基于高分辨率影像的道路震害提取及其通行能力评估方法研究

论文摘要

地震发生后,道路作为人员疏散和救灾物资运输的“生命线”,一旦遭受破坏,将严重影响救灾工作的开展,造成更大的伤亡和经济损失。因此,震后尽快获取道路震害信息,判定灾区道路可通行情况对于震后救援指挥至关重要。为获取道路受灾情况,传统的现场调查方法需要耗费大量人力物力,并且不能保证调查范围对灾区的全覆盖;而通过卫星、无人机遥感手段能够快速了解灾区宏观灾情,利用高分辨率影像进行灾区道路的震害调查评估具有十分重要的意义。本文以2017年九寨沟地震、2013年芦山地震的遥感影像作为实验数据,开展了道路震害信息提取及其通行能力评估方法的研究。研究建立了道路震害识别标志,总结分析不同分辨率遥感影像上道路震害目视解译能力,提出了矢量辅助的道路震害提取方法,构建了道路可通行能力定量评估模型,提高了遥感在地震灾情获取和分析中的实用性。主要研究内容如下:(1)开展道路震害遥感识别标志和识别能力的研究,将道路震害分为路面掩埋、滚石阻隔、路基塌陷、路面开裂四种类型,将破坏等级分为基本完好、部分破坏、完全损毁三个级别;初步建立了各类、各等级道路震害的解译标志库,通过对地震后各种高分辨率遥感影像不同破坏类型、不同等级道路大量影像样本分析研究,得到0.2—0.5米、1—2米及2—4米等不同分辨率遥感影像上各类型道路震害的识别能力以及分辨不同破坏等级所需最低影像分辨率,可为震后灾区道路震害调查遥感数据源快速选取提供重要参考。(2)研究了矢量辅助道路震害信息提取的方法,使用九寨沟地震后的无人机影像和高分辨率卫星影像作为实验数据,本文提出新的破坏对象提取方法流程:根据不同等级道路建议缓冲区宽度,裁剪选择出可能的道路区域影像;用面向对象的分类方法,进行多次多尺度分割,剔除与道路震害无关信息,并基于特征统计的理念,选择亮度、灰度共生矩阵对比度作为主要特征;针对九寨沟地震后省道、县道、乡道这三种等级的道路开展实验,得到设置各级别道路的最佳分割尺度,利用对象特征箱型图边界设置分类规则,实现道路破坏对象检测和提取,并利用芦山地震的数据进行方法验证。对不同分辨率影像道路震害提取结果对比分析,得到不同数据源道路震害提取精度。本研究可以在获取影像数据后,快速确定适用震害提取的道路等级,为计算机提取道路破坏信息提供可行方案。(3)本文以九寨沟地震无人机影像提取破坏为例,提出了评价道路损坏程度定量评估的两种因子:宽度判定因子和面积判定因子。基于破坏因子建立了道路通行能力定量评估模型,并根据抢险救灾不同车辆的通行需求,建立破坏程度指标和道路可通行能力的关系,根据不同的道路宽度和车辆类型,得到理论判断阈值的计算方法。通过此方法模型,得到九寨沟地震后县道Z120的破坏程度定量评估和可通行能力判定结果,和人工解译现场调查结果相比较,总体精度均为80%以上,根据实际情况,宽度因子评估模型具有更好的一致性。本方法的提出解决了传统道路震害评估方法无法判定各类车辆的通行能力的问题,可为震后抢险救灾指挥决策提供更详细的参考信息。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 遥感图像道路信息提取研究概况

1.2.2 道路破坏评估方法研究现状

1.2.3 道路震害遥感提取及评估研究现状

1.3 论文主要内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文组织结构

第二章研究区及实验数据预处理

2.1 地震案例基本情况概述

2.1.1 2017年四川九寨沟7.0级地震基本情况

2.1.2 2013年四川芦山7.0级地震基本情况

2.2 数据介绍

2.2.1 九寨沟地震数据

2.2.2 芦山地震数据

2.3 数据预处理

2.3.1 图像几何校正

2.3.2 影像融合

2.3.3 矢量配准

2.4 本章小结

第三章多源遥感道路震害识别标志与识别能力研究

3.1 道路的组成及常见震害

3.1.1 道路的组成

3.1.2 道路级别与宽度

3.1.3 道路震害及致灾因素

3.2 道路震害遥感分类分级

3.2.1 道路震害遥感识别类型划分

3.2.2 道路损坏遥感判别等级划分

3.3 道路震害遥感识别标志的建立

3.3.1 基本完好道路

3.3.2 部分损坏道路

3.3.3 完全损毁道路

3.4 不同分辨率遥感影像上道路震害目视解译能力

3.4.1 九寨沟地震道路震害解译

3.4.2 道路震害目视解译能力分析

3.5 本章小结

第四章矢量辅助的道路震害信息提取

4.1 缓冲区的确定及道路区域影像选择

4.2 基于特征统计的面向对象道路震害提取方法

4.2.1 面向对象分类介绍

4.2.2 多尺度分割方法

4.2.3 对象特征提取算法

4.2.4 道路破坏检测

4.3九寨沟地震不同等级道路震害提取实验

4.3.1 基于无人机影像的道路震害提取

4.3.2 基于高分辨率卫星影像道路震害提取

4.3.3 不同分辨率影像道路震害提取结果对比分析

4.4 芦山地震矢量辅助道路震害信息提取方法验证

4.5 本章小结

第五章震后道路可通行能力定量评估

5.1 道路损坏程度定量评估模型

5.1.1 道路损坏程度宽度判定因子

5.1.2 道路损坏程度面积判定因子

5.2 道路可通行能力及其分级

5.3 道路可通行能力定量评估模型

5.4 九寨沟地震的道路可通行能力评估

5.5 本章小结

第六章结论与展望

6.1 研究工作总结

6.2 未来研究展望

参考文献

致谢

作者简介及在学期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈子翰

导师: 窦爱霞

关键词: 道路震害,信息提取,高分辨率影像,定量评估,道路可通行能力

来源: 中国地震局地震预测研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,公路与水路运输

单位: 中国地震局地震预测研究所

基金: 国家重点研发计划“重特大灾害空天地一体化协同监测应急响应关键技术研究及示范”课题:“一带一路重特大地震地质灾害协同监测应急响应示范”

分类号: U418;P237

总页数: 94

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