地震前后遙感影像空間尺度特性與最優(yōu)空間尺度選擇

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第33卷第2期2013年4月地震EARTHQUAKEV01．33，No．2Apr．，2013地震前后遙感影像空間尺度特性與最優(yōu)空間尺度選擇+陳文凱1，何少林1，裴惠娟2，竇愛(ài)霞3，周中紅1(1．中國(guó)地震局蘭州地震研究所，甘肅蘭州730000；2．中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心甘肅蘭州730000；3．中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京100036)摘要：本文基于不同計(jì)算窗口大小的改進(jìn)局部方差方法，判定地震后遙感影像上的目標(biāo)物，如損毀建筑物、完好建筑物的最佳空間尺度。對(duì)航片、QuickBird影像進(jìn)行了系列實(shí)

2、驗(yàn)分析，得到了在QuickBird影像中城區(qū)完好建筑物最佳空間分辨率在2～3m，損毀建筑物最佳空間分辨率2～4m，航片中城區(qū)完好建筑物最佳空間分辨率為3～4m。最佳空間分辨率與目標(biāo)地物的尺度緊密相關(guān)，不同尺度大小的地物具有不同的最優(yōu)空間尺度。最佳空間尺度的選擇在處理海量高空間分辨率影像時(shí)通過(guò)重采樣選取最佳空間分辨率，可以有效減少圖像運(yùn)算時(shí)間，在地震災(zāi)害快速評(píng)估中具有一定的應(yīng)用意義。關(guān)鍵詞：遙感；空間尺度；最佳空間尺度；地震災(zāi)害評(píng)估中圖分類號(hào)：P315．9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—3274(2013)02

3、—0019—10引言對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理得到地震災(zāi)害信息(包括建筑物、道路、水庫(kù)大壩等人工建筑物的損毀情況及滑坡、崩塌、泥石流等地震次生災(zāi)害)是遙感在地震行業(yè)最廣泛的應(yīng)用之一。近年來(lái)隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，一個(gè)多層次、多角度、全天候、多分辨率互補(bǔ)的全球衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)正在逐步形成Ⅲ。用于地震災(zāi)害快速評(píng)估的遙感數(shù)據(jù)源越來(lái)越多，在汶川地震中用于地震災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估的衛(wèi)星達(dá)到24顆，空間分辨率在50～o．5m之間[2]。面對(duì)海量的遙感影像數(shù)據(jù)，提高信息提取速度以及盡可能多地及時(shí)提取出有用的信息，是遙感數(shù)據(jù)處理與分析領(lǐng)域最

4、重要的研究方向‘3

5、，它也制約著遙感在地震災(zāi)害評(píng)估領(lǐng)域中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)信息提取研究注重于不同數(shù)據(jù)源中各波段的光譜和紋理特征的提取，但很少研究遙感數(shù)據(jù)的空間尺度(即空間分辨率)對(duì)遙感信息提取的影響[41。實(shí)際上遙感信*收稿日期：基金項(xiàng)目：作者簡(jiǎn)介：2013-0卜23；修改回日期：2013-02—21中國(guó)地震局地震應(yīng)急青年重點(diǎn)任務(wù)(CEA—EDEM一2012)和中國(guó)地震局蘭州地震研究所地震科技發(fā)展基金(2011Q03)資助陳文凱(1983一)，男，青海民和人，獲碩士學(xué)位，助理研究員，主要從事RS和GIS應(yīng)用

6、技術(shù)等研究。萬(wàn)方數(shù)據(jù)20地震息提取的精度不僅受觀測(cè)目標(biāo)光譜、紋理等特征的影響，而且受地物空間尺度與影像空間分辨率之間相對(duì)關(guān)系的影響，因此要得到高精度的信息提取結(jié)果，必須考慮遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率對(duì)結(jié)果的不確定性影響。研究遙感信息提取中的尺度效應(yīng)不僅有助于提高遙感災(zāi)害信息提取的精度，而且有助于針對(duì)不同目標(biāo)地物選擇合適的空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)選擇的盲目性，有助于提高地震災(zāi)害評(píng)估的工作效率。目前遙感信息提取中的尺度效應(yīng)研究正在逐步得到重視。1987年Woodcock等∞1采用局部方差方法針對(duì)不同目標(biāo)地物(如森林

7、、城市居民區(qū)、農(nóng)田)對(duì)TM、SPOT影像進(jìn)行了最優(yōu)空間分辨率的選擇；Woodcock等m73和Atkinson等口3采用變異函數(shù)(Variogram)研究遙感影像中的最優(yōu)空間分辨率的選擇；柏延臣等[4’91采用離散度方法研究TM影像中各類地物的最佳分類尺度效應(yīng)；明冬萍等n們采用基于可變窗口與可變分辨率的改進(jìn)局部方差方法研究了最佳空間分辨率問(wèn)題；韓鵬等n1’153基于信息熵方法來(lái)研究遙感分類最優(yōu)空間尺度特征選擇；陳杰等‘”1則針對(duì)QuickBird全色影像上的典型地物采用紋理的頻譜能量變化規(guī)律研究高分辨率遙感影像

8、最佳尺度問(wèn)題。以上方法中都以土地利用中的地物(森林、城鎮(zhèn)、農(nóng)田、草地、裸地等)為目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)空間分辨率研究，然而以地震災(zāi)害體(建筑物損毀等)為目標(biāo)的最優(yōu)空間分辨率的研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道，因此本文針對(duì)地震后遙感影像中損毀的建筑物，研究其最優(yōu)空間分辨率的選擇。1遙感影像空間尺度分析方法尺度是一個(gè)廣泛使用的術(shù)語(yǔ)，在不同的領(lǐng)域有著不同的內(nèi)涵。Cao等口朝定義了四種與空間現(xiàn)象有關(guān)的尺度：制圖尺度(地圖比例尺)、地理尺度(或稱觀測(cè)尺度)、分辨率和運(yùn)行尺度(或稱操作尺度)。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)使用不同的尺度定義，本文中尺度特指

9、遙感空間分辨率。遙感影像中最優(yōu)尺度就是使遙感數(shù)據(jù)處理達(dá)到最優(yōu)效果的尺度。尺度問(wèn)題被認(rèn)為是遙感數(shù)據(jù)處理與分析的主要挑戰(zhàn)[3]。Markham等[141研究指出，遙感分類精度主要受混合像元和光譜特征變異兩個(gè)因子的影響。當(dāng)遙感數(shù)據(jù)空間分辨率變高時(shí)，處于目標(biāo)地物邊緣處的混合像元數(shù)量減少，分類精度就會(huì)提高，反之分類精度就會(huì)降低；遙感影像的空間分辨率變高時(shí)，同一目標(biāo)地物類別內(nèi)部的光譜特征變異增大，