地震災害遙感監測中影像快速處理方法研究

胡朝暉，林 丹

（1.南昌市城市規劃設計研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省贛西地質調查大隊，江西 南昌 330201）

地震災害遙感監測中影像快速處理方法研究

胡朝暉1，林 丹2

（1.南昌市城市規劃設計研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省贛西地質調查大隊，江西 南昌 330201）

提出一種面向地震應急監測的遙感影像快速處理方法。通過建立影像處理函數定義影像處理方式，訪問和查看影像數據時，影像函數能夠快速動態地應用到處理過程，并將動態處理結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用，證明該方法在地震應急情況下能大大縮短遙感影像的處理時間。

遙感監測；實時動態處理；影像處理函數；應急響應；災情評估

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

1 地震遙感監測技術方法及在應急中的不足

應用遙感技術手段對地震災區進行遙感監測和災損評估已經有很多成功的案例，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級地震等多次國內外大地震，遙感監測技術為抗震救災發揮了重要的作用，并逐漸成為災后震害調查與評估的重要手段。但在地震遙感應急監測和災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。地震應急監測中影像的一般處理流程是：輻射校正、幾何校正、圖像增強、去云、配準、融合、鑲嵌、勻色等，整個工作過程復雜且耗時較長。以1景預處理的L1級輻射校正的資源三號全色和多光譜產品為例，從處理數據到生成DOM整個過程至少要需要4 h，對遙感影像的處理時間遠遠大于災情提取時間。如在蘆山地震后，中國科學院遙感與數字地球研究所第一時間獲取了災區的機載航空遙感影像。從20日16時第一批數據傳回到21日8時數據共享實現，共經歷了約16 h，所用時間遠遠多于信息提取時間，且這一數據處理過程中僅進行了條帶拼接和幾何粗糾正，后期的信息提取尚需進一步的幾何精糾正。可見，要進一步提高應急響應速度，亟需突破遙感數據在處理精度和時間上的技術瓶頸。

2 遙感影像快速處理方法研究

2.1 影像實時動態處理技術

通過建立影像實時動態處理函數，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，這些函數將動態應用到影像數據中[8]。影像快速處理采用傳統的處理流程，對影像進行輻射校正、幾何校正、配準、融合、鑲嵌等處理，處理步驟都以函數的形式進行定義，如需要對影像進行融合處理，只調用預先定義好的融合處理函數，就可以實時生成融合后的結果。

運用實時動態處理技術就是通過建立影像處理函數對遙感影像進行快速處理，將動態處理結果輸出為一個新的臨時影像圖層，并使用函數來處理影像；通過運用函數能夠快速動態地應用處理過程，不需花費較長的時間在磁盤上創建永久應用過程的影像文件，能大大減少影像的處理時間。基于影像快速處理方法的遙感監測技術流程如圖1。

2.2 影像處理函數

震后應急響應對時間有特殊的要求。為了快速進行災情監測和災損評估，在考慮影像處理質量和精度下，選擇幾何校正、融合、鑲嵌3個關鍵處理步驟，分別對應幾何校正函數、融合函數和鑲嵌函數[9]。

幾何校正主要是將遙感影像投影到需要的地理坐標系中，主要包括系統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的RPC文件和數字高程模型（DEM）生成正射校正影像。如果沒有數字高程模型（DEM），可以使用指定常量高程值。下面以幾何校正函數為例，列出了部分代碼：

圖1 震后遙感監測技術流程

//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;

//輸出實時計算結果到內存

ISaveAs saveas = (ISaveAs)raster;

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

2.3 實驗對比

在地震應急中拿到的影像通常都是L1級輻射校正產品或L2級輻射校正和幾何校正產品。在應急中不需要像測繪生產DOM產品那樣嚴格，通常只會進行幾何粗/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行實驗對比，結果如表1。2.4 結果分析

表1 實驗對比結果

通過實驗對比分析，本文提出的面向地震應急的實時動態影像處理方法有著非常明顯的時間優勢，能解決快速應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測和災情評估的要求。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參數、DEM精度、地面控制點選取等過程產生的誤差。

3 影像快速處理方法在于田地震中的應用

2014-02-12 17：19，新疆和田地區于田縣（東經82．5°,北緯36．1°）發生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。中國資源衛星應用中心于18時啟動應急響應機制，于2月13日分發當日獲取的高質量震區圖像，服務于災區科學救援工作[11]。

采用影像實時動態處理方法對于田地震前后的所有影像進行快速處理，由中國資源衛星應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級產品，所以就直接進行色彩增強、配準、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景和環境減災衛星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 ，影像處理結果如圖2、3。

圖2 震前歷史影像處理結果

圖3 震后災區影像處理結果

對新疆于田地震重點監測了離震中最近的皮什蓋村，皮什蓋村在受災中倒塌的房屋較少，倒塌部分多為屋頂，這些受損的房屋多為土木結構、磚木結構的羊圈，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：建設部2009年軟科學研究資助項目（2009-R2-26）；城市地理信息統計與分析方法研究。