Η χρήση των δορυφορικών εικόνων έντασης SAR για την ανίχνευση των κατεστραμμένων οικοδομημένων περιοχών λόγω σεισμών

Από RemoteSensing Wiki

Η χρήση των δορυφορικών εικόνων έντασης SAR για την ανίχνευση των κατεστραμμένων οικοδομημένων περιοχών λόγω σεισμών

Masashi Matsuoka, α) M.EERI, και Fumio Yamazaki, β) M.EERI Earthquake Spectral, Vol.20, N. 3, pp 975 - 994, August 2004

Τα ραντάρ συνθετικών ανοιγμάτων (SAR) είναι αξιοπρόσεκτα για την ικανότητά τους να καταγράψουν το συντελεστή ανάδρομης διάξυσης, τη φυσική κατάσταση της γήινης επιφάνειας, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες ή το φως του ήλιου. Επομένως, το SAR είναι ένα ισχυρό εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αναπτύξει μια καθολική μέθοδο για να κατανοήσουμε τις πληγείσες περιοχές σε καταστροφές όπως οι σεισμοί, οι δασικές πυρκαγιές, και οι πλημμύρες. Διεξαγάγαμε μια μελέτη σκοπιμότητας για τα χαρακτηριστικά ανάδρομης διάξυσης των κατεστραμμένων περιοχών το 1995 στο σεισμό στο Hyogoken-Nanbu (Kobe), στην Ιαπωνία, χρησιμοποιώντας τις προ και μετά του γεγονότος εικόνες ERS, αποκαλύπτωντας ότι ο συσχετισμός ανάδρομου συντελεστή διάξυσης και έντασης μεταξύ των δύο επιτευχμένων τιμών μειώθηκαν σημαντικά στις σοβαρά πληγείσες περιοχές. Η αξιολόγηση, εντούτοις, εκτελέσθηκε χωρίς μείωση θορύβου στίγματος. Ερευνήσαμε επίσης τα αποτελέσματα της μείωσης θορύβου στίγματος και του μεγέθους pixel-window στην αξιολόγηση της ζημίας οικοδόμησης χρησιμοποιώντας τη διαφορά στο συντελεστή ανάδρομης διάξυσης και το συντελεστή συσχετισμού των εικόνων προ και μετα-γεγονότος ERS. Από την ανάλυση, ένα βέλτιστο μέγεθος παραθύρου για την αξιολόγηση ζημίας λήφθηκε. Επίσης διαπιστώθηκε ότι η ακρίβεια της ανίχνευσης ζημίας δεν βελτιώνεται σημαντικά για το φιλτράρισμα της μείωσης του στίγματος των pixel μεγέθους μεγαλύτερου από 21×21 pixels. Αναπτύξαμε μια αυτοματοποιημένη μέθοδο για να ανιχνεύσουμε τις σοβαρά πληγείσες περιοχές βασισμένες στη διακρίνουσα ανάλυση, και συγκρίναμε την ανιχνευμένη διανομή με ένα αποτέλεσμα ερευνών ζημίας.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Aπό την αξιολόγηση του σεισμού Ηyogoken-Nanbu (Kobe) το 1995 και του σεισμού Northridge το 1994, πραγματοποιήσαμε την ανάγκη τις πληροφορίες καταστροφής σε ένα αρχικό στάδιο. Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης και οι εφαρμογές της μας έχουν επιτρέψει να χρησιμοποιήσουμε τα imagery δεδομένα τηλεσκόπισης για να αξιολογήσουμε την ευπάθεια των αστικών περιοχών και τη διανομή ζημίας λόγω των φυσικών καταστροφών (Shinozuka και Rejaie 2000, Tralli 2000). Η δορυφορική τηλεπισκόπηση, που προσφέρει μέγιστη κάλυψη, είναι χρήσιμη στην παροχή πολύτιμων πληροφοριών για να καθορίσει τη διανομή ζημίας για τις δραστηριότητες αποκατάστασης και τον προγραμματισμό αποκατάστασης. Μια συγκριτική μελέτη για τις δορυφορικές οπτικές εικόνες με λεπτομερή αποτελέσματα ερευνών ζημίας εξέθεσε τα φασματικά χαρακτηριστικά των χαλασμένων περιοχών λόγω του σεισμού Kobe του 1995 (Matsuoka και Yamazaki 1998). Στη μελέτη, προσπαθήσαμε να προσδιορίσουμε την εξάπλωση ζημίας οικοδόμησης σε επίπεδο φραγμών πόλεων, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα ερευνών σε τομείς που αποθηκεύονται στο γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (GIS) ως εποπτευμένα δεδομένα εκμάθησης. Παρόμοιες προσεγγίσεις που συγκρίνουν τις προ και μετά δορυφορικές οπτικές εικόνες διεξήχθησαν για το σεισμό το 1999 στην Kocaeli, στην Τουρκία, (Estrada και λοιποί. 2000) και το 1990 στο Luzon, στις Φιλιππίνες, (Yamazaki και Matsuoka 1999).

Μεταξύ των εν πλω δορυφόρων αισθητήρων, το ραντάρ συνθετικών ανοιγμάτων (SAR) είναι ένα από τα ισχυρότερα εργαλεία για τον εντοπισμό των αλλαγών στη γήινη επιφάνεια, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για 24 ώρες συνεχώς χωρίς να επηρεαστεί από τις καιρικές συνθήκες. Τα συστήματα SAR μπορούν να φανταστούν και να ανιχνεύσουν την έκταση της ζημίας στην οικοδόμηση μέσα από σύννεφα και καπνό. Αυτό το χαρακτηριστικό γνώρισμα είναι αρκετά χρήσιμο και αποτελεσματικό για την αξιολόγηση της ζημίας μετα την καταστροφή, ειδικά όταν η οπτική τηλεπισκόπηση ή μια έρευνα για τις ευρείες περιοχές είναι ανέφικτη.

Τα συστήματα SAR είναι ικανά να καταγράφουν και το εύρος και τη φάση των ανάδρομων ηχών από τα αντικείμενα στη γήινη επιφάνεια. Οι interferometric αναλύσεις SAR που χρησιμοποιούν τις πληροφορίες φάσης παρείχαν επιτυχώς τον ποσοτικό προσδιορισμό του σχετικού επιπέδου επίγειων μετατοπίσεων λόγω των φυσικών καταστροφών (Massonnet και λοιποί. 1993, Ozawa και λοιποί. 1997, Rosen και λοιποί. 1999), καθώς επίσης και τον κατάλογο του περιβάλλοντος που έχει χτιστεί (Eguchi και λοιποί. 2000). Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση φάσης, που έχει έναν υψηλότερου επιπέδου ευαισθησίας από την προσέγγιση έντασης, αποκαλύφθηκε ο συσχετισμός μεταξύ του αθροισμένου επιπέδου ζημίας μιας περιοχής και της σύνθετης συνοχής (Matsuoka και Yamazaki 2000a).

Η σύνθετη συνοχή που λαμβάνεται από τη interferometric ανάλυση, εντούτοις, είναι ευαίσθητη στη δορυφορική γεωμετρία, τη διάρκεια απόκτησης , και τα μήκη κύματος του ραντάρ (Matsuoka andYamazaki 2000b). Ο συντελεστής ανάδρομης διάξυσης της γήινης επιφάνειας, που προσφέρεται ως ένα σύνολο πληροφοριών, εξαρτάται λιγότερο από τους προαναφερθέντες όρους (Yonezawa και Takeuchi 1999). Επομένως, ο συντελεστής ανάδρομης διάξυσης που προέρχεται από τις εικόνες έντασης SAR μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη μιας καθολικής μεθόδου για να συλλάβει τις κατεστραμμένες περιοχές αμέσως μετά από τις φυσικές καταστροφές. Καθώς το χωρικό ψήφισμα των χρησιμοποιημένων δορυφόρων είναι αρκετά χονδροειδές, δηλ., κατά προσέγγιση 30 μέτρα, είναι δύσκολο να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά ανάδρομης διάξυσης των μεμονωμένων κτηρίων.

Εντούτοις, είναι δυνατό να ανιχνευθούν οι ομάδες κατεστραμμένων κτηρίων. Επομένως, προκειμένου να εξαχθεί η έκταση της ζημίας στις οικοδομές σε μια περιοχή, πρέπει να λέβουμε υπόψη τις αθροισμένες πληροφορίες όπως ο μέσος όρος, η σύσταση, και ο συσχετισμός μέσα σε ένα τοπικό παράθυρο. Σε αυτήν την μελέτη, εισάγουμε τις χαρακτηριστικές αλλαγές στο συντελεστή ανάδρομης διάξυσης για τις εκτενώς κατεστραμμένες περιοχές χρησιμοποιώντας ένα σύνολο στοιχείων GIS για το σεισμό Kobe. Τα αποτελέσματα του μεγέθους pixelwindow και του θορύβου στίγματος SAR εξετάζονται στην αξιολόγηση της ζημίας στις οικοδομές, χρησιμοποίώντας τη διαφορά στο συντελεστή ανάδρομης διάξυσης και του χωρικού συσχετισμού μεταξύ των εικόνων μετα του γεγονότος preand. Τέλος, προτείνουμε μια αυτοματοποιημένη μέθοδο για να ανιχνεύσουμε τις σοβαρά πληγείσες περιοχές χρησιμοποιώντας τις εικόνες έντασης SAR μετά από τη μείωση του θορύβου στίγματος.