文化遗产地SAR图像相干目标机理与洪灾监测技术研究

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随着自然灾害频发和人类活动加剧,世界遗产受到严重威胁甚至破坏。考虑到任何世界遗产的坏变或丢失都会给世界文化带来影响,所以遗产保护是非常重要的。星载合成孔径雷达技术(Synthetic Apeture Radar, SAR)作为一种新型卫星遥感对地观测技术,可以全天候、全天时的大范围快速获取地表时空演变信息,特别是在灾害监测方面,是其他光学遥感数据所解决不了的,具有巨大的发展潜力。论文针对中外两个典型世界遗产地,中国都江堰遗产和柬埔寨吴哥窟遗产地,进行了雷达相干目标的机理和洪灾监测关键技术的研究。  论文的主要内容包括如下两部分:  一、相干目标分为点目标和分布式目标,这些目标在长时间序列或局部序列上具有稳定的后向散射特性,且保持较为稳定的相位特征。常用的高相干目标识别方法有相干系数阈值法、振幅离差指数法和相位离差阈值法等。文中分析了常用方法的原理和优缺点,并利用相干系数阈值法提取了都江堰实验区的PS候选点,经研究验证了PS点主要分布在城区等建筑物密集地区。针对非城区PS候选点分布较少这一不足,文中采用了一种近似SqueeSAR方法来提取分布式散射目标(DS),并结合TM影像和SRTM DEM对都江堰实验区做了地表分类图和阴影叠掩提取图,与PS、DS点图叠加后进行了时序分析,验证了PS在空间、时间维始终保持高相干,对应的地物一般为建筑物或裸露岩石等点目标这一特点;而DS散射与相干特性在局部空间尺度上表现为同质,在时相上受季节和人类活动影响,对应地物一般为裸露地表。  二、星载雷达遥感是目前洪涝灾害水情监测的重要技术手段之一,依据微波遥感影像中水体后向散射系数相对较低的特征,将图像分割中的常用算法——阈值法应用到TerraSAR数据水体提取中。文中首先分析了目前常用的方法及其优缺点,然后对柬埔寨吴哥窟遗产地2011年枯水期和洪水期两景TerraSAR影像开展实例研究,研究结果表明,综合考虑类间和类内方差两个因素的改进最大类间方差法(改进的Otsu法)较之双峰法和最大类间方差法(Otsu法),其确定的最优阈值水体提取精度最高。该方法相对简单、容易实现,文中借用该法对吴哥地区2012年11景TerraSAR影像(2-12月每月一景)做水体季度变化监测,并与2012年月降水数据MERRA做线性回归和分析。实验表明,改进的Otsu法有效提高当前高分辨率TerraSAR数据计算机水体识别的自动化水平,进而推动高分辨率SAR数据于阴雨或多云天气条件下在洪涝灾害水情监测中的应用。  
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