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无人机影像在地震灾区道路损毁应急评估中的应用研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.1.1 研究的背景及来源

1.1.2 研究的目的及意义

1.2 道路损毁评估的研究现状

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文的组织结构

第2章 低空遥感无人机系统及影像的处理

2.1 低空遥感无人机系统

2.1.1 低空遥感无人机系统的特性

2.1.2 低空遥感无人机影像的特点

2.1.3 数码相机传感器与畸变差校正

2.1.4 数码相机的检校流程

2.2 无人机遥感影像的应急处理

2.2.1 无人机遥感影像空中三角测量的原理

2.2.2 无人机遥感影像的航带法自由网平差

2.2.3 无人机遥感影像的航带法区域网平差

2.3 本章小节

第3章 DEM匹配的方法与实现

3.1 目前已有的DEM匹配算法

3.1.1 基于控制点的DEM匹配

3.1.2 基于特征提取的DEM匹配

3.1.3 基于几何关系的DEM匹配

3.2 基于特征提取的无控制点DEM匹配

3.2.1 基于SIFT算子的特征提取

3.2.2 特征点匹配

3.2.3 Delaunay三角网的生成

3.2.4 几何校正

3.3 算法的实现与结果

3.3.1 特征点的提取

3.3.2 DEM的匹配与过滤

3.3.3 Delaunay三角网的生成

3.3.4 仿射变换与结果生成

3.4 本章小结

第4章 茶坪河—B35县道道路损毁度评估

4.1 研究区概况及数据来源

4.1.1 研究区概况

4.1.2 数据来源

4.2 研究区震害信息提取

4.2.1 地质及次生地质灾害的影像信息特征

4.2.2 生命线道路工程的影像信息特征

4.2.3 震害信息提取

4.3 道路损毁度评估

4.3.1 道路损毁区土方量的计算

4.3.2 道路损毁度评估

4.3.3 抢险工期的估算

4.4 本章小节

结论与展望

致谢

参考文献

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摘要

汶川地震发生后,灾区地面交通遭到破坏,阻碍了救援队伍进入灾区,使本可以通过及时救助还可以生存的伤员失去被救助的机会。因此,道路交通线的快速抢通决定了救援工作能否高效地开展。如果在震后应急期间可以对道路损毁情况快速评估,决策者根据评估结果制定相应的政策使救援工作顺利开展,对抗震救灾具有十分重要的意义。
   在5·12救灾工作中,因受阴雨云雾天气和卫星重访周期交叉因素的制约,遥感卫星和常规航空摄影飞机无法及时获取灾区影像,而无人机系统凭借其机动灵活、云下作业的特性及时获取灾区遥感影像。获取灾区影像,只是初步工作,如何在震后应急期间,利用现有资料对畸变大、数量多的无人机影像快速处理,提取震害信息,为救灾决策者提供科学依据,是亟待解决的问题。
   本文以安县茶坪乡B35县道的震后无人机影像和震前DEM为实验数据,首先,借助摄影测量软件采用航带法自由网平差对无人机影像快速处理,得到正射影像镶嵌图能够为茶坪乡的灾情提供及时有效的宏观信息,满足一定的灾情监测和评估需求,但本文的道路损毁度评估是基于DEM的空间分析,需要具有实际高程信息的DEM。因此,从GoogleEarth影像上采取控制点,在自由网平差的基础上进行绝对定向,得到震后的DEM及DOM;对正射影像镶嵌图目视解译判别灾害体和道路并勾绘,通过ArcGIS的叠加分析功能得到道路损毁区的范围,获取各损毁路段的长度及道路总长度;通过OpenCV和GDAL实现基于特征提取的DEM自适应匹配算法,将震前与震后的DEM进行无控制点匹配;以道路损毁区的范围和震后DEM为数据源,利用ArcGIS的空间分析功能提取道路损毁区的DEM数据;然后,通过C++语言编写程序对损毁区各路段震前与震后的DEM范围,基于优化的设定阈值细分三棱柱的体积法实现土方量的计算;最后,以道路总长度、损毁长度、掩埋体的成分为因素,对损毁比例、损毁规模、受损系数进行量化,形成损毁度的评价指标;以土方量、掩埋体的成分与机械性能为因素,对抢险工期进行估算,为救灾决策者提供定量数据,对抢险救灾的顺利开展具有重要的理论和实际意义。

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