[01214130]基于RS、GIS、GNSS集成的建筑物灾变损失快速评估模型研究

①课题来源与背景： 课题来源于广西壮族自治区科技厅自然科学基金项目。 ②研究目的与意义： 广西壮族自治区地质环境、地形条件复杂,通过现场踏勘对区内灾变影响范围、建筑物损失程度评估起来十分困难。及时准确获取灾变建筑物毁坏信息,快速评估灾变损失对灾变损害区可持续发展具有重要现实意义。 课题的研究成果将最新对地定位和观测理论技术方法应用于灾害信息获取研究,拓宽了现代地球空间技术的应用领域,本成果为分析灾害承灾体的图像特征变化与空间分布定位、绘制历史灾情分布图提供了一种有效办法。为西南地区复杂地形条件下的防灾减灾、快速监测、调查与评估灾害影响提供帮助。 ③主要论点与论据： （1） 高分遥感影像直观地记录了灾害导致的灾损特征,多时相遥感对比可以发现建筑物轮廓及内部特征变化进而完成灾损制图。 为了验证解译结果并建立解译标志,2013年4月对平民冲、金鸡冲、石鼓冲、冰泉冲的地质灾损建筑物桂江西岸的泥石流破坏的建筑物进行了实地调查,发现梧州研究区发生的灾害并不单一,滑坡、泥石流和崩塌均有发生,每处遭受破坏损失的建筑物功能、结构类型、破损程度不同。依据灾因还分为滑坡、崩塌、泥石流,冲内建筑物毁坏显著,民房基本严重损毁,裸露出完整的道路段和大片土壤。山体土壤和植被的运动直接破坏了附近的建筑物,一部分山体植被和土体跑到建筑物屋顶上,多数山体松散土滑落到建筑物旁,对建筑物造成不同程度的损坏。通过典型建筑物解译标志来对其他周边建筑物进行判断。金鸡冲、意园冲建筑物上仍残留泥石流破坏的信息,实地考察图与泥石流破坏影像相符。 （2） 利用分级符号展现了观测精度的变化,根据野外踏勘实验设计了评估GNSS灾情观测效率的进度曲线。该评估方法能够提供灾情演化的三维坐标,与高分影像提供信息紧密结合、相互补充,适合我国西南复杂地形城市的灾损制图工作。 GNSS与高分影像结合需要充分考虑天气、时间、遮蔽度等因素的影响,减少观测冗余量,提高观测效率。研究中发现遮蔽度会对观测精度发生直接影响,如研究区冰泉冲小区的楼房比较密集,而龙泉飞瀑景点附近城郊居住区的树林密集所以卫星信号被阻挡屏蔽的机会较多,卫星空间结构差,信号强度弱,容易造成信号失锁,需要重新初始化。对梧州灾损建筑物和特征地物点进行观测,获得115 个GNSS 观测点,观测点位于冰泉冲、石鼓冲等灾害重灾区内,制作成GNSS/RTK 的H、V 方向观测误差分布图。观测点多分布于山冲内或山冲边缘的灾损建筑物附近。在灾损重灾区附近,观测点较密集,如穿过冰泉东冲与冰泉西冲白云路上的灾情观测点。水平误差显示：白云路观测时段误差值在5～7mm,平民冲破坏建筑物3mm,石鼓冲9～24mm,冰泉冲北部居民区8～85mm。 （3） 应用高分卫星影像建立灾变损失动态监测模型,重点探索了灾变前后建筑物信息快速提取、灾变建筑物制图方法、建筑物变化检测,对建筑物信息提取的核心技术进行试验,发现2006 年梧州市彩色合成高分遥感影像裁剪一部分实验区域做建筑物信息提取方法的研究,加入纹理信息的分类方法能有效提高分类精度,并与传统的监督分类做效果比较,显示在卫星影像的整体分类精度（82.5%）上决策树分类技术要优于支持向量机分类（SVM）,且建筑物几何形状细节更加清晰,效果较好。 ④创见与创新： （1） 理论上的创新,揭示了从灾损建筑物光谱、几何、高度特征出发,研究高空间分辨率、多光谱遥感影像中灾损建筑物信息提取的理论基础;建筑物的GNSS 载波相位差分测量原理。 （2） 方法上的创新：建立灾损评估模型;基于高空间分辨率影像检测与CART 分类树的建筑物灾损形态提取;DGNSS/RTK 技术在灾损建筑物测量中的应用。 ⑤社会经济效益,存在的问题： 灾害承灾体调查和监测数据资料获取和更新较为缓慢。课题总结了建筑物形态变化检测,地图更新机理和建筑物的GNSS 载波相位差分观测,RS、GIS、GNSS 集成原理,探讨了RS、GIS、GNSS 集成的“结合锥”与网络分布式结合模式,3S 系统一体化数据管理,建立了遥感图像软件无缝链接GIS 工作流。在基于3S 技术的建筑物灾变损失评估机理研究中得到了与实践相符的理论规律性认识：利用高时空分辨率遥感影像可以相对快速获取地表灾损信息。 综合利用RS、GIS、GNSS 技术,克服传统地面普查单一技术运用存在的精度不足与自动化、实时性缺乏导致的效率低下问题。建立高效的、开放的、具有特色的建筑物灾变损失快速评估模型与3S 网络分布式一体化集成体系,提高灾变损失评估、灾害响应与自动处置、辅助预警决策的效率与质量。 存在的问题; （1） 不同时相的卫星观测数据成为本项目的研究重点,尤其是地质灾害发生后的很短一段内的数据采集最为关键。一些在高分影像无法识别,但已导致承灾体构筑物破坏,裂缝发育的建筑物侧面特征需要实地调查中发现。 （2） 对建筑物的损失评估是一项复杂的系统工程,如何根据多角度和多光谱遥感影像显示的特征,对建筑物的类型如砖木建筑、砖混建筑、钢筋混凝土建筑等做进一步划分。