地震災(zāi)害遙感監(jiān)測中影像快速處理方法研究

胡朝暉，林 丹

（1.南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330201）

地震災(zāi)害遙感監(jiān)測中影像快速處理方法研究

胡朝暉1，林 丹2

（1.南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330201）

提出一種面向地震應(yīng)急監(jiān)測的遙感影像快速處理方法。通過建立影像處理函數(shù)定義影像處理方式，訪問和查看影像數(shù)據(jù)時，影像函數(shù)能夠快速動態(tài)地應(yīng)用到處理過程，并將動態(tài)處理結(jié)果輸出為一個新的臨時影像文件,無需花費較長的時間在磁盤上創(chuàng)建永久文件,并大大縮短遙感影像處理時間。通過新疆于田地震應(yīng)用，證明該方法在地震應(yīng)急情況下能大大縮短遙感影像的處理時間。

遙感監(jiān)測；實時動態(tài)處理；影像處理函數(shù)；應(yīng)急響應(yīng)；災(zāi)情評估

破壞性大地震發(fā)生之后，在交通、電力和通訊等中斷同時又缺乏足夠地面震害調(diào)查資料的情況下，如何快速確定科學(xué)的應(yīng)急救災(zāi)決策方案是擺在面前的第一道難關(guān)。通過航天航空遙感手段能夠快速、全面地獲取大范圍的現(xiàn)場影像，及時提取災(zāi)區(qū)房屋建筑震害[1-2]、道路交通損壞[3-4]、地震地質(zhì)次生災(zāi)害[5]、地震地表破裂[6]等震后重要災(zāi)情信息，快速掌握災(zāi)區(qū)全面宏觀的受災(zāi)情況；通過對遙感影像進(jìn)行快速處理和災(zāi)情信息提取，快速進(jìn)行災(zāi)情監(jiān)測和災(zāi)損評估，彌補地面調(diào)查的不足，從而大大提高應(yīng)急響應(yīng)的能力和應(yīng)急救援工作的效率，為地震應(yīng)急指揮和救援決策提供重要的依據(jù)。

1 地震遙感監(jiān)測技術(shù)方法及在應(yīng)急中的不足

應(yīng)用遙感技術(shù)手段對地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行遙感監(jiān)測和災(zāi)損評估已經(jīng)有很多成功的案例，如汶川大地震、智利地震、玉樹地震、4·20蘆山地震和日本9．0級地震等多次國內(nèi)外大地震，遙感監(jiān)測技術(shù)為抗震救災(zāi)發(fā)揮了重要的作用，并逐漸成為災(zāi)后震害調(diào)查與評估的重要手段。但在地震遙感應(yīng)急監(jiān)測和災(zāi)情評估中還存在一個突出的問題，就是遙感影像的處理時間較長。地震應(yīng)急監(jiān)測中影像的一般處理流程是：輻射校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)、去云、配準(zhǔn)、融合、鑲嵌、勻色等，整個工作過程復(fù)雜且耗時較長。以1景預(yù)處理的L1級輻射校正的資源三號全色和多光譜產(chǎn)品為例，從處理數(shù)據(jù)到生成DOM整個過程至少要需要4 h，對遙感影像的處理時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于災(zāi)情提取時間。如在蘆山地震后，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所第一時間獲取了災(zāi)區(qū)的機(jī)載航空遙感影像。從20日16時第一批數(shù)據(jù)傳回到21日8時數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)，共經(jīng)歷了約16 h，所用時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于信息提取時間，且這一數(shù)據(jù)處理過程中僅進(jìn)行了條帶拼接和幾何粗糾正，后期的信息提取尚需進(jìn)一步的幾何精糾正。可見，要進(jìn)一步提高應(yīng)急響應(yīng)速度，亟需突破遙感數(shù)據(jù)在處理精度和時間上的技術(shù)瓶頸。

2 遙感影像快速處理方法研究

2.1 影像實時動態(tài)處理技術(shù)

通過建立影像實時動態(tài)處理函數(shù)，可以定義對一景或多景影像的處理方式。訪問和查看影像時，這些函數(shù)將動態(tài)應(yīng)用到影像數(shù)據(jù)中[8]。影像快速處理采用傳統(tǒng)的處理流程，對影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、配準(zhǔn)、融合、鑲嵌等處理，處理步驟都以函數(shù)的形式進(jìn)行定義，如需要對影像進(jìn)行融合處理，只調(diào)用預(yù)先定義好的融合處理函數(shù)，就可以實時生成融合后的結(jié)果。

運用實時動態(tài)處理技術(shù)就是通過建立影像處理函數(shù)對遙感影像進(jìn)行快速處理，將動態(tài)處理結(jié)果輸出為一個新的臨時影像圖層，并使用函數(shù)來處理影像；通過運用函數(shù)能夠快速動態(tài)地應(yīng)用處理過程，不需花費較長的時間在磁盤上創(chuàng)建永久應(yīng)用過程的影像文件，能大大減少影像的處理時間?；谟跋窨焖偬幚矸椒ǖ倪b感監(jiān)測技術(shù)流程如圖1。

2.2 影像處理函數(shù)

震后應(yīng)急響應(yīng)對時間有特殊的要求。為了快速進(jìn)行災(zāi)情監(jiān)測和災(zāi)損評估，在考慮影像處理質(zhì)量和精度下，選擇幾何校正、融合、鑲嵌3個關(guān)鍵處理步驟，分別對應(yīng)幾何校正函數(shù)、融合函數(shù)和鑲嵌函數(shù)[9]。

幾何校正主要是將遙感影像投影到需要的地理坐標(biāo)系中，主要包括系統(tǒng)誤差改正和消除圖像中的幾何變形。本文主要是基于有理函數(shù)的RPC文件和數(shù)字高程模型（DEM）生成正射校正影像。如果沒有數(shù)字高程模型（DEM），可以使用指定常量高程值。下面以幾何校正函數(shù)為例，列出了部分代碼：

圖1 震后遙感監(jiān)測技術(shù)流程

//讀取RPC文件;讀取DEM文件

IRaster2 raster = (IRaster2)rpcDataset．CreateFullRaster();

IGeodataXform rpcXform = raster．GeodataXform;

ISensorXform sensor = (ISensorXform)rpcXform;

sensor．DEM = demDataset．CreateDefaultRaster();

sensor．CorrectGeoid = true;

//輸出實時計算結(jié)果到內(nèi)存

ISaveAs saveas = (ISaveAs)raster;

saveas．SaveAs(@"c: emporthorectify_output．img", null, "IMAGINE Image");}

2.3 實驗對比

在地震應(yīng)急中拿到的影像通常都是L1級輻射校正產(chǎn)品或L2級輻射校正和幾何校正產(chǎn)品。在應(yīng)急中不需要像測繪生產(chǎn)DOM產(chǎn)品那樣嚴(yán)格，通常只會進(jìn)行幾何粗/精校正、影像融合、鑲嵌這3個較重要的處理步驟。以1景資源三號的全色和多光譜影像處理為例，采用本文提出的實時影像處理方法與ERDAS、ENVI 2款主流遙感影像處理軟件進(jìn)行實驗對比，結(jié)果如表1。2.4 結(jié)果分析

表1 實驗對比結(jié)果

通過實驗對比分析，本文提出的面向地震應(yīng)急的實時動態(tài)影像處理方法有著非常明顯的時間優(yōu)勢，能解決快速應(yīng)急中影像處理時間過長的問題，且按本方法處理的影像精度能夠滿足地震遙感監(jiān)測和災(zāi)情評估的要求。影像處理本身不存在精度的問題，因為處理過程還是采用一般影像處理算法，只是處理過程是實時完成，所以影像處理的精度還是取決于傳感器自身定標(biāo)參數(shù)、DEM精度、地面控制點選取等過程產(chǎn)生的誤差。

3 影像快速處理方法在于田地震中的應(yīng)用

2014-02-12 17：19，新疆和田地區(qū)于田縣（東經(jīng)82．5°,北緯36．1°）發(fā)生7．3級地震，地震震中位于于田縣和民豐縣以及與阿爾金山硝爾庫勒盆地西部，震中海拔高度4 500～5 000 m。中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心于18時啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，于2月13日分發(fā)當(dāng)日獲取的高質(zhì)量震區(qū)圖像，服務(wù)于災(zāi)區(qū)科學(xué)救援工作[11]。

采用影像實時動態(tài)處理方法對于田地震前后的所有影像進(jìn)行快速處理，由中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供的資源三號、資源一號02C和高分一號影像都是L2級產(chǎn)品，所以就直接進(jìn)行色彩增強(qiáng)、配準(zhǔn)、融合和鑲嵌處理。震前歷史影像共有資源三號5景、資源一號02C 4景、高分一號1景和環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星2景；震后獲取的影像有資源三號2景、資源一號02C 3景和高分一號12景。對所有影像處理的時間為2 h ，影像處理結(jié)果如圖2、3。

圖2 震前歷史影像處理結(jié)果

圖3 震后災(zāi)區(qū)影像處理結(jié)果

對新疆于田地震重點監(jiān)測了離震中最近的皮什蓋村，皮什蓋村在受災(zāi)中倒塌的房屋較少，倒塌部分多為屋頂，這些受損的房屋多為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)的羊圈，而抗震性能較好的樓房基本上都未受影響，如圖4、5。

P237.3

B

1672-4623（2016）02-0023-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.008

2015-01-23。

項目來源：建設(shè)部2009年軟科學(xué)研究資助項目（2009-R2-26）；城市地理信息統(tǒng)計與分析方法研究。