超高分辨全极化SAR中高层建筑信息反演方法研究

The processes of Chinese urbanization are characterized by both horizontal expansion of urban surface and vertical growth of buildings, especially the rising height of buildings. The urban high-rise building information retrieval, is of great importance in urban planning, urban expansion, urban disaster warning and assessing. As one significant means for earth remote sensing, SAR technique has overcoming advantages in urban monitoring. With the rapid development of space-borne and airborne technology, the advantages of very high resolution (VHR) SAR and fully-polarimetric SAR have becoming increasingly prominent. Hence, in this proposal the information retrieval of urban high-rise buildings is studied. The high-rise building projection in VHR polarimetric SAR image is moduled and simulated firstly. With a top-to-down and coarse-to-fine framework, the isolated high-rise building is identified based on the polarimetric scattering characteristic of layover, which is to extract the complete structure of high-rise building in the building region. Considering the building layover in VHR SAR image reflect the window distance and storey height, a new feature parameter is proposed and estimated, which is iso-height line composed by scatters in the same height and direction. Finally the three dimension information retrieval of isolated high-rise buildings is studied and achieved. Through the research, the proposal can provide theory foundation and method support for SAR urban monitoring for both military and civil use.

近年来我国城市化进程不断推进,城市面积和建筑高度都加快增长。对城市高层建筑进行信息提取和反演，在城市规划和扩张、城市灾害风险预警与评估等方面有重要的理论意义和技术价值。作为空间地球遥感探测的重要手段，SAR技术对城市大场景监测有无法比拟的优势。随着国家星载和机载技术的发展，SAR分辨率不断提高。因此本项目结合超高分辨和全极化SAR在地物遥感应用中的优势，开展城市高层建筑信息反演的研究。在对超高分辨下高层建筑的极化SAR投影进行模拟分析的基础上，构建从而上下的层次化处理模型，提出基于叠掩分布极化散射特性的独立高层建筑识别方法，将高层建筑的完备结构从检测到的建筑区域中提取出来；考虑到超高分辨SAR中的建筑叠掩能够反映窗体距离和楼层高度，提出新的高层建筑特征参数——等高线及其估计方法，并研究独立高层建筑三维信息的反演方法。本项目为SAR城市遥感监测在军事和民用领域的应用提供理论和方法支持。

随着国家经济高速发展，城市化进程不断推进，城市建筑面积和建筑高度都加快增长。对城市高层建筑进行信息提取和反演，在城市规划和扩张、城市灾害风险预警与评估等方面有重要的理论意义和技术价值。作为空间地球遥感探测的重要手段，SAR技术对城市大场景监测有无法比拟的优势。因此，结合超高分分辨及极化干涉SAR的优势，采用高分辨星载和机载SAR实测数据，开展城市高层建筑信息反演和重构的研究，不仅提高城区目标监测的精度，更扩大SAR在城市遥感方面的应用。.项目针对高层建筑在超高分辨极化干涉SAR中的投影几何特性、结构特性及分布特性进行分析，研究多极化联合的建筑目标检测及基于边缘提取的建筑目标检测，在此基础上提出基于高层建筑干涉SAR相位条纹估计的建筑检测方法，结合高层建筑的投影特性，进行聚类及形态学分类后，对高层建筑个体进行结构提取；依据高层建筑的SAR幅度投影分布模型，结合已有的建筑方向角（建筑主墙体与SAR方位向之间的夹角）估计，提出高层建筑的新特征描述—等高相似散射点（建筑主墙体上位于同一高度且方向角一致、极化特性相似的散射点）及相似等高线（等高相似散射点形成的直线或者曲线表达），并对高层建筑的特征进行估计；通过“城区场景—建筑目标—独立高层建筑—建筑信息”自上而下、由粗到细的分层处理，最终构建基于贝叶斯模型的建筑高度估计函数，实现对高层建筑的3D信息反演。并采用德国TerraSAR-X聚束模式数据（方位分辨率为0.6m）及国内机载N-SAR极化干涉数据（方位分辨率为0.4m）对国外城市和国内城市场景进行处理。相应研究成果在发表后被多次引用，并受邀参加2018年EUSAR会议，在特邀分会场进行报告。项目研究在城市地理信息建设和数字化城市、灾害应急及救援、灾后损失评估及预警、城市战场和军事救援等民用和军事领域有重要的理论意义、技术价值及广阔的应用前景。