基于TLS技术的典型建筑物震害信息三维建模分析——以彭州市白鹿中学为例

传统光学及雷达遥感技术在地震灾害损失评估中无法获取建筑物立面破坏信息,对结构已遭破坏,但顶面基本完好的建筑物识别能力较差。三维激光扫描技术(terrestrial laser scanning,TLS)可以获取建筑物结构破坏状况的高精度三维信息。利用2013年10月23日RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪采集到的汶川地震震后彭州市白鹿中学的精细点云数据,通过不规则三角网建模和纹理贴图等处理进行三维建模分析,在此基础上对建筑物的典型破坏特征及地表破裂情况进行了详细建模研究,真实再现了白鹿中学破坏场景,实现了震害信息的永久保存。研究结果表明:位于断层上盘的勤学楼整体无明显破损;位于下盘的求知楼损毁相对严重,普遍出现"X"形的共轭剪切裂缝、构造柱断裂及露筋等现象;地震陡坎沉降量不大,高程剖面显示现今该陡坎最低高度为205 cm,最高为231 cm,与GPS测量结果大致吻合。

DEMETER卫星监测到的海地地震前电离层扰动

本文利用法国DEMETER卫星观测到的电离层数据,对2010年1月12日加勒比海地区海地太子港附近发生的MS7.1地震震前电离层扰动进行了探索性研究。通过对电磁场频谱、等离子体数密度、温度等物理参量的分析,探讨了电离层变化与地震的关系。研究结果表明,海地地震前出现的异常电磁现象的空间效应是清楚的,震前几小时磁赤道峰存在剧烈扰动,震中附近电场分量E12低频谱密度有增强现象。临震前1天和临震前3天在震中+5°范围电子数密度(Ne)出现异常,震前8天氧离子(O+)数密度在震中上空出现了异常现象。震前震中区上空电磁场VLF在40 Hz和120 Hz等低频点出现清晰的电场异常扰动,震前出现的这种变化可能与地震有关。

KH-4B卫星数据在城镇周边活动断层解译中的应用

地震的发生与活动断层的发育密切相关,城镇周边活动断层调查对于合理地规划城市和抗震设防、减轻城市可能遭遇的地震损失具有重要意义。遥感技术可以为活动断层调查提供快速有效的技术手段。然而,受城镇化及人类活动改造的影响,新成像的遥感数据在城镇及周边活动断层调查中发挥的作用有限;而成像于20世纪60年代的美国侦察卫星KH-4B影像较好的保存了活动断层运动形成的各种微地貌单元,这些地貌现象受人类活动改造较小。利用该卫星数据对郯庐断裂带江苏段分支之一的新沂-新店断裂进行解译研究,分析该断裂带的几何展布特征,介绍KH-4B数据在活动构造填图和定量研究中的应用,对该数据应用于活动断层的效果进行了评价,收到了良好的效果;并系统总结了一套数据处理与活动断层提取技术流程。

念青唐古拉山东南麓断裂带构造地貌特征与活动性遥感研究

选用高分辨率ALOS和中等分辨率ETM+图像,结合研究区已有研究成果,采用信息增强及图像融合方法,对图像中各类构造地貌表现出的纹理、色调及含水性特征进行研究,建立了解译标志,并结合野外调查结果,系统解译了念青唐古拉山东南麓断裂带的展布与发育情况;同时引入河长坡降指标参数(SL index)和Hack剖面(河流高程剖面半对数坐标图)2个构造地貌参数,分析其对区域构造活动的指示意义并比较断裂带不同分段的活动性。研究表明,念青唐古拉山东南麓断裂带呈三段式展布,遥感解译的地貌标志基本反映了断裂带以正断层为主兼具走滑运动性质。呈明显的上凸形态的河流Hack剖面反映了区内构造差异隆升强烈,河长标准化坡降指标明显异常地带指示为构造运动活跃区,这种异常变化不仅印证了断层活动对河床剖面的影响,而且结合该变化特征进行遥感解译可以提高断裂位置解译的准确性。断裂的活动性从F1向F3依次增强,F1、F2段正断层活动性相对较弱,走滑活动增强,F3段正断层活动性较强。

基于LiDAR的建筑物震害分析

激光雷达技术（1ight detection and ranging，LiDAR）是近年来在摄影测量与遥感领域发展起来的新型技术，在地震灾后评估工作中的应用仍处于探索及起步阶段，但已经展现出巨大的应用潜力。本文从震害评估的需求出发，基于地面LiDAR技术，深入研究了地震灾区建筑物点云数据采集及处理的方法，在此基础上进行震害信息提取及联合分析。主要研究内容总结如下.

联合强震记录和InSAR/GPS结果的四川九寨沟7.0级地震震源滑动分布反演及其地震学应用

2017年8月8日我国四川九寨沟发生里氏7.0级地震.本研究利用基线校正方法获得距震中100km范围内9个强震台站同震位移,基于Sentinel-1卫星干涉SAR影像对获取了InSAR同震形变场.结合GPS形变数据,本研究进行了震源滑动模型联合反演,结果显示此次地震整体以走滑运动为主,释放地震矩约为7.60×1018 N·m(～MW6.52).通过对比模拟形变场和观测值显示,联合反演结果优于单独基于InSAR形变场的反演结果.静态应力变化计算结果显示断层平均静态应力降为1.07MPa.反演滑动模型沿走向和倾角方向拐角波数值分别为0.99×10-4和1.10×10-4.同震静态库仑应力变化计算结果显示共有83.6%的余震位于库仑应力增加的区域,被主震所触发的余震占总数的77.9%,主震对后续余震具有显著触发作用.强地面运动模拟结果显示模拟结果在烈度分布范围和等级方面与调查烈度符合度很高,模拟结果能够很好地反映断层破裂的方向性效应等特征.本研究计算结果显示九寨沟地震无论是平均静态应力降还是拐角波数均低于同类型地震的平均水平,这可能是造成本次地震强地震动水平相对不高的原因.

基于InSAR-GIS的矿区地面沉降动态分析平台的实现与应用

针对合成孔径雷达干涉测量(InSAR)与地理信息系统(GIS)集成在理论和实践上的不足,提出了基于InSAR监测数据和GIS技术开展矿区地面沉降动态分析的技术流程,包括数据收集与处理、时空数据库建立、时空分析与表达和结果输出4个阶段。通过功能设计和程序开发建立了矿区地面沉降时空分析软件平台,提供了数据管理、沉降信息提取、动态变化分析和三维动态模拟等模块,可从不同角度分析矿区地面沉降的发育特征和变化趋势。最后应用该平台获取了2008年12月至2009年7月间山东省济北煤矿西北部地面沉降的时空变化规律,并发现该区部分公路和建筑受沉降影响产生形变,应进行及时治理。

建筑物震害多源遥感特征与机理分析

随着遥感信息源的不断增加,多种遥感数据被用于详细判读建筑物的震害情况.为准确判读震害等级与建立震害自动识别模式,本文收集整理了汶川地震震区的震害遥感图像,通过目视判读、图像处理、统计分析,重点分析了各类震害建筑物在光学影像中的特征表现、在合成孔径雷达图像中的成像机理特征以及在激光雷达图像中的三维特征.在此基础上构建了建筑物简化模型,并联合光学影像和雷达图像对震害建筑物的影像特征剖面予以分析.结果显示:光学遥感图像色彩信息符合人眼色觉原理,具有较好的直观判读效果;合成孔径雷达图像能够记录地物侧面、表面的粗糙程度和角反射特点,信息量丰富但不直观;激光雷达图像能获取建筑物的三维信息,因此震害评估工作中需有效地综合利用多源遥感数据,才能实现最佳的判识效果.

北川地震遗址震害建筑物遥感数字化保存与震害特征

2008年5月12日发生的Ms8.0级汶川大地震,致使北川老县城满目疮痍从而搬迁重建。北川老县城是汶川地震中破坏最为严重、震害类型最为全面多样的震区,地震遗址完整得保留了地震后的原始景象,泥石流、滑坡、堰塞湖等次生灾害类型丰富,建筑物受损倒塌形式多样,具有极高地科研价值与历史价值。露天的地震遗址受其他自然灾害的影响易随时间逐渐消失,为使地震遗址得以永久的保存,收集整理了汶川地震后北川老县城地震遗址的光学遥感、合成孔径雷达、激光雷达等多种数字化形式的遥感图像,分析了不同类型图像在北川老县城地震建筑物遗址数字化保存应用中的作用;同时为最大可能的发挥地震遗址遥感影像中建筑物破坏类型多样的作用,从多类型影像分析的角度,基于遗址丰富的数据资源,研究分析了不同震害程度建筑物在多源遥感图像中的表现特征与成像机理,为后续震害信息提取与评估研究数据支撑与理论依据。

基于地面激光雷达技术点云的北川县城震害建筑物提取研究

北川县城在汶川地震后变成一片废墟。以北川县城扫描获取的地面激光雷达数据为实验数据,在介绍地面LiDAR点云基本特征、面向对象方法思路的基础上,将面向对象方法引入到地面LiDAR点云建筑物提取中,从而实现了震害建筑物的自动提取。按照LiDAR点云数据建筑物的属性进行特征插值分解,通过分析震害建筑物在不同特征上的表现,构建适合于LiDAR点云震害建筑物提取的特征规则集。基于地面LiDAR数据提取北川地震遗址震害建筑物信息。结果表明:震害建筑物提取总体精度达92.3%,Kappa系数为0.873,提取精度满足地震遥感应急评估的需求,为遥感震害评估增添新的可用数据源。

基于地基LiDAR点云数据插值方法的对比研究

以冷龙岭断裂上一处典型地貌点云数据为例,采用最邻近法、距离反比法、不规则三角网法、样条函数法、克里金法等5种插值方法进行遗漏点云插值填充,研究并探讨最合适的插值算法。结果表明,不规则三角网插值法不仅可以很好地填充点云遗漏数据,还可以按照实际地形变化精确表示其高程数据并还原野外的真实场景,为后期的研究提供数据保证。

基于高精度地基LiDAR技术的活动断层错断地貌研究——以冷龙岭活动断裂带为例

高精度地形测量是活动断裂带定量研究的重要途径,通过对强震活动形成的错断地貌进行测量分析,可以估算断层位移,分析断层破裂的历史过程,揭示强震复发特征。激光雷达测距技术(LiDAR)为研究断层破裂特征提供了重要手段。选取青藏高原东北缘的冷龙岭活动断裂为研究目标,利用地基LiDAR对一些典型错断地貌进行了测量,并就地基LiDAR构建活动断层三维错断地貌的关键技术问题进行了分析。通过对测量得到的点云数据进行点云匹配、镶嵌、植物滤除以及不规则三角网建模处理,得到了0.05m空间分辨率的数字高程模型,划分了地貌单元,识别了断层陡坎与断层错断冲沟等地貌,实现了对断裂微地貌形态的高清晰度三维再现,并据此揭示了沿断裂带存在的多次地震事件,断裂主要表现为左旋走滑活动,并具有微小的倾滑运动分量。

遥感技术在西藏当雄地区活动断裂调查中的应用

以遥感数据、地震资料以及震源机制解为基础,对西藏当雄地区亚东-谷露断裂以及嘉黎断裂进行遥感解译和对比分析。研究表明,亚东-谷露断裂北段地貌特征为正断拉张及右旋走滑综合作用的结果;中段存在拉张运动与左旋走滑运动,并发育地堑,冲沟位错显示该处具有6~66m的水平位移量,其中1411年当雄南8级地震在该处产生6~12m的水平位移;南段次级断层充分发育,北端表现为右旋运动,往南开始表现出左旋运动特征,同时地堑充分发育。结合震源机制解反演结果,推测走滑断层控制该区地壳浅部(8km以上)以走滑型为主的地震事件的发生,而该处的地堑形成于地壳深部(8km以下)的正断型应力机制,并控制地壳深部正断型地震事件的发生。嘉黎断裂整体断层隐伏,西段存在右旋运动,往东南则开始出现左旋运动,该处地震事件和应力机制均为走滑型。

机载LiDAR技术在缓倾地层滑坡及其拉裂槽识别中的应用

缓倾地层滑坡是我国西南地区常见的一种特殊灾害类型,拉裂槽为其典型识别标志。由于灾害源区植被茂密、地形复杂,常规地面调查或遥感手段均存在局限性,较难高效、有效地对其进行识别提取。作为新兴遥感技术之一的机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)技术及其数据可视化分析方法为缓倾地层滑坡的准确识别提供了新的解决方案。利用无人机搭载长测程LiDAR可获取高分辨率数字高程模型,结合空天视域因子、系列山体阴影图和三维形态模拟等多种可视化方法,可实现缓倾地层滑坡及其拉裂槽的有效识别。文章以四川省北部通江县春在镇周边作为研究区,选取糯鼓寨村南部新识别滑坡隐患作为典型案例,利用综合遥感识别方法,实现基于机载LiDAR数据的滑坡隐患识别标志构建、边界准确判识、拉裂槽位置识别及信息提取,结合野外核查验证结果,从定性和定量2个方面验证机载LiDAR技术对高植被区缓倾地层滑坡及其拉裂槽识别应用的有效性。相关研究结果对缓倾地层滑坡多发区的灾害隐患早期识别、监测及防治领域应用研究具一定的参考和借鉴价值。

基于COSMO SKYMED星座监测阿奎拉地震——以MORFEO项目的DInSAR结果为例

2009年4月6日意大利拉奎拉地区发生Mw6.4级地震。SAR系统已经被证明在分析地震影响以及震前位移方面具有很高的价值。由于形变速率缓慢,震后事件的研究需要多时相差分干涉处理。COSMO/SKYMED星座由4颗X波段合成孔径雷达卫星组成,同时提供民用数据,我们获得了该地区一系列升轨数据,通过两种多时相干涉处理方法(SPINUA法及SBAS法)得到了震后形变图。该项工作在MORFEO框架下进行,MORFEO项目致力于利用地球观测数据监测滑坡。文中对与震后活动有关的位移图进行了解译,结果清楚地展示了利用COSMO/SKYMED星座进行灾害监测的潜力。

基于机载LiDAR数据的海地地震震后建筑物信息提取与三维建模

机载激光雷达技术(LiDAR)可以直接获取地表高精度三维信息,载有LiDAR设备的飞机可深入到震后交通遭受严重破坏的重灾区,快速对大范围区域进行数据采集及数据分析,为灾情信息获取与评估以及震后救援提供技术支撑。本文对获得的海地雅克梅勒(Jacmel)地区震后LiDAR点云数据进行了处理和分析,通过提取建筑物矢量,生成数字地表模型(DSM),探索了震后建筑物信息提取及三维建模方法,创建了真实可量测的三维建筑物模型。结果表明,由于雅克梅勒地区距离震中较远、建筑物破坏程度较低,震后大部分建筑物完好,基于激光点云数据的震区建筑物三维重建效果较好。

2017年“8.8”九寨沟地震滑坡自动识别与空间分布特征

2017年8月8日发生的7.0级九寨沟地震诱发九寨沟熊猫海附近产生大量的滑坡体,造成道路阻塞,严重影响地震应急救援进度。为快速准确地识别滑坡分布范围,本文在深入分析滑坡遥感影像特征的基础上,引入面向对象分析方法,实现了基于无人机影像的震后滑坡体的自动识别。通过多尺度分割算法获取滑坡多层次影像对象,利用SEaTH算法自动构建每一层次特征规则集,实现基于不同层次分析的滑坡体自动识别。分析滑坡体在地形、活动断层等因子中的空间分布特征,为地震滑坡预测与危险性评价奠定基础。与人工目视解译结果相比较,基于面向对象的滑坡自动识别方法提取精度可达94.8%,Kappa系数为0.827,在电脑配置相同的情况下,自动识别方法的效率是人工目视解译效率的一倍。空间分布特征分析表明,地震滑坡的空间分布与斜坡坡度、地形起伏度呈正相关关系,与地表粗糙度存在负相关关系,研究区滑坡体分布存在明显的断层效应。

高分辨率遥感技术在活动断层研究中的应用

高分辨率遥感技术为活动断层大比例尺调查提供了高效的技术方法,它可以对活动断层及其控制的构造微地貌进行全面深入的定量研究,分析断层几何形态、结构特征与构造变形,进而明确断层运动学特征及力学机制。然而,遥感技术应用于活动断层与传统遥感地质调查工作区别很大,前者需要建立不同类型的活动断层遥感解译标志,目前该方面仍然缺乏系统性的总结与指导,错误不当的解译标志容易造成对活动断层理解的偏差。为此,系统地分析了高分辨率遥感在活动断层调查应用中的技术现状,特别是与传统遥感地质调查之间的区别与联系。在断层形成力学机制分析的基础上,总结不同断层模式形成的复杂多样的构造微地貌模型及其表现形式,通过对一些活动断裂带上典型地貌特征遥感影像的分析,给出了不同活动断层及相关微地貌的高分辨率遥感识别标志及分析方法。通过大量典型的高分辨率遥感影像特征,建立遥感解译标志、构造微地貌与活动断层之间的关系模型,并强调利用遥感资料分析活动断层时,需考虑不同类型断层形成构造地貌的相似性与叠加性,应根据遥感解译标志对构造地貌模型及其形成的断层力学环境进行综合判定。本文的相关研究可以为中国大陆活动构造探察中遥感技术的应用提供很好的参考。

GF-7卫星图像快速解析青海门源Ms6.9级地震的地表破裂带

强震地表破裂调查与灾情评估是地震应急响应的重要工作内容,快速获取震后高分辨率卫星数据并开展应急信息提取分析,是提升应急时效性的重要支撑手段。2022年1月8日青海门源Ms6.9级地震发生的当天快速获取了国产高分七号卫星等数据,基于分辨率0.65 m的全色及2.6 m的多光谱图像快速解译分析地震地表破裂带分形成布特征、构造样式与位错强度等,为地震应急响应与现场调查提供了重要信息。深入分析表明,门源Ms6.9级地震发生了南、北两条同震地表破裂带,其中北支沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育,长度约19 km;南支沿托莱山断裂东段分布,长度约2.3 km。同震地表破裂带左旋断错了一系列冲沟、洪积物、道路、冰层等地貌特征,最大左旋位移约2.2 m,沿地表破裂带形成鼓包、拉张凹陷、斜列式张裂隙等变形构造。最新同震破裂与历史破裂分布吻合,反映了强震活动的原地破裂特征,其地震危险性需要引起高度关注,值得深入研究。GF-7卫星首次在地震灾害发生当日就发挥较大优势,表明高分系列卫星在地震应急调查方面具有良好应用潜力。