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《中国地震局地质研究所》 2004年
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基于高分辨率遥感影像的建筑物三维信息提取、震害识别及震害预估方法研究

张桂芳  
【摘要】:由于目前地震发展水平所限,我们还难以准确地预测每一次破坏性地震的发生。因此,立足于“防”,居安思危,对有效减轻地震灾害损失十分重要。许多震例说明,恰当的应急反应可以有效地减轻灾害,尤其是能减少人员的伤亡。随着遥感技术的飞速发展,目前可用于地震灾害调查、震害快速评估以及建筑物自动检测的高分辨率遥感资料越来越多。遥感具有覆盖范围广、受地面状况影响小、图像获取方便等特点,遥感手段在建筑物识别、震灾调查和快速预估评估方面发挥出越来越重要的作用。过去,主要借助于目视判读对研究目标进行识别和解释。这种方法有局限性,如判别标准不易掌握,判别结果因人而异,精度差,尤其是耗时多,效率低。随着图像处理技术和计算机技术的发展,在专题信息提取和数字图像识别方面有了较大的进展,有可能在建筑物检测和震害预估评估中寻找出一种有效的模式识别方法,建立震害快速预估评估系统,在教大范围内开展震害预估评估工作,为政府高效地实施应急决策措施提供依据,从而有效地减轻地震造成的各种灾害损失。 城市发展迅猛,城市建筑物的基础测绘信息难以满足需求。本文提出了一种利用单幅遥感影像中的阴影信息,结合建筑物影像特征,提取建筑物空间位置及高度三维属性信息的方法。阴影能够反映地物的三维信息,建筑物阴影在增强建筑物检测的精度和可靠性方面起着非常重要的作用。本文设计了点生长算法,利用建筑物屋顶灰度比较均匀的特征找建筑物的边界点,并进一步确定建筑物边界的位置。论文中不但分析了影像上的阴影形状与太阳高度、方位的关系,以及与卫星高度、方位的关系,还分析了建筑物走向对阴影形状的约束作用,从而提出了建筑物高度与垂直于建筑物走向的阴影宽度之间的计算公式。阴影提取的好坏直接影响建筑物高度的计算精度。本文利用灰度值分割图像,提取出建筑物阴影,采用统计平均法计算阴影宽度;根据阴影确定建筑物走向。用本文提出的方法对上海市宝山区5个乡镇的高分辨率影像进行建筑物及其属性的识别提取,并自动生成矢量图层。对41个随机样本进行了实地考察验证,建筑物高度均方根误差是2.77米,相当于一层楼房的误差,楼房面积的均方根误差是68平方米,表明此方法是实用可行的。建筑物检测可为防震减灾提供出大量翔实的基础数据,同时结合收集到的实验区人口和经济资料,可快速展开预估研究。本文利用所提取的上海宝山区建筑物三维信息,在上海市地震危险性分析资料的基础上,开展了震害预估研究,得到了人员伤亡和经济损失预估结果。同时开发了地震预估子系统,实现了从基础数据获取到预估结果输出的处理过程。 本文利用震后单幅影像开展了震害识别算法研究。在分析我国不发达地区农村冬天的影像特征的基础上,考虑到不同地物相互区别的区域特性,提出了一种分层次的邻域统计和区域统计相结合的震害识别方法。本文以2003年2月24日新疆巴楚-伽师6.8级地震1:1000000的航片为例,得到了乡村地区遥感影像的震害识别模型。 在理论研究的基础上,本文利用交互式数据语言IDL设计开发了建筑物三维信息提取模块和震害识别模块实现了从数据输入到结果输出自动处理过程;利用MapBasic语言实现了地震参数输入、烈度包络线生成以及多个数据表间的GIS应用等功能,获得了具有实用化的震害预估软件模型。
【学位授予单位】:中国地震局地质研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P315.9

【引证文献】
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