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SAR图像用于震害信息变化检测中的处理方法研究

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SAR图像用于震害信息变化检测中的处理方法研究

作者：贺素歌中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

遥感技术具有成像快、覆盖范围广、数据信息量丰富和不受地面条件制约等优势，成为现阶段获取震后灾情数据的最有效手段。合成孔径雷达遥感（SyntheticAperture Radar，SAR）工作在微波波段（1cm1m），具有全天时、全天候的对地观测能... 详细信息

遥感技术具有成像快、覆盖范围广、数据信息量丰富和不受地面条件制约等优势，成为现阶段获取震后灾情数据的最有效手段。合成孔径雷达遥感（SyntheticAperture Radar，SAR）工作在微波波段（1cm1m），具有全天时、全天候的对地观测能力，在地震应急中具有独特优势。SAR图像的成像原理与光学遥感图像有本质的区别，很多光学遥感领域发展成熟的图像处理方法，在SAR图像上并不适用。同时计算机技术的日新月异，要求数字图像处理技术向着自动化方向发展。因此，开展对SAR图像自动化处理关键技术的研究、探索SAR图像震害信息的自动化提取方法，是SAR图像实用化的重要内容。本文在分析SAR系统成像原理和图像特征的基础上，针对多时相SAR图像震害信息提取工作中的斑点噪声抑制、图像自动配准、变化检测技术三方面的处理方法进行了研究，提出了旋转尺度不变算法（Scale-invariant Feature Transform，SIFT）在SAR图像配准中的应用方案，对精配准的SAR图像进行震害信息提取。本文首先介绍了雷达遥感的成像原理和SAR图像的特征，对图像处理中的斑点噪声抑制、图像配准和现有的变化检测基本理论和主要方法进行了归纳总结。本文发展了基于改进SIFT算法的SAR图像自动配准方法：（1）对待配准图像进行无限对称指数滤波器（Infinite Symmetric Exponential Filter，ISEF）滤波处理，降低图像的斑点噪声;（2）对滤波后的图像采用SIFT算法进行特征点提取，略过金字塔第一层的特征点检测，提高时间效率和特征点数量;（3）在欧氏空间内剔除误匹配点，提高配准精度。以玉树地区地震前后获取的ALOSPALSAR图像为例进行配准实验，结果表明：本文提出的SAR图像配准方法检测到的匹配点对的数量和稳健性都有提高，配准精度能够满足亚像元级的应用需求，且用时比传统SIFT方法降低3倍以上。最后利用基于局域特征的相关系数法对精配准后的SAR图像进行震害变化检测。对相关系数图进行阈值分割，得到玉树县城的建筑物震害分级图。震害提取结果显示，本文得到的震害分布与高分辨率光学图像上判读的建筑物毁坏情况基本一致。综合以上研究，本文得到如下结论：（1）SAR图像的斑点噪声会导致SIFT特征点的的数量和稳定性下降，本文研究结果证明了采用无限对称指数滤波器（ISEF）算法有助于提高SIFT算法的稳健性。（2）SIFT算法运算复杂，尺度空间的特征点提取耗时较多，特征点检测时略过特征点数量多且存在大量不稳定点的第一组金字塔，能够有效提高特征点检测的时间效率，减少错误匹配。（3）完善基于SIFT算法的SAR图像自动配准方案，对地震应急中的灾情快速提取具有重要的研究价值。

关键词： ALOS PALSAR SIFT算法 ISEF 图像配准玉树地震

气枪震源地震波走时变化影响因素分析及地震相关的走时变化

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地震 2018年第3期38卷 144-157页

作者：周青云刘自凤贺素歌云南省地震局云南昆明650041

云南省地震局在程海断裂以西10km的大银甸水库处建成了气枪震源发射台,在水库丰水期内进行连续激发观测。2014年8月21日、24日气枪震源附近分别发生MS4.2、ML4.1和ML4.0地震。本文利用宾川气枪震源附近的钟英台、黄坪台等10个台站2014年... 详细信息

云南省地震局在程海断裂以西10km的大银甸水库处建成了气枪震源发射台,在水库丰水期内进行连续激发观测。2014年8月21日、24日气枪震源附近分别发生MS4.2、ML4.1和ML4.0地震。本文利用宾川气枪震源附近的钟英台、黄坪台等10个台站2014年9月8日至2015年2月28日观测数据,使用波形互相关方法提取这些台站气枪信号的走时变化,使用射线追踪的方式正演研究了气压、水库水位、潮汐应力等因素对波速变化的影响。排除上述影响后,认为3次4级左右地震可能是2014年9月台站气枪信号走时增大0.04~0.05s的原因。

关键词：主动震源走时变化同震效应互相关时延检测

基于SIFT特征的SAR图像配准方法在玉树地震中的应用

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地震 2013年第2期33卷 37-45页

作者：贺素歌董彦芳袁小祥中国地震局地震预测研究所北京100036

本文针对SAR图像特点,提出了基于改进SIFT(尺度不变特征变换)算法的SAR图像配准方案:①对待配准图像进行ISEF(无限对称指数滤波器)滤波处理,降低图像的斑点噪声;②采用SIFT算法提取特征点,略过差分金字塔第一层的特征点检测,提高时间效... 详细信息

本文针对SAR图像特点,提出了基于改进SIFT(尺度不变特征变换)算法的SAR图像配准方案:①对待配准图像进行ISEF(无限对称指数滤波器)滤波处理,降低图像的斑点噪声;②采用SIFT算法提取特征点,略过差分金字塔第一层的特征点检测,提高时间效率;③在欧氏空间内剔除误匹配点,提高配准精度。实验表明,本文提出的SAR图像配准方案检测到的匹配点对的数量和稳健性都有提高,精度能够满足亚像元级SAR图像的应用需求,且用时比传统SIFT方法减少60%以上。最后对精配准的SAR图像进行震害变化检测,得到的震害分布与高分辨率光学图像上判读的建筑物毁坏情况基本一致。

关键词： ALOS PALSAR SIFT算法 ISEF 影像配准玉树地震

云南地区强震的超长时间平静异常及未来地震趋势研究

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地震学报 2024年第2期46卷 242-256页

作者：苏有锦孙楠赵小艳贺素歌张潜云南省地震局昆明650224

从1996年丽江M_(S)7.0地震发生后至2023年8月,云南地区M≥6.7和M≥7.0地震出现了长达27.55 a的超长时间平静现象。本文从更大时空尺度上对该平静异常现象及其与青藏高原和川滇地块的强震活动之间的关系进行了分析和总结,并讨论了云南地... 详细信息

从1996年丽江M_(S)7.0地震发生后至2023年8月,云南地区M≥6.7和M≥7.0地震出现了长达27.55 a的超长时间平静现象。本文从更大时空尺度上对该平静异常现象及其与青藏高原和川滇地块的强震活动之间的关系进行了分析和总结,并讨论了云南地区未来地震趋势。结果表明,1887年以来,云南地区5次M≥7.0地震平静期内其周边地震活动环境有很大差异性:第Ⅰ,第Ⅱ和第Ⅴ平静期出现在青藏高原M≥7.0地震活跃背景下(即云南地区平静,但青藏高原活跃),第Ⅲ和第Ⅳ平静期出现在青藏高原M≥7.0地震平静背景下(即云南地区平静,青藏高原也平静)。当前云南地区处于27.55 a超长时间平静期(即第Ⅴ平静期),其所处的周边地震活动环境与第Ⅰ和第Ⅱ平静期相似,据此推断,其后续地震趋势可能也与第Ⅰ和第Ⅱ活跃期相似,处于相对弱的活跃期。同时,未来较长时间青藏高原可能仍将处于M≥7.0地震活跃时段;2022年泸定M_(S)6.8地震后,川滇地块可能会进入M≥6.7地震活跃时段。

关键词：云南地区强震平静青藏高原川滇地块强震活动状态

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基于概率增益模型的强震概率预测研究

地震研究 2024年第2期47卷 223-232页

作者：钱晓东贺素歌云南省地震局云南昆明650224 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站上海200062

为提高云南地区及邻区强震中短期预测的准确度,通过强震发生前不同地震前兆指标的对比研究,发现仅用单项指标很难提高预测的准确度。挑选出能从不同侧面反映强震发生规律的6项指标,采用概率增益模型对这些指标进行综合处理,通过估算每... 详细信息

为提高云南地区及邻区强震中短期预测的准确度,通过强震发生前不同地震前兆指标的对比研究,发现仅用单项指标很难提高预测的准确度。挑选出能从不同侧面反映强震发生规律的6项指标,采用概率增益模型对这些指标进行综合处理,通过估算每种地震前兆的概率增益来定量判定地震发生的可能性,最终得到可用来预测云南地区及邻区M≥6.0地震未来中短期发生可能性大小的综合概率P指标。计算分析表明:①使用综合概率P预测未来半年云南地区及邻区M≥6.0强震,能通过R值检验;②取P异常阀值为20%、30%,可对强震进行不同级别预警,P值小于20%为安全,P值为20%~30%为黄色预警,为云南地区及邻区未来存在发生M≥6.0地震的可能性;P值大于30%为红色预警,表示未来半年云南地区及邻区将发生M≥6.0地震。

关键词：概率增益模型综合概率中短期预测云南地区及邻区 M≥6.0地震

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2021年云南漾濞M_(S)6.4地震发震断裂及震中周边地区地震危险性评估

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地震研究 2021年第3期44卷 380-390页

作者：贺素歌周青云刘自凤云南省地震局云南昆明650224

通过野外调查,结合震源机制解和余震分布情况,认为2021年漾濞M_(S)6.4地震发震断裂不是维西—乔后断裂的主断裂,而是一条NW走向的断裂。收集了震中周边活动断裂、b值、P波速度和深部滑动速率等资料,对漾濞周边地区的地震风险进行了评估... 详细信息

通过野外调查,结合震源机制解和余震分布情况,认为2021年漾濞M_(S)6.4地震发震断裂不是维西—乔后断裂的主断裂,而是一条NW走向的断裂。收集了震中周边活动断裂、b值、P波速度和深部滑动速率等资料,对漾濞周边地区的地震风险进行了评估。分析认为,漾濞M_(S)6.4地震发生于P波低速区域,未来原震区发生更大地震的可能性较低;维西—乔后断裂北段和南段断层性质具有较大差异,震中附近的断裂南段活动性相对较弱;震后漾濞及周边地区的地震高风险区主要分布在乔后镇及附近区域(龙蟠—乔后断裂南端)、鹤庆西区域(丽江—小金河断裂南西段),未来应重点关注。

关键词：漾濞M_(S)6.4地震发震断裂地震危险地震预测

利用非稳态泊松模型对云南地区地震危险性进行概率预测

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地震研究 2020年第1期43卷 45-56页

作者：钱晓东彭关灵贺素歌云南省地震局云南昆明650224

针对强震中长期概率预测问题,提出基于非稳态泊松过程的概率计算方法,通过稳态与非稳态模型对比研究,发现非稳态泊松模型随时间而变化的地震发生率能更好地描述强震发生规律。利用非稳态泊松模型计算了地震发生的理论概率,发现理论概率... 详细信息

针对强震中长期概率预测问题,提出基于非稳态泊松过程的概率计算方法,通过稳态与非稳态模型对比研究,发现非稳态泊松模型随时间而变化的地震发生率能更好地描述强震发生规律。利用非稳态泊松模型计算了地震发生的理论概率,发现理论概率受到预测精度、平静时间、最近地震大小等诸多因素影响,利用权重集成法计算了强震发生的综合概率。结果表明:①地震发生的累积频度随时间的非线性变化可用幂指数函数来描述;②基于非稳态泊松模型的地震发生率随时间而变化,与地震发生率恒定不变的稳态模型相比,前者对地震活跃-平静韵律状态更加敏感;③云南地区9个地震带强震发生的综合概率计算结果显示:以2019年12月31日为截止时间,小江地震带和通海—石屏地震带综合概率较高,大于0.6;其次为中甸—大理地震带、楚雄—南华地震带和澜沧—耿马地震带,综合概率范围为0.5~0.59,其它地震带综合概率均小于0.5。

关键词：非稳态泊松模型地震发生率综合概率云南地区

层次分析法在滇西北地区中强地震综合预测中的应用

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中国地震 2023年第3期39卷 622-635页

作者：贺素歌张潜赵小艳樊文杰付虹云南省地震局昆明650224

利用滇西北地区震例资料和已有预测指标研究成果,采用层次分析法建立区域综合预测指标体系,获得了各预测指标的权重系数,在此基础上计算综合判定指标Y值并进行预测效能检验。结果显示:①本文建立的层次分析结构充分考虑了异常的共性和... 详细信息

利用滇西北地区震例资料和已有预测指标研究成果,采用层次分析法建立区域综合预测指标体系,获得了各预测指标的权重系数,在此基础上计算综合判定指标Y值并进行预测效能检验。结果显示:①本文建立的层次分析结构充分考虑了异常的共性和群体特征,得到了16项预测指标的相对重要性排序,权重值相对较大的指标分别是短期预测指标中的水化学突跳、前兆准同步、小震活动异常以及中期预测指标中的定点形变异常、流体破年变等;②Y值考虑了各级预测指标的权重系数,减少了由异常频次来分析震情的主观性,综合预测结果更加合理。震例检验显示综合判定指标Y值与主震震级存在一定的线性关系,且随主震震级的增大而逐渐增大;③滇西北地区Y值可以较好地反映中强地震的震兆强弱程度和异常可靠性,为区域震情综合判定提供定量化决策依据。

关键词：滇西北地区层次分析方法指标权重地震综合预测

基于决策树的川滇地区地震序列类型判定特征重要性研究

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地震研究 2024年第3期47卷 321-335页

作者：赵小艳蒋海昆孟令媛苏有锦贺素歌云南省地震局云南昆明650224 中国地震台网中心北京100045

基于1966—2021年川滇地区225次5级以上地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,参考以往研究和震后趋势预测实践经验,构建了10个基于地震观测数据的机器学习序列类型判定特征样本数据集。基于地震序列分类定义,设置多震型、主... 详细信息

基于1966—2021年川滇地区225次5级以上地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,参考以往研究和震后趋势预测实践经验,构建了10个基于地震观测数据的机器学习序列类型判定特征样本数据集。基于地震序列分类定义,设置多震型、主余型、孤立型三类样本“标签”。对样本进行不均衡处理、对特征参数进行缺失处理后,采用决策树模型对特征参数的重要性进行研究。结果显示:不同时间段特征参数重要性类别有一定差异,随着序列数据资料的增加,序列类型判断更倚重动态的序列数据资料;主震震源机制相关参数和主震参数对序列分类有较高的贡献率,序列参数对序列分类贡献率不高。整体而言,模型给出的结果与实际经验性预报方法较为一致。

关键词：地震序列类型机器学习特征参数决策树