雷达遥感对建筑物震害信息提取方法的综述

高宪慧

珠海市测绘院，广东珠海 519000

地震属于自然灾害中危害最大的一种，想要降低地震灾害的影响和损失，必须要在地震发生之后，快速获取震害信息空间分布情况，实现对人力、物力资源的有效配置。以往在获取震害信息方面以现场调查以及实地勘测方式为主，虽然能够保证信息获取的准确性和正确性，但是需要花费较长时间，工作量大，信息获取效率低。另外，在严重震害出现后，交通以及信息往往会出现瘫痪，勘察人员很难深入灾区详细调查震害情况。遥感技术不受地面因素限制、快速、准确，在震害信息获取方面有着非常广泛的应用。雷达遥感属于遥感的一种特殊类型，对于太阳辐射依赖小，不受雨雪等因素限制，能够全天候作业，震后快速获取灾区遥感影响，发展潜力大，本文就雷达遥感建筑物震害信息提取方法展开研究分析。

1 信息提取技术

1.1 信息提取技术发展

遥感技术以遥感数据获取、遥感应用以及信息提取作为核心，信息提取与遥感应用以及数据获取之间存在有十分密切的联系。以雷达传感器发展为基础支撑雷达遥感震害提取信息技术发展。

1.2 信息提取方法分类

信息提取方法根据当前的自动化水平有两种不同类型，一种为目视解译，另一种为计算机自动信息提取。在计算机自动提取方面，可以根据雷达影像时相数将其分为单时相和多时相。在单时相提取方法方面，有基于影响极化特征方式以及基于应先纹理特征方式，在多事项方法方面，有基于相干特征变化检测以及基于强度特征变化检测等。另外，在单时相方面，也可以应用强度特征，在多时相方面，也可以应用极化特征。

1.2.1 目视解译

目视解译主要是目视判断建筑物破坏情况，以分析建筑物雷达影响表现特征为基础。选择目视解译方式，必须要做好目视解译标志的建立，雷达图像目视解译标志有尺寸、阴影、灰调、形状等，这些方面标志受到雷达系统参数，如波长、入射角方面因素，以及目标物参数，如表面粗糙度、面散射特性、方向特性等方面因素影响。目视解译过程中需要对这些方面因素有充分的分析考虑。

在雷达遥感技术发展过程中，雷达遥感影像的空间分布率越来越高，能够满足震害目视解译方面的实际需要，在之前的玉树地震中，高分辨率雷达遥感影响发挥了非常重要的作用。为了进一步提高雷达遥感影响目视解译效率，有专家提出通过雷达遥感模拟辅助雷达遥感影像目视解译。描绘城区完整建筑以及损毁建筑的三维建模，应该射线跟踪电磁计算方式等方法模拟不同地震灾害下建筑物雷达遥感模拟图像，为之后的城区建筑震害解译积累经验。

雷达遥感属于主动遥感，在影像方面，透视收缩以及叠掩现象很难有效避免，另外存在严重的斑点噪声，很大程度上增大了雷达影响目视解译难度。在目视解译雷达影像建筑物时，不仅要熟悉相关的解译标志，同时还需要对建筑物结构、排列方向等方面情况展开充分全面的分析考虑，与雷达入射角、雷达波长等方面情况结合在一起。分析人员需要深入了解雷达成像机理，正确识别雷达图像震害信息。

1.2.2 计算机自动信息提取

计算机自动信息提取主要是采取计算机图像处理措施，通过多时相图像变换检测，分析建筑物震害信息。

在单时相影响震害信息提取方面，主要是结合震后一期影响，通过对纹理特征以及极化特征的分析，探讨在建筑震害方面信息，选择纹理特征方式，高分辨率遥感影响有着非常丰富的纹理信息。在遥感影响上，会表现出不同的纹理特征，获取建筑倒塌方面信息，但是该方式当前在实际应用中还不是十分成熟，不同方法有不同的应用效果和鉴别能力，雷达遥感建筑震害信息提取还需要结合实际情况科学合理的具体分析方法。选择极化特征方式，极化信息在地物方向以及形状方面有着较大的敏感性，属于当前雷达遥感城市一项重要应用工具，倒塌房屋以及完好房屋在极化特征方面存在有较大的差异性，通过不同的极化特征，能够实现对倒塌房屋和完好房屋的有效区分，基于极化特征分类方法在实际应用中还有着较多的限制。首先分类结果会很大程度上受到阀值选择因素影响；其次很难实现对倒塌房屋以及与卫星飞行方向不平行房屋的有效区分；最后数据源方面存在较大限制。

在多时相影像震害信息提取方面，主要结合震前、震后不同影像，通过检测变化方式对建筑倒塌情况进行判断。基于雷达遥感强度特征检测方法，借助雷达遥感散后向射强度特征差异获取震害信息，地震后，被破坏建筑向后散射强度会出现一定的下降，通过这种方式实现对建筑物震害的有效识别。基于雷达遥感相干特征变化检测方法，雷达遥感影响不仅能够记录地物后向散射强度信息，同时还能记录相位信息，可以针对雷达遥感影响展开干涉处理。基于强度特征和相干特征综合分析，当前在具体强度特征对震害提取有效方面还存在有较大的争议性，相干特征非常容易受到成像时间间隔、波长以及卫星空间位置等方面因素影响。另外，应用震前、震后雷达遥感幅度图像比值，能够有效区别地震前后建筑变化情况，建筑破坏程度与相干系数变化指数有着非常大的相关性。

2 信息提取方法对比

2.1 目视解译

目视解译影像数1幅，准确度以及精确度相对较高，对于分析人员有着非常严格的要求，工作量大，需要花费较长分析时间，一直是建筑物震害解译主要方式之一，有着非常广泛的应用。

2.2 纹理特征分类

纹理特征分类影像数1幅，不需要震前建立影像，在影像空间分布率方面要求较为严格，但是容易被噪音干扰。

2.3 极化特征分类

极化特征分类影像数1幅，不需要震前建立影像，有着非常高的分类精度，很难实现对倒塌房屋与卫星轨迹不平行房屋的有效区分，但是数据源相对较少，没有足够的空间分布律。

2.4 强度变换检测

强度变换检测影像数2～3幅，对于影响的需求量少，算法复杂性低，有着类似的成像条件。

2.5 相干变换检测

相干变换检测影像数超过3幅，对于影响的需求量大，与成像几何以及影响获取时间存在十分密切的联系。

3 存在的问题和发展趋势

雷达遥感影像在建筑倒塌信息提取方面有较大的难度，主要是因为雷达遥感属于主动遥感，影像上透视收缩以及叠掩现象很难避免，斑点噪声严重。建筑物影像特征不仅受到自身特征因素影响，同时还受到雷达入射方向、极化方式等方面因素影响。当前建筑形态多种多样，排列方式以及分布特征有着较大的地域性差异，最终增大雷达影像特征差异，同时还会受到植被、道路等因素影响。

雷达遥感影像目视解译需要分析人员有较高的专业技术水平，误判情况无法避免，地形起伏较大区域甚至很难应用目视解译。就计算机自动信息提取而言，目视解译方式现阶段有着非常广泛的应用，还将持续应用较长时间。自动信息提取方式能够很大程度上减少工作人员的任务量，但是当前自动信息提取精度还很难满足实际需要，很多方法只有在特殊情况下才能有效应用。

当前雷达遥感数据源越来越多，在建筑物震害信息提取方面，雷达遥感技术将会发挥出越来越重要的作用，向着多源数据协同分析方向发展。另外，不管是基于纹理特征方式还是基于极化特征方式，都仅应用了雷达遥感部分特征，分类精度受较大限制。面向对象技术可以将雷达遥感影像多方面特征充分发挥出来，使分类精度得到显著提高。当前雷达遥感影像空间分辨率越来越高，全极化雷达遥感影响数据越来越多，面向对象技术所发挥的作用也将越来越大。

4 结语

雷达遥感能够实现全天候、全天时观测，在地震灾害应急方面所发挥出的价值不断提高。回顾分析在建筑物震害中雷达遥感信息提取发现，对当前不同雷达遥感建筑物震害信息提取方式对比。当前在雷达遥感影响方面提取建筑物震害信息有着非常大的难度，以目视解译方式为主。但是因为雷达遥感成像机理存在有较大的特殊性，现实地理环境有着较大的复杂性特点，目视解译方式非常容易出现误判，必须要选择专业水平高、经验丰富的解译人员。在叠掩严重情况下，建筑震害判读准确性将受到极大影响，在不同条件下应用多种自动信息提取方式，总精度仍不是十分理想。随着遥感技术的发展，高时空分辨率、多极化雷达遥感数据源越来越多，面向对象技术等信息提取方式的发展，雷达遥感技术在震害分析方面将会发挥出越来越重要的价值和作用。

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