بخشی از مقاله
چکیده
زلزله به عنوان تخریب کنندهترین و مرگبارترین بلاي طبیعی به شمار میرود. شناسایی، تحلیل و ارزیابی سریع تخریب ناشی از زلزله خصوصًا براي مناطق دور از دسترس و یا در شرایطی که سیستمهاي ارتباطی اصلی تخریب شده باشند، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این راستا، در این مقاله پتانسیل دادههاي تداخلسنجی راداري براي تشخیص مناطق آسیب دیده پس از زلزله مورد مطالعه قرار گرفته است. پوشش یک منطقه وسیع و عدم تأثیرپذیري از نور خورشید و شرایط آب و هوایی و نیز امکان دسترسی سریع به این دادهها از ویژگیهاي مهم این نوع داده به شمار میرود.
هدف این مقاله ارزیابی قابلیت تکنیک سنجش از دور راداري در شناسایی مناطق آسیب دیده میباشد. مطالعه موردي این تحقیق روي زلزله بهمن ماه 1383 شهر بم و با استفاده از زوج تصاویر راداري هملرزهاي و پسلرزهاي ماهواره Envisat در عبورهاي بالارو و پایینرو میباشد. در این مقاله ضمن استخراج مقادیر شدت و همچسبی راداري و محاسبه همبستگی شدت براي تصاویر قبل و بعد از زلزله، تحلیلی به منظور شناسایی مناطق آسیب دیده صورت پذیرفت. مقایسه نتایج بدست آمده از تصاویر راداري با نتایج حاصل از تصاویر اپتیک حاکی از تشابه کلی مناطق استخراج شده و پتانسیل دادههاي سنجش از دور راداري براي تشخیص سریع میزان کلی تخریب ناشی از زلزله است.
-1 مقدمه
پس از وقوع بلایاي طبیعی مانند زلزله، سیل و غیره تهیه یک نقشه اولیه تخریب از منطقه، براي اتخاذ تصمیمگیريهاي مدیریت بحران مناسب، بسیار حائز اهمیت است. در این راستا سنجشازدور میتواند اطلاعات ارزشمندي را خصوصاً در مناطق دور از دسترس و یا مناطقی که سیستمهاي ارتباط اصلی آنها در اثر حادثه تخریب شده است، تهیه و ارائه نماید. از میان انواع دادههاي سنجشازدور، دادههاي رادار ویژگی منحصر به فردي در غلبه بر شرایط آب و هوایی و نیز عدم تاثیرپذیري از روشنایی نور خورشید را دارا هستند.
تکنیک SAR بواسطه ارسال فرکانسهاي راداري به سطح زمین و دریافت آن، تصاویر با توان تفکیک بالا اخذ مینماید . همچنین این تکنیک قادر است مؤلفه فاز سیگنال-هاي بازتاب شده را براي هر پیکسل محاسبه نماید. با توجه به این قابلیتها، مطالعات بسیاري به پایش دگرشکلی پوسته زمین با استفاده از تصویربرداري راداري پرداختهاند
علاوه بر آن، تصاویر راداري به تغییرات سطح زمین حساس هستند و دادههاي جمعآوري شده اغلب مستقل از شرایط آب و هوایی و روشنایی است. وقوع زلزله منجر به تغییر رفتار طیف الکترومغناطیس میگردد که شناسایی مناطق آسیب دیده را با مقایسه دامنه و فاز تصاویر راداري قبل و بعد از زلزله امکانپذیر میسازد. بنابراین در کنار سایر مطالعات صورت گرفته، در این مقاله قابلیت دیگري از تصویربرداري راداري براي ارزیابی و تحلیل تخریب ناشی از زلزله مورد بررسی قرار گرفته است.
در این راستا مطالعاتی براي شناسایی مناطق آسیب دیده در اثر زلزلههاي Izmit و Gujarat صورت گرفته است Huffman . - Matsuoka and Yamazaki, 2002 - و همکارانش - 2004 - نیز یک شاخص خسارت بر مبناي تصویر همچسبی قبل و بعد از زلزله معرفی کردند که این شاخص بیانگر میزان تخریب ناشی از زلزله است.
Bignami و همکارانش - 2004 - بر روي کاربردهاي SAR در تشخیص تخریب شهري بعد از زلزله، مطالعاتی انجام دادند.
Suga و همکارانش - 2001 - تفاضل نرمال شده همچسبی فاز مختلط و تصویر دامنه دادههاي SAR را براي کشف تغییرات مهم رخ داده در اثر زلزله در مناطق ساخت و ساز شده پیشنهاد کردند. Yonezawa و - 2001 - Takeuchi نیز از تفاضل نرمال شده همچسبی مختلط و همبستگی شدت استفاده کردهاند.
-2 منطقه مورد مطالعه و دادههاي مورد استفاده
منطقه مورد مطالعه در این تحقیق شهر بم میباشد که در جنوب غربی ایران در استان کرمان و در محدوده عرض جغرافیایی 29 تا 29’15’ شمالی و در محدوده طول جغرافیایی 58’10” تا 58’35” شرقی قرار دارد. در بهمن ماه سال 1383 زلزله-اي به بزرگاي 6/5 ریشتر در این منطقه رخ داد و منجر به مرگ تقریباً 30000 نفر و تخریب 85% از ساختمانهاي منطقه شد.
دادههاي مورد استفاده در این تحقیق، تصاویر راداري سنجنده ASAR ماهواره Envisat مربوط به شهر بم میباشد که این تصاویر براي مطالعه زلزله بم بصورت رایگان توسط آژانس فضایی اروپا در اختیار مجامع علمی از جمله این پژوهش قرار گرفته است. جدول 1 مشخصات تصاویر بکارگرفته شده در این مقاله را نشان میدهد.
جدول :1 مشخصات تصاویر استفاده شده در این مقاله
-3 روش اجراي تحقیق بمنظور تحلیل و ارزیابی تخریب
روش اجرا شده در این تحقیق بمنظور تحلیل و ارزیابی تخریب رخ داده شامل مراحل زیر میباشد:
- 1 پردازش تصاویر راداري بمنظور تولید تصویر همچسبی
- 2 محاسبه تصاویر همبستگی شدت
- 3 مقایسه پیکسل به پیکسل براي طبقه بندي تخریب و ارزیابی خسارت شهري در ادامه هریک از این مراحل به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار میگیرند.
-1-3 پردازش تصاویر راداري به منظور تولید تصویر همچسبی
بخش پردازش تصاویر راداري با انتخاب زوج تصاویر مناسب آغاز شد. در این مرحله زوج تصاویر راداري مختلط - SLC - مربوط به مشاهدات انجام شده قبل و بعد از زلزله انتخاب شده و قسمتی از آنها که مربوط به محدوده جغرافیایی مورد مطالعه بود، انتخاب گردید. هر یک از تصاویرSLC مورد استفاده که داراي ابعاد پیکسلی 5/167 متر در راستاي رنج2 و 26 متر در راستاي آزیموت بودند، به عنوان ورودي وارد نرمافزار پردازشی راداري DORIS گردیدند. بطور کلی پردازش تصاویر راداري شامل خواندن تصاویر راداري، استفاده از پارامترهاي مداري، ثبت دو تصویر مرجع - Master - و پیرو - Slave - نسبت به یکدیگر، نمونهبرداري مجدد تصویر Slave، فیلتر نمودن در راستاهاي رنج و آزیموت و ایجاد تصویر همچسبی میباشد که براي زوج پیشلرزهاي و هملرزهاي بطور جداگانه باید اجرا گردند.
در فرآیند ثبت هندسی تصاویر Slave نسبت به تصویر Master ثبت هندسی شدند. در این تحقیق تصویرSlave - عبورپایینگذر - اخذ شده در تاریخ 11-Jun-03 براي اینترفروگرام1 پیشلرزهاي و تصویر 07-Jan-04 - عبور پایینگذر - براي اینترفروگرام هملرزهاي، نسبت به تصویر Master - عبور پایینگذر - اخذ شده در تاریخ 03-Dec-03 ثبت هندسی شد. این مرحله پردازشی در قالب سه مرحله تکراري اجرا گردید:
- 1 ثبت هندسی اولیه بر پایه اطلاعات دقیق مداري با دقتی در حدود 30 پیکسل.
- 2 ثبت هندسی نادقیق در حوزه طیفی روي تصاویر دامنه با دقت در حدود 1 پیکسل بر اساس آفست محاسبه شده از مرحله اول.
- 3 ثبت هندسی دقیق که این مرحله نیز بر روي تصویر دامنه اجرا شد. دقت این مرحله در حد زیرپیکسل است که بر اساس نتایج بدست آمده از مرحله دوم میباشد.
در نهایت بر اساس پارامترهاي ثبتهندسی محاسبه شده در مرحله ثبت هندسی دقیق، تصاویر Slave نسبت به گرید تصویر Master تا دقت 0/1 پیکسل بازنمونهبرداري گردید. براي درونیابی در این تحقیق از کرنل کانولوشن مکعبی 6 نقطهاي براي همه زوجها استفاده شد. در نتیجه این مرحله تصاویر Slave و Master پیکسل به پیکسل تطابق داده شدند. پس از متناظر شدن تصاویر Slave و Master تصویر همچسبی محاسبه گردید.
-1-1-3 محاسبه همچسبی
تصویر همچسبی تصویري است که میزان وابستگی بین تصاویر را نشان میدهد، این وابستگی با پارامتر همچسبی γ تخمین زده میشود
در این رابطه E ، اپراتور میانگین و M و S به ترتیب مقادیر مختلط پیکسلهاي تصاویر Master و Slave میباشند.
بمنظور کاهش نویز نقطهاي میتوان پارامتر همچسبی را روي پنجره اي با ابعاد NxN پیکسل محاسبه نمود مقدار همچسبی تداخل سنجی از صفر تا یک تغییر میکند. در این بازه مقدار صفر دلالت بر ناهمبستگی کامل بین تصاویر قبل و بعد زلزله و مقدار یک دلالت بر همچسبی کامل اطلاعات دارد که در اینجا بیانگر محدوده-هاي پایدار بعد از زلزله میباشد.
-2-3 محاسبه همبستگی دامنه
هر یک از پیکسلهاي تصویر راداري داراي مقادیر مختلط هستند. براي اعداد مختلط با بخش حقیقی Re و بخش موهومی Im ، پارامتر دامنه بصورت رابطه 3 تعریف میشود:
پس از محاسبه تصاویر دامنه براي تصاویر Slave و Master، پارامتر همبستگی دامنه از رابطه 4 محاسبه میشود.
