要，在之前的玉樹地震中，高分辨率雷達(dá)遙感影響發(fā)揮了非常重要的作用。為了進(jìn)一步提高雷達(dá)遙感影響目視解譯效率，有專家提出通過雷達(dá)遙感模擬輔助雷達(dá)遙感影像目視解譯。描繪城區(qū)完整建筑以及損毀建筑的三維建模，應(yīng)該射線跟蹤電磁計算方式等方法模擬不同地震災(zāi)害下建筑物雷達(dá)遙感模擬圖像，為之后的城區(qū)建筑震害解譯積累經(jīng)驗。

雷達(dá)遙感屬于主動遙感，在影像方面，透視收縮以及疊掩現(xiàn)象很難有效避免，另外存在嚴(yán)重的斑點噪聲，很大程度上增大了雷達(dá)影響目視解譯難度。在目視解譯雷達(dá)影像建筑物時，不僅要熟悉相關(guān)的解譯標(biāo)志，同時還需要對建筑物結(jié)構(gòu)、排列方向等方面情況展開充分全面的分析考慮，與雷達(dá)入射角、雷達(dá)波長等方面情況結(jié)合在一起。分析人員需要深入了解雷達(dá)成像機(jī)理，正確識別雷達(dá)圖像震害信息。

1.2.2 計算機(jī)自動信息提取

計算機(jī)自動信息提取主要是采取計算機(jī)圖像處理措施，通過多時相圖像變換檢測，分析建筑物震害信息。

在單時相影響震害信息提取方面，主要是結(jié)合震后一期影響，通過對紋理特征以及極化特征的分析，探討在建筑震害方面信息，選擇紋理特征方式，高分辨率遙感影響有著非常豐富的紋理信息。在遙感影響上，會表現(xiàn)出不同的紋理特征，獲取建筑倒塌方面信息，但是該方式當(dāng)前在實際應(yīng)用中還不是十分成熟，不同方法有不同的應(yīng)用效果和鑒別能力，雷達(dá)遙感建筑震害信息提取還需要結(jié)合實際情況科學(xué)合理的具體分析方法。選擇極化特征方式，極化信息在地物方向以及形狀方面有著較大的敏感性，屬于當(dāng)前雷達(dá)遙感城市一項重要應(yīng)用工具，倒塌房屋以及完好房屋在極化特征方面存在有較大的差異性，通過不同的極化特征，能夠?qū)崿F(xiàn)對倒塌房屋和完好房屋的有效區(qū)分，基于極化特征分類方法在實際應(yīng)用中還有著較多的限制。首先分類結(jié)果會很大程度上受到閥值選擇因素影響；其次很難實現(xiàn)對倒塌房屋以及與衛(wèi)星飛行方向不平行房屋的有效區(qū)分；最后數(shù)據(jù)源方面存在較大限制。

在多時相影像震害信息提取方面，主要結(jié)合震前、震后不同影像，通過檢測變化方式對建筑倒塌情況進(jìn)行判斷?；诶走_(dá)遙感強(qiáng)度特征檢測方法，借助雷達(dá)遙感散后向射強(qiáng)度特征差異獲取震害信息，地震后，被破壞建筑向后散射強(qiáng)度會出現(xiàn)一定的下降，通過這種方式實現(xiàn)對建筑物震害的有效識別?；诶走_(dá)遙感相干特征變化檢測方法，雷達(dá)遙感影響不僅能夠記錄地物后向散射強(qiáng)度信息，同時還能記錄相位信息，可以針對雷達(dá)遙感影響展開干涉處理?；趶?qiáng)度特征和相干特征綜合分析，當(dāng)前在具體強(qiáng)度特征對震害提取有效方面還存在有較大的爭議性，相干特征非常容易受到成像時間間隔、波長以及衛(wèi)星空間位置等方面因素影響。另外，應(yīng)用震前、震后雷達(dá)遙感幅度圖像比值，能夠有效區(qū)別地震前后建筑變化情況，建筑破壞程度與相干系數(shù)變化指數(shù)有著非常大的相關(guān)性。

2 信息提取方法對比

2.1 目視解譯

目視解譯影像數(shù)1幅，準(zhǔn)確度以及精確度相對較高，對于分析人員有著非常嚴(yán)格的要求，工作量大，需要花費較長分析時間，一直是建筑物震害解譯主要方式之一，有著非常廣泛的應(yīng)用。

2.2 紋理特征分類

紋理特征分類影像數(shù)1幅，不需要震前建立影像，在影像空間分布率方面要求較為嚴(yán)格，但是容易被噪音干擾。

2.3 極化特征分類

極化特征分類影像數(shù)1幅，不需要震前建立影像，有著非常高的分類精度，很難實現(xiàn)對倒塌房屋與衛(wèi)星軌跡不平行房屋的有效區(qū)分，但是數(shù)據(jù)源相對較少，沒有足夠的空間分布律。

2.4 強(qiáng)度變換檢測

強(qiáng)度變換檢測影像數(shù)2～3幅，對于影響的需求量少，算法復(fù)雜性低，有著類似的成像條件。

2.5 相干變換檢測

相干變換檢測影像數(shù)超過3幅，對于影響的需求量大，與成像幾何以及影響獲取時間存在十分密切的聯(lián)系。

3 存在的問題和發(fā)展趨勢

雷達(dá)遙感影像在建筑倒塌信息提取方面有較大的難度，主要是因為雷達(dá)遙感屬于主動遙感，影像上透視收縮以及疊掩現(xiàn)象很難避免，斑點噪聲嚴(yán)重。建筑物影像特征不僅受到自身特征因素影響，同時還受到雷達(dá)入射方向、極化方式等方面因素影響。當(dāng)前建筑形態(tài)多種多樣，排列方式以及分布特征有著較大的地域性差異，最終增大雷達(dá)影像特征差異，同時還會受到植被、道路等因素影響。

雷達(dá)遙感影像目視解譯需要分析人員有較高的專業(yè)技術(shù)水平，誤判情況無法避免，地形起伏較大區(qū)域甚至很難應(yīng)用目視解譯。就計算機(jī)自動信息提取而言，目視解譯方式現(xiàn)階段有著非常廣泛的應(yīng)用，還將持續(xù)應(yīng)用較長時間。自動信息提取方式能夠很大程度上減少工作人員的任務(wù)量，但是當(dāng)前自動信息提取精度還很難滿足實際需要，很多方法只有在特殊情況下才能有效應(yīng)用。

當(dāng)前雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)源越來越多，在建筑物震害信息提取方面，雷達(dá)遙感技術(shù)將會發(fā)揮出越來越重要的作用，向著多源數(shù)據(jù)協(xié)同分析方向發(fā)展。另外，不管是基于紋理特征方式還是基于極化特征方式，都僅應(yīng)用了雷達(dá)遙感部分特征，分類精度受較大限制。面向?qū)ο蠹夹g(shù)可以將雷達(dá)遙感影像多方面特征充分發(fā)揮出來，使分類精度得到顯著提高。當(dāng)前雷達(dá)遙感影像空間分辨率越來越高，全極化雷達(dá)遙感影響數(shù)據(jù)越來越多，面向?qū)ο蠹夹g(shù)所發(fā)揮的作用也將越來越大。

4 結(jié)語

雷達(dá)遙感能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全天時觀測，在地震災(zāi)害應(yīng)急方面所發(fā)揮出的價值不斷提高?；仡櫡治鲈诮ㄖ镎鸷χ欣走_(dá)遙感信息提取發(fā)現(xiàn)，對當(dāng)前不同雷達(dá)遙感建筑物震害信息提取方式對比。當(dāng)前在雷達(dá)遙感影響方面提取建筑物震害信息有著非常大的難度，以目視解譯方式為主。但是因為雷達(dá)遙感成像機(jī)理存在有較大的特殊性，現(xiàn)實地理環(huán)境有著較大的復(fù)雜性特點，目視解譯方式非常容易出現(xiàn)誤判，必須要選擇專業(yè)水平高、經(jīng)驗豐富的解譯人員。在疊掩嚴(yán)重情況下，建筑震害判讀準(zhǔn)確性將受到極大影響，在不同條件下應(yīng)用多種自動信息提取方式，總精度仍不是十分理想。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，高時空分辨率、多極化雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)源越來越多，面向?qū)ο蠹夹g(shù)等信息提取方式的發(fā)展，雷達(dá)遙感技術(shù)在震害分析方面將會發(fā)揮出越來越重要的價值和作用。

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