基于SAR图像相干变化检测的建筑物震害信息提取研究

发布时间：2020-05-30 19:19

【摘要】：当可以给人和建筑物带来灾难的地震发生后,受灾的地方所在的国家和直接管辖的政府要进行救援工作,在进行救援工作之前,首要的工作是对灾区进行灾损评估和精确地划分好哪里受到的破坏严重、哪里受到的损失较轻,这样在分配人员到灾区去救人的时候就可以有针对性的对各个区域分配人员。在这一步的工作中,遥感技术由于具有快速、大面积、准确和直接获取目标区域图像的优点,特别是在最近这些年来得到了非常多的应用,遥感可以做的工作包括:提供被地震破坏的地区在地震发生前拍摄的影像数据、在地震发生后拍摄灾区影像、利用遥感图像评估受破坏区域的灾害损失。一般而言,高分辨率的光学遥感数据就可以基本满足救灾需求,但是当灾区在震后伴随积云、大雾或者暴雨等极端天气的时候,光学遥感的优势就被大大的限制住了。而微波遥感中的SAR在进行探测工作的时候,不仅不会受此类恶劣天气情况的影响,还可以在夜晚的时候像在白天一样正常获取图像,而且当SAR在进行拍摄探测的时候,是从被研究目标的斜上方进行拍摄的,这种成像的工作方式可以更加全面更加细致的探测到地物的侧面信息。SAR图像数据不仅仅是强度数据,还包含着相位数据,这是SAR数据相对于光学遥感数据的一大优点,本文的研究就是基于SAR图像的相位相干性做变化检测的研究,提取地震灾区的震害建筑物,主要的研究成果如下:(1)通过分析SAR传感器的工作原理,总结了一般正常规则建筑物对SAR发射电磁波的散射效应及其在SAR图像上的表征,像叠掩、阴影和二次散射等,还分别就高分辨率和中低分辨率SAR图像上的建筑物损毁特征进行了分析描述;本文中的研究是想简单直接地区分出被地震损坏区域的完好和受损坏建筑物,所以在研究中只提取“完好”和“破坏”两种建筑。(2)基于电磁波的相干性算法,对所选的两个实验区的两组SAR图像数据,分别进行震前和震后的同震相干性计算处理,基于相干性结果选择合适的阈值计算方法计算分类阈值来进行分类,提取震害建筑物。(3)由于SAR传感器在工作工程中会有多种去相干因素的存在,这些去相干因素在一定程度上影响相干性计算的结果,所以基于植被遥感中计算植被生长指数的思想引入了震前-同震相干性归一化的算法进行相干性的变化检测进而提取出震害建筑物。(4)基于消除去相干因素对相干性影响的思路,以及前人利用假设检验思想对光学遥感图像做变化检测以提取土地利用的研究,引入t假设检验的模型做震前和同震相干性的变化检测研究。
【图文】：

示意图,工作原理,示意图,红外遥感

11高分三号2006～（全极化）----.1.2 SAR 工作的关键技术微波遥感的探测原理是指利用雷达发射天线向目标区域发射电磁波再利达接收天线接收目标反射回波来实现对目标区域的探测（当然也包括被动的辐射计被动接收目标发射微波的一种方式，在此不提）。雷达遥感所获得的看起来依旧是图像，可能与可见光和红外遥感图像类似，但是与它们成像的却截然不同，可见光和红外遥感传感器是利用中心投影的方式从目标正上拍摄”，图像分辨率依赖于镜头与目标之间的距离[27]。而雷达遥感则是主动电磁波并接收目标反射回波而且采用斜距成像，其成像特点和分辨率都与可和红外遥感完全不同，在距离向，真实孔径雷达和合成孔径雷达都是采用脉波的延迟来实现对地物的分离，在方位向，真实孔径雷达通过角度实现对目物的辨识，而合成孔径雷达则是通过多普勒历程（或合成孔径）来实现目标识，，如图 2.1 所示。

影像,电磁探测,大孔径,目标反射

第二章 SAR 成像基础与建筑物震害表征上说就是将采集的数据进行影像重构。合成孔径雷达（SAR）在方位向上快速飞行的过程中，不断地在相等间隔的不同位置上通过发射天线发射脉冲信号并通过接收天线接收目标反射回来的回波脉冲，经处理器对不同位置上接收的回波信号进行相干处理，利用雷达和目标的相对运动产生虚拟等效的大孔径，获得高方位向分辨率；在距离向上的高分辨率则由脉冲压缩技术来获得[28]。（一）合成孔径技术雷达天线在雷达平台（卫星或飞机）飞行过程中的某个位置发射一定的电磁探测脉冲并及时地接收地物反射回来的带有地物信息的波，当雷达随着运载平台运动到某处时再次发射一束电磁探测脉冲（该束电磁脉冲与上一个电磁脉冲存在由时延引入的相位差）并接收目标反射回波，接下来就这样反复进行，以此类推，就完成了大孔径天线的合成，合成过程如图 2.2。
【学位授予单位】：防灾科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP751;P315.9

【参考文献】