顾及GF-3影像纹理特征的洪涝范围提取方法

洪涝灾害给社会、经济造成巨大损失,及时、快速监测洪涝范围在抗灾救灾中具有重要意义。合成孔径雷达(SAR)由于其主动式微波成像的机理,可为全天时、全天候、大范围洪涝灾害监测提供支持。本文首先以高分三号(GF-3)卫星影像为数据源,基于灰度共生矩阵(GLCM)、局部二值模式(LBP)等6种纹理描述方法提取138个SAR影像纹理特征;然后利用随机森林(RF)指标重要性评估功能,筛选出重要性得分较高的纹理特征进行水体信息提取;最后结合数学形态学对初始水体提取结果进行后处理,评估安徽巢湖附近区域洪涝灾害。试验表明,本文方法的水体提取精度优于传统阈值法(Otsu)及分类算法(KNN和SVM),可有效提取洪涝灾害的影响范围,为选取合适的SAR影像纹理特征进行洪涝范围快速监测提供参考。     

基于AHP-熵权法的广西暴雨洪涝灾害风险评估

开展广西洪涝灾害风险评估可为降低暴雨灾害损失提供理论支撑,利用中国长短历时暴雨雨量特征数据集(1961—2015年)中广西全部站点的气象数据,结合基础地理数据、社会经济数据,通过AHP-熵权法为各项洪涝因子赋权,并借助GIS技术分析并开展广西暴雨洪涝灾害风险评估。研究结果表明:广西高风险灾害地区约占全域的9%,低风险灾害地区约占15%。广西从东南沿海到西北内陆暴雨洪涝风险逐渐减低。其原因是南部雨量大,暴雨历时长,部分市区地势平坦且海拔低。一些地区经济发达、人口密集,造成受灾损失重,同时也加大了暴雨洪涝灾害的风险。研究可为广西暴雨洪涝灾害预防与治理提供决策参考。     

多模态序列遥感影像的洪涝灾害应急信息快速提取

遥感对地观测技术具有响应快、观测范围大、表达地表信息客观等特点,是监测洪涝灾害的有效手段之一。洪涝灾害发生时常常伴随云雨天气,灾害前后获取的时间序列数据来源多样,利用多模态多时相遥感影像对洪涝灾害进行一体化监测是大势所趋。然而,不同传感器类型的数据处理平台不同、处理流程不一,多源数据协同处理链路长、智能化水平低导致时效性难以满足应急响应的需求。提出了一种多模态序列遥感影像一体化配准与洪涝灾害自动变化监测方法,利用深度特征和语义信息实现灾前光学影像和灾后合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像的自动、高精度配准,基于先验基础地理信息和时间序列遥感影像实现洪水变化监测和灾损信息提取。所提方法在2020年7月中国安徽洪涝灾害和2021年7月中国河南洪涝灾害监测中得到了有效验证,能够实现小时级的灾害应急信息提取。     

综合遥感解译2022年Mw 6.7青海门源地震地表破裂带

2022-01-08中国青海省门源县发生Mw 6.7地震,直接导致兰新高铁受损停运,引起了国内外的高度关注。为了评估交通网的受损情况,提出一种综合光学遥感影像、合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像、无人机影像和激光雷达（light detection and ranging, LiDAR）数据解译地震地表破裂带的技术框架。针对此次门源事件,首先,获取高分1号（GF-1）、高分7号（GF-7）、Sentinel-2光学遥感影像和Sentinel-1A SAR影像,根据GF-1和GF-7光学遥感影像确定地表破裂带的空间分布特征,并利用光学像素偏移量技术估计东西向和南北方向二维地表形变场;其次,利用SAR像素偏移量技术获取距离向和方位向地表形变场, 同时利用差分干涉技术获取雷达视线向的地表形变(即距离向);然后,采用运动结构恢复技术处理无人机影像获取高精度的数字地表模型;最后,综合利用上述信息精确确定地震地表破裂的空间分布和地表形变特征。结果表明,此次地震东西向最大形变量约为2.0 m,距离向最大形变量约为1.5 m,该破裂带总长约为36.22 km。结合门源地区公路交通网,基于机器学习方法支持向量机模型对历史地质灾害点的分布以及地表破裂带进行分析,发现此次地震对高速公路带来的影响最大,对乡道的影响最小;交通干线G0611和G338东南段具有很高的灾害风险。所提技术框架可精密地解译地表破裂,在地震减灾中直接发挥作用。     

汶川地震次生灾害毁坏耕地的遥感快速评估方法——以北川县唐家山地区为例

以四川省北川县唐家山地区为研究区,利用2006-11-10的SPOT卫星影像数据,依据NDVI和地形信息进行耕地识别,辅以少量的人工修正,快速获取灾前耕地分布信息.应用2008-05-14的FORMOSAT-Ⅱ卫星影像数据和2008-06-04的ALOS卫星影像数据,采用人机交互解译快速获取地震诱发的崩塌滑坡、堰塞湖等次生灾害信息.灾前耕地分布信息叠加地震次生灾害数据及影像,进行变化检测,实现耕地损毁的快速评估.结果表明,研究区内崩塌滑坡、堰塞湖等次生灾害严重,崩塌滑坡533处,面积1408.20hm2,堰塞湖水面面积已达604.69 hm2.共毁坏耕地86.88 hm2,耕地毁坏率8.84%.崩塌滑坡、被毁耕地分布与断裂带分布一致,断裂破碎带内耕地毁坏率达18.74%,占研究区被毁耕地面积的74.53%.     

汶川大地震灾情综合地理信息遥感监测与信息服务系统

结合此次汶川大地震灾情综合地理信息监测与评估工作,着重探讨航空航天遥感技术在地震灾情监测与评估中的方法和技术路线.通过集成多平台和多传感器数据.根据不同区域受灾严重程度不同的情况,研究制定了地震灾区灾情综合地理信息监测指标;通过综合震前震后多源数据,制定了快速几何处理、快速数据质量综合分析、快速变化提取、快速目标判读和次生滑坡灾害空间危险性评估的技术流程,实现了汶川大地震震区灾情综合地理信息的解译、制图和统计评估.在此基础上,开发了汶川地震灾情综合地理信息服务系统,实现了灾情监测信息的综合管理、可视化查询和统计分析.并对当前工作中存在的问题进行了探讨.     

地震及其次生灾害灾情专题图制图模板研究

结合地震灾害应急监测工作对遥感影像地图的需求,根据地震及其次生灾害发生分布特征及其危害情况,研究制定地震及其次生灾害灾情信息专题图制图模板;形成一套地震及其次生灾害灾情信息专题图的制图规范.能够及时准确提供典型灾情信息,进行快速制图工作,为灾害损失评估、调查及监测、灾后重建等提供及时的地理信息服务.     

面向Web的台风洪涝灾害遥感监测评估系统研究与应用

目前防灾减灾业务体系与遥感监测分析能力尚未深度耦合,在灾害应急处理模式、数据资源规划与组织、动态服务体系架构等方面存在挑战。针对上述挑战,设计了台风洪涝灾害应急监测评估流程,阐述了多源灾害数据动态汇聚与接入、任务驱动的灾害模型服务协同、灾情要素高效集成可视化等关键技术,实现了面向Web的台风洪涝灾害遥感监测评估系统,提供灾害应急资源按需获取、在线分析、动态专题制图和评估报告生成等功能,并在海南省应急管理厅相关业务部门进行了实际应用。     

GIS与面向对象结合的遥感影像震后损毁道路快速提取

地震是破坏性极强的自然灾害之一,2013年4月20日的雅安芦山地震导致大范围的道路损毁,一度使得宝兴县城成为孤岛,救援很难开展.造成道路损毁的一个主要原因是地震诱发的次生灾害堵塞道路.针对宝兴县道路损毁的现状,本文提出了一种面向对象与GIS空间分析相结合的遥感影像提取方法,在震后短时间内快速提取因次生灾害造成的损毁道路情况,快速及时地确定损毁道路的位置及范围.试验证明,本方法能快速提取次生灾害造成的损毁道路的位置与范围,其与目视解译结果吻合,大大减少了震后影像解译时间,提高了地震应急的效率,可为抗震应急救灾提供决策支持.     

时序Sentinel-1A数据支持的长江中下游汛情动态监测

合成孔径雷达（SAR）因其对地观测全天候、全天时优势,成为多云多雨天气限制下洪水动态监测中不可或缺的数据来源之一。由于GEE（Google Earth Engine）云计算平台的兴起和短重访Sentinel-1数据的可获取性,洪水监测与灾害评估目前正面向动态化、广域化快速发展。顾及洪水淹没区土地覆盖变化的复杂性和发生时间的不确定性,基于时序Sentinel-1A卫星数据提出了针对大尺度范围、连续长期的汛情自动检测及动态监测方法。该方法首先,利用图像二值化分割时序SAR数据实现水体时空分布粗制图,逐像素计算时间序列中被识别为水体候选点的频率。然后,利用Sentinel-2光学影像对精度较粗的初期SAR水体提取结果进行校正,得到精细的水体分布图。最后,针对不同频率区间的淹没特点,采用差异化的时序异常检测策略识别淹没范围：对低频覆水区利用欧氏距离检测时序断点,以提取扰动强度大、淹没时间短的洪涝灾害区;对高频覆水区利用标准分数（Z-Score）检测时序断点,以提取季节性水体覆盖区。在GEE平台上利用该方法,实现了2020-05—10长江中下游地区全域洪水淹没范围时空信息的自动、快速、有效监测,揭示了不同区域汛情发展模式的差异性。本文提出的洪水快速监测方法对大尺度下的汛情动态监测、灾害定量评估和快速预警响应具有重要的现实意义。     

GEE环境下的玉米低温冷害损失快速评估

大范围、及时、准确的灾害损失评估与制图对防灾减灾、农业保险和粮食安全等至关重要。针对传统灾害损失评估方法空间尺度单一、泛化能力差、时效性低,可操作性弱等问题,本文建立了一种遥感产品耦合作物模型的多尺度的灾害损失评估方法MDLA （a Multiscale Disaster Loss Assessment）。该方法利用作物模型的多情景模拟产生大量的灾害样本,结合对应日期的遥感指标构建灾害脆弱性模型,依托Google Earth Engine（GEE）平台将其应用到高分辨率遥感影像和格点灾害指标进行逐象元评估。以鄂伦春自治旗玉米为例,基于精细校准的CERES-Maize模型的模拟,利用两个生长季窗口的LAI和冷积温（CDD）建立统计模型来刻画低温对最终产量的影响,结合Sentinel-2数据逐格点计算完成高精度损失制图。结果显示,校准后的CERES-Maize模拟物候和产量的NRMSE 分别为3.3%和8.9%。冷害情景模拟结果表明不同类型和生育期的低温冷害对玉米产量的影响不尽相同,其中生长峰值期（出苗—吐丝和吐丝—灌浆）最为敏感。回代检验显示,MDLA方法估算精度为11.4%,与历史冷害年份的实际损失相吻合。经评估,鄂伦春2018-08-09的冷害导致玉米减产23.7%,受灾面积1.86×10⁴ ha,其中高海拔地区损失较重（减产率>25%）,低温冷害对该区玉米生产构成了严重的威胁。与现有的统计回归、作物模型模拟以及同化等技术相比,其优势在于：（1）结合遥感观测和作物模型模拟技术能更好地刻画了灾害对产量的影响过程;（2）利用GEE平台快速处理海量遥感数据,提高了灾害损失评估的时效性;（3）不受地面实测数据的限制,易操作,可实现动态、多尺度（象元、田块、村,县等）的损失评估,这为防灾减损、维持粮食丰产稳产提供了保障,也为农业保险的业务化运行提供了思路。     

利用高分辨率夜光影像开展土叙地震灾害评估

2023-02-06,土耳其南部相继发生Mw 7.8和Mw 7.5地震,土耳其和叙利亚两国遭受了重大人员伤亡和财产损失,快速评估灾区受灾情况对地震应急救援和灾后重建具有重要意义。利用震前的可持续发展科学卫星1号夜光影像和震后的仰望一号夜光影像,采用多元幂函数回归模型对两类影像进行了相对辐射定标,使用定标后的影像对土耳其阿德亚曼市和安塔基亚市-德芙内市进行了灾害评估。结果显示,所提的相对辐射定标模型能有效提升异源夜光影像之间的可比性;3座严重受灾城市在地震后出现大范围停电,建成区内超过50%的区域灯光损失率高于80%,建成区整体灯光损失率超过70%。结果表明,异源高分辨率夜光影像能有效评估自然灾害对城市的影响,评估结果可为当地政府部门应急决策及震后重建提供帮助。     

基于阈值比值法的森林冰雪冻害遥感评估——以湖南省为例

冰雪冻灾是森林生态系统的主要生态干扰之一,对森林结构及生态系统功能有重要影响,快速准确评估森林资源受损程度,对灾后森林修复和森林生态系统管理有重要意义。根据2001—2007年归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据提取灾前植被NDVI参考值和植被正常生长变化范围,利用灾后同时段NDVI数据,提取湖南省2008年森林冰雪受灾范围。在图像阈值法基础上,提出阈值比值法,评估森林冰雪受灾区域森林资源受损程度。与图像阈值法相比,阈值比值法评估结果与人工调查数据更加接近,标准误差为0. 95,不足图像阈值法的1/3。阈值比值法评估结果显示,全省森林资源受损严重,森林重度受灾率高达53. 69%,森林中度受灾率达27. 50%,森林轻度受灾率仅为18. 81%。与海拔、坡向等地形因子叠加分析,发现高海拔森林受损程度比低海拔森林严重,800 m以上的森林重度受损率高达58. 91%,处于阴坡的森林受损程度比阳坡森林严重。     

基于哨兵数据相干性的洪水淹没范围确定方法

洪涝灾害会造成农田淹没、居民住宅损毁等危害,因此对洪水淹没范围进行实时、准确监测可有效进行灾后治理。利用光学传感器提取洪水淹没范围时,不能穿透云层,因此无法获取有效地面信息;而SAR使用微波波段,不受天气影响,在夜间也能成像。因此,SAR成为洪水灾害灾情评估的有力工具。本文利用2021年9月23日、10月5日、10月17日3景SAR雷达影像Sentinel-1A数据,计算相干性系数,设置阈值为0.2,提取水体淹没范围,分析其扩张范围及变化趋势,并根据生成的形变图分析水位抬升变化,验证了基于雷达数据的相干系数阈值提取方法监测洪水淹没范围,以及采用InSAR技术准确提取水体边界与分析水位上升趋势的可行性。     

遥感与GIS支持下的基于网络的洪涝灾害监测评估系统关键技术研究

以对中国的洪涝灾害监测评估为例，介绍了以遥感与GIS支持下的基于网络环境的洪涝灾害监测评估关键技术系统的工作环境、关键技术流程和技术方法。该关键技术系统以遥感和GIS为基础，快速将多源数据复合、通过网络集成了多种技术成果和数据，进行快速、准确，连续，动态与全天候的洪涝灾害的监测与评估，为有关部门快速了解灾情、制定救灾方案以及灾后规划等提供了重要的痴情支持手段，已在抗洪救灾工作中发挥了重要作用。     

基于Landsat和Sentinel-2时间序列影像的海南西部橡胶林龙卷风灾情评估

风害是影响中国天然橡胶产业发展最严重的自然灾害之一,它短时间内对橡胶林造成严重的物理伤害(大量落叶、枝条和主干折断等),严重影响后期生长和产量。传统地面调查虽然精度高,但耗时费力、经济成本高,利用遥感快速评估对指导灾后生产恢复、保险赔付和科学研究等具有重要意义。本研究以2019年8月1912号热带风暴"杨柳"在海南西部诱发的龙卷风为例,从影像数据覆盖的时效性、合成方法和灾害评估指标筛选等角度出发,探讨了联合Landsat 7/8和Sentinel-2时间序列遥感影像和影像差异法评估橡胶林风害损失的潜力。结果表明:(1)无云的Landsat 7/8和Sentinel-2影像在灾害发生前后的20 d内能对90%以上的研究区域实现至少一次覆盖,30 d内基本实现完全覆盖,像元尺度平均覆盖3次,60 d平均覆盖6次;(2)风灾前采用最大值合成,灾后采用中值法合成,获得的影像差异显著且监测指标最为稳定;(3)在时间窗口方面,灾害前后40 d窗口内合成影像的监测效果趋于稳定,与90 d窗口合成影像的结果差异不明显,保守的建议采用灾害前后60 d窗口内的影像进行风灾监测;(4)受损橡胶林风灾前后EVI数值变化最大,40 d窗口之后平均下降超过0.5,NBR次之,其后是LSWI、NDVI、近红外(NIR)和短波红外(SWIR1和SWIR2)波段。从变化的百分比值看,风灾后LSWI和SWIR2的变化幅度最高,降幅超过120%,明显高于NBR、EVI、NIR和SWIR1。相比之下,LSWI的空间变异(60 d合成时标准差约27%)明显低于SWIR2 (60 d合成标准差约83%);(5)此次龙卷风造成海南西部约645公顷的橡胶林报废,作为30年经济寿命周期的作物,损失非常严重。本研究展示了联合Landsat和Sentinel-2监测橡胶林风害损失的巨大潜力,为今后橡胶林和其他作物的台风灾害及时监测提供了重要的方法参考。     

浙江省洪涝灾害遥感监测技术流程及其初步应用

本文简要介绍了浙江省洪涝灾害遥感监测技术流程及其初步应用。研究表明,应用NOAA-AVHRR数据,通过计算机处理和综合地学分析,是可以监测大范围的洪涝灾害的,并可准确地圈定洪涝范围和区分受涝程度,获得洪涝灾害面积,从而达到快速、动态、客观地监测洪涝灾情的目的,及时地向领导决策部门提供灾情影像图、数字化图和灾情分析报告,为指挥抗灾、组织生产自救提供可靠依据。     

针对辽宁地理特征的震害预评估模型应用

震害预评估是地震应急响应与辅助决策的重要依据,可靠的灾害预评估结果对提高地震应急能力、加快震后应急响应速度具有十分重要的作用。本文针对辽宁省地理特征,结合地震动衰减分区关系、历史地震资料统计回归分析,确定辽宁省地震影响场的评估参数,建立有关中强地震影响范围的震害预评估分析模型,并利用VS.NET、Windows控件及ArcGIS Engine设计GIS专项应用平台,实现地震灾害等级、人口、建筑物、道路受损预评估及应急专题图的快速生成,实现辅助决策功能,为制订震害应急方案提供分析数据。     

多源雷达遥感数据汶川地震灾情应急监测与评价

合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候成像能力和图像立体感强的优势,在汶川大地震灾情监测与评估中发挥了不可替代的作用.利用多源多时相高分辨率雷达遥感数据,对汶川地震灾区各城镇和次生灾害进行了快速、系统、连续的监测,并根据雷达图像特征对房屋损毁情况、滑坡和堰塞湖的分布与规模等进行了快速定量评估,建立了相应的解译标志.监测成果及报告呈送了国家各有关部门和救援队伍,为抢险救灾及灾后重建工作提供了详实、可靠的科学依据.     

四川芦山地震次生地质灾害遥感调查及灾害特征初探

2013年4月20日,四川省雅安市芦山县境内发生MS7.0级地震。为充分发挥遥感技术在地震灾害应急决策、救援及震后恢复重建中的作用,利用地震前后的多源遥感数据,基于遥感图像人机交互解译和野外现场考察,研究了芦山地震次生地质灾害的特征及其空间分布。遥感调查结果表明,芦山地震引发了1 678处次生地质灾害,覆盖地表面积约8.354 km2,具有规模小且以崩塌、落石为主要灾害类型的特点。基于地震前的地形数据,研究了次生地质灾害的空间分布与高程、坡度的关系。对次生地质灾害分布特征的统计分析结果显示,95%的次生地质灾害分布在海拔750~1 850 m之间;82.5%的次生地质灾害分布在地形坡度15°~50°之间,但随着坡度的增加,次生地质灾害发生率显著升高。在空间分布上,芦山地震次生地质灾害呈现显著的线性排列:或沿NE向发震断裂线性排布,或沿山脊和河谷线性排列。研究结果为芦山地震应急决策、救援及震后恢复重建提供了重要依据。