【关键词】地震;遥感影像;遥感技术现状;信息提取
众所周知,中国由于历史原因,大多数的建筑物抗震性不够好,抗震级别不高,一旦地震发生,灾害性非常严重,如汶川地震,破坏性非常大,在十几秒内就造成严重的财产和人身伤害。遥感影像技术的产生和今年的发展为地震的预报与防御以及灾后的救援重建工作都带来了极大的方便。
1.地震灾害
地震是一种自然现象,又可以成为地动,地振动,是由于地壳快速释放能量的过程中造成了振动,在这期间会产生地震波。而引起地面震动(即地震)的主要原因就是觉得地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,使得板块边沿及板块内部产生错动和破裂,从而造成地震现象。
地震会带来严重的灾害,造成严重的人身财产损失。地震最直接的灾害是地震的原生现象,比如因为地震断层错动和地震波引起地面振动而引起的灾害。主要表现为:地面被破坏,普通城镇容易造成建筑物与构筑物的倒塌损坏,靠近山区可能引起山体等自然物的破坏(比如泥石流、滑坡等),若是海底地震,沿海区可能引起海啸等,后果破坏程度大,后果严重。并且,地震往往带来的除了直接破坏外还伴有次生灾害。比如房屋倒塌后火源失控引起火灾;灾区水源、供水系统破坏或者被污染,使得灾区生活环境恶化,造成瘟疫等等。
地震往往瞬时成灾,让人措手不及,并由于地震使得大量房屋倒塌,造成大量人员伤亡。所以如何能够准确勘探地震,并能够在地震发生后及时有效的获取灾情信息成为重点研发方向。
2.遥感影像
遥感,[remotesensing],从中文解释上来看,可以简单理解为遥远的感知,泛指一切无接触的远距离的探测;从科技层面上来看,遥感就是通过人造地球卫星上的遥测仪器对地球表面及资源(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)进行感应遥测以及监视管理的一种科学技术手段。遥感是20世纪60年代初发展起来的以航空摄影技术为基础的一门新兴技术。1972年美国发射了第一颗陆地卫星,这就标志着航天遥感时代的来临。经过几十年的迅速发展,成为一门实用的,先进的空间探测技术。
遥感影像(RemoteSensingImage)是指纪录各种地物电磁波大小的胶片(或相片),在遥感中主要是指航空像片和卫星相片。一般遥感影像,数据类型比较多,需要通过金字塔加速、帧缓存技术、多种数据格式等方法进行图像处理,方便遥感影像的显示。
3.遥感信息提取技术
遥感信息提取是遥感成像过程的一个逆过程,是从遥感对地面实况的模拟影像中提取相关的信息,反演地面原型的一个过程。遥感信息提取需要根据专业的要求,运用物理模型、解译特征标志和实践经验与知识,定性、定量的提取出物理量、时刻分布、功能结构等有关信息。
3.1遥感信息提取方法
常用的遥感信息提取方法主要是两大类的:一是目视解译;二是计算机信息提取。
3.1.1目视解译
目视解译主要是利用图形的影像特征和空间特征以及多种非遥感信息资料相组合,用过运用相关的规律,进行综合分析和逻辑推理的思维过程。现在多通过人机交互,应用图像处理方法增强影像,提高影像的视觉效果,使之能够翻译到计算机屏幕上。
3.1.2计算机信息处理
计算机信息处理就是利用计算机进行遥感信息的自动提取,这就必须使用数字图像了。这种处理方式原理是由于不同地物在同一波段、同一地物在不同波段都会呈现出不同的波谱这一特征,通过对某种地物在各个波段呈现的波谱曲线进行分析,然后根据其特点进行了相应的增强的处理之后,在遥感影像上就能够识别并且提取同类的目标物。
4.遥感影像震害信息提取技术研究
遥感影像震害信息提取技术是通过对某一地区的卫星图像或者航空照片进行对比分析,比较同一地区在不同的时期所拍摄到的建筑物的遥感影像来判断该地区地表的变化。由于今年来科学技术的不断发展和创新,遥感影像的分辨率和震害信息提取技术也得到了相应的发展,改善了以往遥感震害信息提取技术存在的结果精度低,震害识别对象单一,遥感地震应急软件平台不都完备的问题,并产生了新的提取方案。
4.1提出基于面向对象分类的震害信息提取技术
面对对象分类方法需要充分考虑地物的大小,结构,形状等基本几何特点,利用对象和周围的环境之间的联系,借助于对象特征知识库以此来完成信息的提取。这种信息提取技术有利于提高分类的精准度。
这一信息提取技术主要涉及三个方面的关键技术即影像分割、影像对象特征的定量描述以及影像分类。对于影像分割,常用的方法是多尺度分割技术,能够精准的分辨出地物目标的分类。而影像对象特征主要是通过利用影像对象的光谱、形状和纹理特征制作相应的数学模型,从而进行表达描述。对于影像分类的方法最常用的就是模糊数学分类的方法。
4.2基于震害知识库的震害信息提取技术
建立震害知识库,这体现的是遥感影像分析技术通过对人类思维方式的模拟来提取遥感信息。在模糊分类推理机制的分类系统中,引入越多的专家知识,越能够丰富分类系统,使得推理更加的合理,能够更加符合人类的思维方式,这样产生的分类结果也就更加精确。由于知识库是人工智能和数据库系统相结合的产物,知识库中的知识数据越丰富,推理规则也就越完善,这样计算机系统的智能化程度就越高,为遥感震害影像信息提取分析人员提供的数据就更加完善,为影像分类是提供的特征参数依据就更加精准,从而能够提高遥感影像震害信息提取的准确性。
4.3通过高分辨率的卫星提取震害信息
随着科技的发展,安装有高分辨率遥感器的人造卫星普遍投入使用,以及雷达遥感无人飞机等高科技产品的飞速发展,遥感影像震害信息的提取技术所得到信息本身的精确度就得到了很大的提升,提取到的信息也必然更为准确迅速而有效,
结语
随着社会的进步,科学的不断发展,遥感影像震害信息提取技术必将不断发展,其信息的精确度、及时性都将得到很大的提高,对地震等灾害的预防以及灾后的救助都能提供极大的便利。
参考文献:
[1]赵福军.遥感影像震害信息提取技术研究[D].中国地震局工程力学研究所,2010.
[2]殷亚秋.遥感影像震害信息提取技术研究[J].科技传播,2011,(16):228,234.
关键词:遥感;原理;分类;制图;应用
遥感,从广义来讲,就是指遥远的感知,非接触远距离的探测技术。从狭义来讲,指借助于专门的探测仪器(传感器),把遥远的物体所辐射(或反射)的电磁波信号接收记录下来,再经过加工处理,变成人眼可以直接识别的图像,从而揭示出所探测物体的性质及其变化规律。遥感技术指从高空到地面各种对地球观测的综合性技术系统总称。它由遥感平台、探测传感器以及信息接受、处理与分析应用系统等组成,周期性地提供监测对象数据和动态情报。遥感技术(RemoteSensing)是一门建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息论等新的技术科学以及地球科学理论基础上的综合性技术,为现代前沿科学技术之一,具有宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的优势。在新技术迅猛发展的今天,遥感技术伴随着航空、航天技术的发展而不断提高与完善,服务领域因之而不断扩展,受到普遍重视,显示出极其广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力。
一、遥感的基本原理
振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。太阳作为电磁辐射源,它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时,会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响,因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:紫外、可见光和近红外波段。地面上的任何物体(即目标物),如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等,在温度高于绝对零度(即0°k=-273.16℃)的条件下,它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时,地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同,因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较,从而可以对地面的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基本原理。
二、遥感的分类
为了便于专业人员研究和应用遥感技术,人们从不同的角度对遥感作如下分类:
1、按搭载传感器的遥感平台分类根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为地面遥感和航天遥感。
2、按遥感探测的工作方式分类根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为主动式遥感和被动式遥感。
3、按遥感探测的工作波段分类根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为紫外遥感、红外遥感、微波遥感、多光谱遥感。
4、按遥感探测的应用领域分类根据遥感探测的应用领域,从宏观研究角度可以将遥感分类为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等;从微观应用角度可以将遥感分类为:军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。
三、遥感资料的制图应用
1、航天遥感制图
所谓航天遥感是指以航天器为传感器承载平台的遥感技术。航天遥感实践中,针对具体应用需求,选择不同的传感器如:成像雷达、多光谱扫描仪等,通过卫星地面站获取合适的覆盖范围的最新的图像数据,利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理,同时,借助应用区域现有较大比例尺的地形数据,对影像数据进行投影变换和几何精纠正,并从地形图上获得境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型地貌地物信息和相应地名信息,进行相应的标注和整饰,制作数字正射影像图。
航天遥感制图不仅在国土资源调查、土地利用监测、城市规划监测、重点风景名胜区监测中有了典型应用,而且,国家863计划信息获取与处理技术主题重大课题还开展了利用分辨率为0.61m的QUICKBIRD卫星影像进行城市大比例尺地形图的更新研究。此外,高分辨率卫星遥感影像还可提供立体像对,可用于直接生成DEM数据,甚至可以进行大比例尺地形图的获取与更新测绘。
2、航空遥感制图
所谓航空遥感是指以航空器如飞机、飞艇、热气球等为传感器承载平台的遥感技术。根据不同的应用目的,选用不同的传感器:如:航空摄影机、多光谱扫描仪、热红外扫描仪、CCD像机等,获取所需资料包括:航摄像片和扫描数据。其制图应用一般包括两大方面:
(1)摄影测量制图
在测绘领域中,摄影测量学已经是一门从理论到实践都非常成熟的学科。在我国应用摄影测量的原理和方法测绘地形图有相当长的历史。目前,1:5000及其以下小比例尺地形图的测绘,基本上都采用摄影测量方法施测。计算机技术的发展给摄影测量制图带来了新的发展和变化,不仅在内业测图仪器上实现由测绘线划图到直接测绘数字地形图的转化,而且诞生了抛开了传统的摄影测量仪器设备,以软件实现地形数据采集与处理的数字摄影测量技术,这无疑是摄影测量技术发展史上的一次革命。
(2)正射影像图制作
正射影像图是一种既具有地物注记、图面可量测性等常规地形图的特性又具有丰富直观的影像信息的一种图件,是将航摄像片的中心投影经过机械式的或数字式的纠正转变为正射投影形式而生成的影像图件。正射影像图制作的优势在于,生产周期短、成本低。正射影像图分为“常规正射影像图”和“数字正射影像图”两大类,前者是通过影像拷贝和正射投影仪纠正工艺,以纸基或胶片基承载的平面型影像图件。后者则是应用数字摄影测量技术和工艺制作的以数字形式存在的影像图件,可以方便地输出成纸基或胶片基图件。目前,由于计算机技术和影像处理技术的发展,以数字形式存在的影像图件在生产技术上日趋成熟并不断完善,已经占据主导地位,并与方兴未艾的城市GIS技术相得益彰,应用广泛。特别是数字影像图在色彩处理方面的优越性,使其更具应用价值。
近年来,随着航天航空遥感技术的发展、高分辨率卫星遥感影像的民用化、遥感和GIS集成的关键技术取得突破以及“数字地球”计划的实施,遥感的应用领域正在进一步扩大。对于**这样经济高速发展的特大城市而言,城市面貌日新月异,土地利用、房屋类型和结构、地矿资源的变化也越来越快,对于行业管理部门来讲,如何利用现代空间信息技术,改造和优化传统的行业管理理念和模式,做到变被动管理为主动管理,变事后管理为事前管理,已经成为衡量管理水平的重要标志。
遥感影像以其直观性和现势性越来越受到许多行业和部门的青睐,如今,遥感技术已在国土资源管理、灾害预测、农作物估产、环境监测等领域得到了越来越广泛的应用。国土资源部自1999年开始,每年都利用卫星遥感技术对全国许多大中城市的土地利用情况进行了动态监测,**是调查和监测的重点城市之一。**市建委信息中心和**市航空调查办公室于2**0年初完成了**市第三轮航空遥感调查,并开展相关的应用和研究,为房地资源行业应用遥感技术辅助管理提供了启示。同时,随着现代计算机技术、网络技术、海量存储技术等同步、快速发展,也使得遥感技术“从实验室研究真正走向行业管理和应用”成为可能。
正是在这个背景下,20**年7月,我局列“遥感影像在房地资源管理中的应用研究”课题,旨在将新型遥感技术与日益发展变化的**房地资源管理结合起来,为行业管理提供一种科学、高效、快速的辅助支持决策工具。事实上,遥感技术的应用几乎可以覆盖到每个业务部门。通过遥感影像,我们可以以最快的方式了解周围环境的变化(如土地利用的现状及其动态变化的情况、旧区改造和房屋动拆迁的变化、沿海沿江滩涂增长等等);为我们提供第一手的直接的信息,快速更新已有的GIS数据库信息,为行业管理服务,为政府决策支持服务。
在遥感技术和遥感影像的研究方面,**市建委信息中心和遥感办研究了“航空遥感信息在城市建设和管理中的综合运用破解研究”的专题,涉及到了“市区民居建筑类型和二级旧里”的研究,为我们开展进一步的研究提供了很好的帮助。在房地资源行业中的应用方面,主要有北京市利用IRS卫星遥感影像进行1:1****土地利用现状调查;天津市利用SPOT卫星遥感影像每季度进行土地利用执法监察,但是,效果并未达到预想的目的。将遥感影像与整个行业管理相结合,进行全面的、深入的应用研究则还没有。
经过三年来的研究和应用,我局利用遥感影像在房地资源的全方位应用和研究方面作了大量的工作(如遥感影像用于外环线内的旧区分布调查、房屋建筑类型调查、全市范围内的土地利用现状调查、沿江沿海滩涂调查等),有了明显的突破,成果均在行业管理中得到了很好的应用。
二、研究内容
课题在立项时提出的研究内容为:建立土地利用、房屋类型光谱特征库;在行业管理中应用、建立遥感影像库以及三维建模等研究。在课题研究和项目实施过程中,课题组负责、组织和参与了所有与遥感及其相关项目全过程的研究和应用,全面、出色、超额完成了课题既定的任务,为行业管理提供了全面、科学、真实、可靠的依据。主要研究内容如下:
(一)在基础研究领域,课题组在研究遥感信息源,比较卫片和航片异同,以及遥感影像处理方法的基础上,着重研究了解译标志库,制作了不同居住房屋类型的航空遥感影像标志库和不同土地类型的卫星遥感影像标志库。
(二)在土地利用现状调查和动态监测领域,我们利用不同分辨率的遥感影像进行了农用地本底调查和变更调查试验研究。在此基础上,创新性地采取了“利用高分辨率的遥感影像,结合权籍信息系统数据,以内业判读为主,外业调查为辅”的技术路线,在较短的时间内全面调查了**市土地利用现状,得到了科学、客观的土地利用现状数据,为新一轮土地利用规划修编奠定了良好的基础。同时,将不同时相的卫星遥感影像运用到土地执法检查和动态监测领域,利用人机交互、目视解译的方法,发现土地利用变化图斑,为现场快速调查和处理违法用地提供了依据。
(三)在房屋调查领域,开展了遥感影像应用于高层建筑分布调查和建筑密度调查的研究;开展了遥感旧区调查研究,并将研究成果运用于旧区改造日常管理和动态监测。