遥感震害信息智能提取优化方法研究

发布时间：2020-07-27 00:08

【摘要】：地震是最严重的自然灾害之一。由于地震预测仍为世界性难题，震后对灾情进行准确、快速的评估对地震应急救援非常重要。遥感技术具有快速、多传感器、全天时、大尺度、不受地面条件限制等优势，可以快速获取震后灾区的宏观灾情信息，在抗震救灾中可发挥重要作用。 基于人工的目视解译和基于计算机的自动解译是常用的遥感提取震害信息方法。然而由于目视解译的工作量大、处理周期长、且受个人经验影响等，严重影响了遥感优势的发挥。虽然计算机自动解译处理速度快、生产效率高，但由于解译结果精度相对低，对使用的数据质量要求高，也影响到其广泛应用。 本文面向地震灾害损失评估，研究了光学遥感影像震害信息自动化提取方法的算法改进方案，以达到智能、快速提取震害的目的。主要包括三个方面的内容：遥感震害信息自动解译方法总结、基于像素的多时相变化检测震害信息提取算法改进，和面向对象的单时相震害信息提取方法改进。 本论文首先介绍了目前遥感影像震害信息计算机自动提取方法进展情况。分别总结了基于像素的遥感震害信息提取和基于对象的遥感震害信息提取两大类方法各自的优缺点，探讨了可能的改进途径。 其次，论文研究了基于像素级震害信息提取方法的改进策略。提出了区域寻优的相关系数变化检测改进算法，并以汶川地震都江堰市局部城区震前震后影像进行建筑物震害提取实验。与传统变化检测震害信息提取方法对比，以单栋建筑物为研究单元，对变化检测结果进行了震害程度分类，分类精度评价指标Kappa值计算结果表明，改进后算法不仅精度有较大提高，而且结果的稳定性也得到了加强。 第三，论文提出了面向对象震害信息提取算法的改进策略。在分析目前流行的基于ENVI FX，Definiens eCognition的面向对象分类方法的不足之后，提出依据分类评价指标Kappa值确定最优分割参数的面向对象分类算法。主要思想为：采用均值漂移（MeanShift）分割和支持向量机（SVM，Support Vector Machine）分类算法，对震后遥感影像进行震害分类，并自动计算分类精度Kappa值；通过一定步长改变分割参数，比较一系列结果的分类精度，确定最优Kappa值对应的最佳分割参数，并得到最优分类结果。论文在程序编制的基础上，分别以汶川地震都江堰市城区和玉树地震玉树县城区震后高分光学遥感影像为实验数据，对改进后的算法进行了实验分析。 从实验结果来看，改进的面向对象方法具有三个方面的优势：（1）自动智能地确定最优分割参数，进而得到最优分类结果，分类精度有较大的提高；（2）运用MPI（Message Passing Interface，消息传递接口）并行策略，程序并行化执行，提高运算效率；（3）具有较高的可移植性和开源性，以便达到跨平台目的，适用于Linux和Windows平台。 论文最后对本文提出的两种改进算法进行了总结与展望。虽然有很大的进步，但还有一些不足之处：（1）在基于像素的变化检测改进算法中，虽然实验结果的精度和稳定性得到提高，但在分类评价阶段需要过多人工交互，从而影响了算法的通用性和有效性；（2）改进的面向对象分类方法仍然需要部分依赖人工交互选择分类样本，且对计算机的运算能力有较高的要求。总之，本论文研究成果达到了预期目标，并有望应用到进一步的研究和实践中。
【学位授予单位】：中国地震局地震预测研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P315.9;TP79
【图文】：

相关系数区域寻优变化检测算法界面

系数变化检测结果 （b）区域寻优相关系数变化 2.7 区域寻优相关系数算法与传统相关系数算法计算结域表示相关系数高的区域，即震前震后影像变化系数低的域，即地震前后变化较大，由于变化受、后的相关性变化可以看作是由地震破坏引起的害分类优化研究优分割阈值法进行建筑物震害分类，在此基础上验证和分析本文方法的有效性。05）在文献中详细介绍了最优分割阈值法的详细本文中，结合房屋矢量数据，以研究区域中主要量避免选择有植被和阴影遮盖或人为因素引起变了 183 栋建筑物为实验对象，其中倒塌建筑物 图 2.8 显示，其中红色为倒塌，蓝色为未倒塌。

图 2.9 不同震害建筑物变化检测相关系数概率密度分布图、b 曲线的交点对应的相关系数为 0.2，c、d 曲线的交点对应相关算 a 和 b 最高点对应相关系数的差 L1=0.3，c 和 d 最高点对应相关=0.4，L2 比 L1 增大 0.1。算法改进后倒塌与未倒塌的概率曲线的最增大，表明倒塌与未倒塌建筑的可分性得到增强。据最优分割阈值法，从 183 个实验对象中随机选择 60 个样本（如随机样本 1）作为训练样本，再对其余的 123 个待分类样本进行分数计算结果图像（图 2.7），通过选择不同的相关系数阈值T ，对随 个训练样本（图 2.10 随机样本 1）进行分类，分类原则是：如果一中，小于T 的像元数大于该建筑物内像元总数的 50%时，将该建筑，否则为未倒塌。再依据分类结果与实际震害情况计算 Kappa 系数在 0.1～0.6 之间以 0.02 的间隔变化，得到一系列分类及一致性分 2.1 所示）。以 Kappa 最大值对应的阈值作为最佳分类相关系数阈相关系数

【共引文献】

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本文编号：2771487