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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1314-1329页

作者：丁明涛陈浩杰李振洪刘振江长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土科学全国重点实验室陕西西安710054 长安大学地学与卫星大数据研究中心陕西西安710054 自然资源部生态地质与灾害防控重点实验室陕西西安710054 智慧地球重点实验室北京100029

光学遥感影像像素偏移量追踪是反演同震形变场和监测滑坡的一种重要手段。基于相关性匹配的传统像素偏移量追踪方法,通过搜索相关性最强的匹配窗口估计中心像素的位移,计算效率低且在大梯度形变区域失相关现象严重,存在形变边界提取不... 详细信息

光学遥感影像像素偏移量追踪是反演同震形变场和监测滑坡的一种重要手段。基于相关性匹配的传统像素偏移量追踪方法,通过搜索相关性最强的匹配窗口估计中心像素的位移,计算效率低且在大梯度形变区域失相关现象严重,存在形变边界提取不精确的问题。为高效获取精确的地表形变,将计算机视觉领域的光流场模型引入像素偏移量追踪问题,提出适用于光学遥感影像反演地表形变的光流场方法,给出像素偏移量时序反演的加权改进算法。通过塔吉克斯坦同震形变场模拟实验,评估光流场方法估计地表形变场的可行性及其在最小可探测形变方面的性能;通过加州地震同震形变场反演和白格滑坡偏移量估计实验,讨论光流场方法的计算效率优势和形变区域提取的精确性;通过白格滑坡时序形变分析,进一步论述利用光流场方法估计大梯度形变的有效性和时序反演加权改进算法的鲁棒性。结果显示,相比于传统窗口相关性匹配方法,光流场方法的偏移量追踪精度为0.032像素,计算效率提升了20倍左右,形变区范围提取精度提升了25.9%;改进的加权时序反演算法将光学遥感影像东西向和南北向位移估计的不确定性分别降低了16.2%和12.4%。

关键词：光流场方法滑坡同震形变计算效率加权时序反演算法

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基于光学遥感影像光流场模型的地表形变监测

基于光学遥感影像光流场模型的地表形变监测

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作者：陈浩杰长安大学

学位级别：硕士

滑坡、地震等地质灾害对人民生命和财产安全造成了巨大的威胁。地表形变是分析震区活动断层运动、滑坡活动危害性以及滑坡稳定性的关键参数之一,对于发现潜在滑坡识别、监测滑坡稳定性以及减轻地震次生灾害的影响至关重要。星载光学遥... 详细信息

滑坡、地震等地质灾害对人民生命和财产安全造成了巨大的威胁。地表形变是分析震区活动断层运动、滑坡活动危害性以及滑坡稳定性的关键参数之一,对于发现潜在滑坡识别、监测滑坡稳定性以及减轻地震次生灾害的影响至关重要。星载光学遥感覆盖范围广、光谱信息丰富、不受干涉影响,与传统的地面测量和机载星载雷达遥感相比,基于卫星的遥感具有独特的优势。星载光学遥感技术在滑坡形变监测、同震形变场反演方面的应用正日益增加。在实际应用中,基于相关性匹配的传统像素偏移量估计方法,通过搜索相关性最强的匹配窗口寻找同名像点,估计中心像素的位移,计算效率低且在大梯度形变区域失相关现象严重,存在形变边界提取不精确等问题,同时也缺乏时间序列处理方法。因此需要研究如何提高大梯度地表形变监测的计算效率和可靠性。本文针对上述问题开展研究,给出了相应的解决方案,主要研究内容和贡献包括: (1)针对传统的基于模板匹配的像素偏移量估计算法获取大范围同震形变场计算效率低的问题,本文采用计算机视觉领域的光流场模型,提出一种适用于光学遥感影像反演同震形变场的光流场方法。通过塔吉克斯坦同震形变场模拟实验,分析了光流场方法反演地表形变场的可行性及其在最小可探测形变方面的性能;以加州地震同震形变场反演为例,验证了光流场方法提取不连续形变的有效性和效率优势。结果显示,相比于传统窗口相关性匹配方法,光流场方法的偏移量追踪精度为0.032像素,计算效率提升了20倍左右。 (2)针对传统的基于模板匹配的像素偏移量估计算法获取狭长形的大梯度滑坡体形变监测中,滑坡形变边界区域匹配窗口内不可避免地包含着不同运动状态的像素,引起像素偏移量算法的匹配失败,导致滑坡边缘可靠性低的问题。本文采用基于梯度的光流场方法,利用白格滑坡区域2017年7月15日和2018年7月25日两景Sentinel-2光学影像进行地表形变分析,成功提取了该区域滑坡体形变,并将形变区范围提取精度提升了26%。 (3)针对传统像素偏移量估计算法精度不高、可靠性低以及缺乏时间序列处理算法的问题,本文将时序In SAR中的小基线集(SBAS)思想引入到时序像素偏移量估计算法中,提出一种基于稳定区域加权的时间序列像素偏移量估计算法。该方法成功应用于白格滑坡在2015年11月13日至2018年7月25日的时间序列形变提取中,结果显示,相对于非反演算法,该加权时序反演算法将光学遥感影像东西向和南北向位移估计的不确定性分别降低了16.2%和12.4%。

关键词：光流场方法滑坡同震形变计算效率加权时序反演算法

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