90000字硕士毕业论文合成孔径雷达图像建筑物震害可视化解释及定量评估研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：90000字

论点：遥感,建筑物,地震

论文概述：

本文初步研究了 SAR 影像建筑物震害信息提取方法。首先介绍了与 SAR 影像建筑物震害信息提取相关的雷达遥感基础理论、高分辨率雷达遥感数据源及本文所使用的基础数据

论文正文：

第一章导言

1.1研究的目的和意义
地震是对人类危害最大的自然灾害之一。几千年来，地震给人类造成了严重的伤亡和经济损失。随着社会经济的发展，地震的危害越来越严重。2008年中国汶川地震造成69197人死亡，374176人受伤，18209人失踪，直接经济损失8451亿元。2010年海地地震造成113，000人死亡，196，000人受伤。智利地震造成至少750人死亡，玉树地震造成2220人死亡。日本2011年的9.0级地震引发了一场巨大的海啸，造成了大量人员伤亡和核事故。严重的地震灾害形势对人类的防震减灾能力提出了更高的要求。在地震预报尚未通过的现状下，快速、全面、准确地了解震后地震灾害，实施有效的应急救援尤为重要。传统的地面测量方法耗时长、效率低，难以满足地震快速响应的要求。此外，破坏性地震经常会对灾区的通讯和交通系统造成损害。一些地震发生在偏远地区，这使得现场调查灾害非常困难。而且，就像2011年日本地震造成的核泄漏事故一样，现场调查变得非常危险。遥感技术因其速度快、覆盖面广、信息丰富、不受地面自然条件限制等优点，自诞生以来就被应用于地震灾害调查，其优势已被以往地震应急实践所证明。
随着遥感技术的飞速发展，遥感灾害的调查越来越受到人们的重视。中国《国家地震应急预案》明确指出，“需要综合利用遥感等高新技术，实现灾害快速响应、应急指挥决策、灾害损失快速评估和动态跟踪”(国务院，2006)。《国家综合防灾减灾规划(2011-2015)》还指出，“要加强遥感、地理信息系统、导航定位、三网融合、物联网、数字地球等关键技术在防灾减灾领域的应用研究，推进防灾减灾科技成果的综合转化和应用示范”(国务院，2011年)。遥感已成为应对重大地震灾害的有力技术手段，并将在未来地震灾害调查中发挥越来越重要的作用。地震灾害遥感监测和应急救援最重要的是及时获取高质量的遥感数据源。
光学遥感是被动遥感，依赖于太阳的光照，容易受到云和雨等恶劣天气的影响。当灾区天气条件不好时，光学遥感难以有效获取图像，这极大地影响了遥感应急救援的及时性。合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar)遥感，作为一种特殊的遥感，能够穿透云层、雨雪，不依赖太阳辐射，具有全天候成像能力，在地震应急中具有特殊优势。近年来，合成孔径雷达遥感发展迅速。各种高空分辨率、高时间分辨率和多极化的合成孔径雷达卫星相继发射，为提取地震损伤信息提供了足够的图像数据。然而，合成孔径雷达遥感是一种主动遥感。它的成像机理、图像特征和图像处理方法与光学遥感有很大不同。基于合成孔径雷达图像的地震损伤解释非常困难，不能直接利用光学遥感领域的成果。目前，对合成孔径雷达图像震害信息提取方法的研究相对较少，缺乏实用的震害提取方法。因此，开展合成孔径雷达图像地震损伤信息提取研究具有重要的现实意义。地震造成的灾害可分为5类，即建筑地震破坏、建筑地震破坏、生命线工程地震破坏、野外地震破坏和次生灾害(陈新廉，1995年)。其中，建筑震害与人员伤亡和经济损失关系最为密切，是地震烈度评估的主要依据。本文的目的是研究从合成孔径雷达图像中提取建筑物震害信息的方法。

1.2国内外研究现状
1.2.1遥感技术在建筑物震害信息提取中的应用
(1)遥感技术的发展遥感顾名思义就是遥感。作为一个特殊术语，它最早是由美国海军科学研究局的普鲁特(Pruitt)在20世纪60年代提出的。然而，这一术语被科技界普遍接受，是由密歇根大学柳润实验室专门组织的一系列学术研讨会和出版物的广泛传播造成的(严守勇，2009)。遥感可分为广义和狭义。广义遥感(Remote sensing)是指通过非接触式传感器遥测物体几何和物理特征的技术，实际上包括电磁波遥感和力场遥感(严守勇，2009)。狭义遥感(Remote sensing)仅指电磁波遥感，即从非接触成像和其他传感器系统接收地面物体反射或发射的电磁波信号，并通过记录、测量、分析和表达获得地球、其环境和其他物体的几何和物理信息。本文所指的遥感是狭义的遥感。
虽然遥感的概念直到20世纪60年代才发展起来，但其前身摄影测量历史悠久。法国达盖尔于1839年发明摄影后，摄影测量开始发展(张建青等，2003)。1851年，法国陆军上校劳瑟德(Laussedat)提出会合摄影测量，并绘制了范森的城堡地图，标志着摄影测量的开始。此时的摄影测量技术可视为地面遥感。1855年，法国人纳达尔(Nadar)提出了使用航拍空照片进行测绘的概念，并获得了专利，但直到1858年，他才在80米空的高空气球上成功拍摄了世界上第一张航拍空照片(PAPA，2012)。纳达尔早期的照片没有保存下来。现存最早的航拍空照片是1860年美国黑人在气球上拍摄的波士顿照片(霍拉姆等人，2012年)。莱特兄弟在1903年发明了飞机，它为摄影测量提供了一个重要的导航空平台。1909年，人类在飞机上拍摄了第一次飞行空照片(爸爸，2012)。在第一次世界大战中，航空空摄影被用于军事侦察。在两次世界大战之间，航空空摄影开始用于民用领域，包括测量、地理、农业和林业(里斯，2001年)。第二次世界大战期间，随着近红外敏感仪器和雷达成像系统的出现，遥感技术取得了巨大进展(里斯，2001年)。

1.3本文的研究内容..............................35
1.4本条的组织结构..............................35-37
第二章基础理论和数据..............................37-53
2.1雷达遥感的物理基础..............................37-38 [/BR/] 2.2雷达遥感图像的特征..............................38-45[/比尔/] 2.3高分辨率雷达遥感系统..............................45-50
2.4本文使用的数据是..............................50-53
第三章合成孔径雷达图像对建筑物震害的可视化解释和定量评估..............................53-73
3.1建筑物地震损害的分类和分类..............................53-55
3.2合成孔径雷达图像中建筑物震害特征的理论分析..............................55-63
3.3真实合成孔径雷达图像上建筑物的震害图像特征..............................63-66
3.4建筑物地震损坏的视觉解释标志..............................66-67
3.5地震灾害遥感定量评估模型..............................67-68
3.6玉树县建筑震害定量评估..............................68-71
3.7讨论和结论..............................71-73
第四章基于合成孔径雷达图像分形特征的建筑物震害信息自动提取……73-93
4.1分形理论基础..............................73-75
4.2分形维数计算模型..............................75-82 [/BR/] 4.3机载合成孔径雷达图像分维值计算结果及分析..............................82-91[/比尔/] 4.4讨论和结论..............................91-93

本文初步研究了从合成孔径雷达图像中提取建筑物震害信息的方法。首先，介绍了雷达遥感的基本理论、高分辨率雷达遥感数据源以及本文使用的与从合成孔径雷达图像中提取建筑物震害信息相关的基础数据。然后，从合成孔径雷达图像进行建筑物特征分析和建筑物震害的可视化解释。最后，研究了基于单相合成孔径雷达图像分形特征的建筑物震害信息自动提取方法。主要成果如下:
(1)总结了可用于地震灾害评估的高分辨率雷达遥感系统的特点。合成孔径雷达图像的空之间的分辨率、时间分辨率、极化能力和空之间的覆盖范围是地震应急最重要的性能指标。COSMO-SkyMed、TerraSAR-X、RADARSAT-2和国产机载X波段合成孔径雷达等高分辨率合成孔径雷达系统在这些性能上有自己独特的优势，可以在地震损伤评估中发挥重要作用。数据源是遥感震害评估的基础，它决定着震害评估方法的选择，影响着震害评估结果的准确性。
(2)提出了合成孔径雷达图像中建筑物震害的分类标准。参考国内外地面调查、光学遥感和激光雷达地震损伤评估中使用的地震损伤分类分级标准，根据合成孔径雷达图像本身的特点，提出将合成孔径雷达图像建筑物的地震损伤分为基本完整、部分倒塌和倒塌三个层次，而建筑物的类型没有详细划分。
(3)基于建筑物的几何模型，分析了建筑物在合成孔径雷达图像上的特征，这与以往对建筑物震害的可视化解释有显著不同。建筑根据其轮廓面积和屋顶高度分布分为平顶建筑和尖顶建筑。合成孔径雷达图像上建筑物的典型特征包括重叠遮罩、角反射效应、尖顶建筑物屋顶的阴影和单次反射效应等。建筑物的合成孔径雷达图像特征随雷达入射角和建筑物几何形状的关系而变化。

参考

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