文化遗产地SAR图像相干目标机理与洪灾监测技术研究

摘要

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。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题依据和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容和论文组织结构

2 SAR和InSAR理论研究

2．1 合成孔径雷达(SAR)概述

2．2 InSAR基本原理

3 方法与数据简介

3．1 SAR图像相干目标提取方法

3．2 SAR图像水体变化监测方法

3．3 遥感图像解译

3．4 数据简介

4 ENVISAT ASAR相干目标的分类识别探测试验与分析

4．1 实验数据介绍及预处理

4．2 PS和分布式目标的识别

4．3 PS、DS的分类识别探测分析

4．4 本章小结

5 基于SAR图像的水体信息提取

5．1 方法简介

5．2 洪水信息提取实验及分析

5．3 时间序列上基于SAR影像的水体提取与分析

5．4 本章总结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

学术论文发表情况

参与主要科研项目

致谢