一種條帶狀地下目標(biāo)的探測定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱物理學(xué)、自然地理、模式識別、遙感與信息處理的交叉領(lǐng)域，更具體 地，涉及一種條帶狀地下目標(biāo)的探測定位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 條帶狀地下目標(biāo)是一種條帶狀的立體目標(biāo)，包括人防工事、地下河流、地下隧道、 自然地下洞庫等等。山體中的隧道在民用中有著舉足輕重的地位，尤其是公路隧道與鐵路 隧道可以穿過山體，不僅大大縮短的道路的長度節(jié)省了人們在旅途中花費(fèi)的時間，也降低 了修建盤山公路、鐵路所需要大量人力、物力，并且對于汽車來說，隧道的安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 盤山公路的安全性。地下河流、自然地下洞窟的探測、發(fā)現(xiàn)能更好的保護(hù)自然資源。因此，有 必要開展山地環(huán)境中條帶狀地下目標(biāo)探測、定位的研究。
[0003] 常規(guī)遙感探測僅實(shí)現(xiàn)地表上或水面上的條件對象，也有用于只受到空氣介質(zhì)衰減 的淺層目標(biāo)信號探測過程;然而多重介質(zhì)較深層遙感探測面臨著目標(biāo)信號受到空氣、固體、 水體介質(zhì)的多重衰減過程和介質(zhì)本身的特性以及空氣、固體、水體介質(zhì)的多重畸變過程。最 終信號變得十分微弱，用現(xiàn)有的常規(guī)方法根本無法探測到。條帶狀地下目標(biāo)埋深通常有幾 十米上百米甚至幾百米，其信號經(jīng)過巖石土壤介質(zhì)調(diào)制表現(xiàn)出來，屬于深層的地下目標(biāo)。
[0004] 目前，國內(nèi)外對條帶狀地下目標(biāo)山地條帶狀設(shè)施探測的方法大都是實(shí)地人工探 測，缺乏遙感探測的有效手段，這種方法十分費(fèi)時且需要大量的人力。部分使用紅外成像的 條帶狀地下目標(biāo)探測技術(shù)，但大都是直接在紅外圖上進(jìn)行人工判讀，簡單的地表干擾的濾 除，缺乏模型，不能獲得深度信息。國外利用機(jī)載中波和長波紅外線掃傳感器探測淺層地下 目標(biāo)(如古墓）的研究，但是未見利用遙感圖像進(jìn)行山地條件下的深度條帶狀地下目標(biāo)(如 人防工事、地下河流、地下隧道、自然地下洞庫等）的相關(guān)報道。相應(yīng)地，本領(lǐng)域亟需尋找一 種適用于山體背景熱輻射模型約束下對條帶狀地下目標(biāo)進(jìn)行探測定位的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或不足，本發(fā)明提出了一種條帶狀地下目標(biāo)探測定位的 方法，克服了多時相紅外圖獲取困難的問題，解決了現(xiàn)有的只針對淺層目標(biāo)探測定位和條 帶狀地下目標(biāo)探測識別率低的問題。利用模擬仿真軟件和熱輻射理論基礎(chǔ)建立山體背景熱 輻射模型，在上述模型約束下對紅外遙感圖像進(jìn)行背景濾波處理，在視覺上就是逐次揭開 地層，使條帶狀地下目標(biāo)的輻射場逐步透明化。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種條帶狀地下目標(biāo)探測定位的方法，其特征在 于，所述方法具體包括以下步驟：1、一種條帶狀地下目標(biāo)的探測定位方法，其特征在于，所 述方法包括以下步驟：
[0007] (1)建立條帶狀地下目標(biāo)所在的仿真山體背景熱輻射場；
[0008] (2)將所述仿真山體背景熱輻射場與目標(biāo)所在山體紅外遙感圖進(jìn)行線性映射，得 到山體背景熱輻射模型；
[0009] (3)利用步驟(2)得到的山體背景熱輻射模型，從目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中濾除 仿真山體背景熱輻射場，得到條帶狀地下目標(biāo)信息場。
[0010] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(1)具體包括：
[0011] (1.1)獲取條帶狀地下目標(biāo)所在山體的海拔高度數(shù)據(jù)信息；
[0012] (1.2)根據(jù)步驟（1.1)的海拔高度數(shù)據(jù)信息，提取構(gòu)建山體的點(diǎn)的（x，y，z)三維坐 標(biāo)，構(gòu)建山體仿真模型；
[0013] (1.3)對步驟(1.2)構(gòu)建的山體模型進(jìn)行有限元自由網(wǎng)格劃分；
[0014] (1.4)對上述劃分后的山體模型進(jìn)行載荷邊界條件的設(shè)置，根據(jù)山體的熱傳導(dǎo)率K 和山體-空氣的熱對流率Φ設(shè)置熱傳遞的參數(shù)，求解估計得到山體的溫度場分布，進(jìn)而，對 山體的溫度場分布進(jìn)行灰度圖映射和溫度分辨率調(diào)整，得到仿真山體背景熱輻射場。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(2)具體包括：
[0016] (2.1)對目標(biāo)所在山體紅外遙感圖進(jìn)行聚類分析，在每一類中依次進(jìn)行仿真山體 背景熱輻射場與目標(biāo)所在山體紅外遙感圖的線性映射；
[0017] (2.2)利用聚類分析后的目標(biāo)所在山體紅外遙感圖每一類的灰度值對所述仿真山 體背景熱輻射場進(jìn)行線性映射校正處理，得到山體背景熱輻射模型。
[0018] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述對目標(biāo)所在山體紅外遙感圖進(jìn)行聚類分析，具體包括：
[0019] (2.1.1)選取目標(biāo)所在山體紅外遙感圖的每個像素的(x，y，g)作為一個樣本，其中 (X，y)表示像素的行列坐標(biāo)，g表示像素灰度值；
[0020] (2 · 1 · 2)計算所有樣本的距離比；
[0021] 其中，第i個樣本h的距離t s為樣本的個數(shù)，d〇表示兩個樣本 I. 的距離，i關(guān)j, j關(guān)u;
[0022] (2.1.3)選擇距離比1最小的樣本131作為第一個類心111 1，并置類的序號(1 = 1;
[0023] (2.1.4)對？=1，2，...，(1類，將131，1 = 1，2，...，8分配到離它最近的類，并更新類 心
n NP是第p類的樣本數(shù)，bpi表示第p類中第i個樣本；
[0024] (2.1.5)置q = q+l，若q大于k，則算法中止;否則繼續(xù)下一步;其中k表示將所述目 標(biāo)所在山體紅外遙感圖總的類別劃分?jǐn)?shù)目；
[0025] (2.1.6)選擇僅
義小的點(diǎn)bi作為下一個類心mq的最佳初始中心點(diǎn)，轉(zhuǎn)入 (2.1.4)。
[0026] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述山體背景熱輻射模型0具體為：
[0027]
[0028] 其中，Oh為目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中每一類的最高亮度灰度值，〇1為目標(biāo)所在山 體紅外遙感圖中每一類的最低亮度灰度值，I為仿真山體背景熱輻射場的灰度值，h為仿真 山體背景熱輻射場對應(yīng)每一類所在區(qū)域的最低亮度灰度值，Ih為仿真山體背景熱輻射場對 應(yīng)每一類所在區(qū)域的最高亮度灰度值。
[0029]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)具體包括：
[0030] (3.1)通過累積灰度直方圖統(tǒng)計后，初步濾除目標(biāo)所在山體紅外遙感圖的強(qiáng)干擾 背景；
[0031] (3.2)利用步驟(2)得到的山體背景熱輻射模型，進(jìn)一步濾除目標(biāo)所在山體紅外遙 感圖的山體背景信息場，得到條帶狀地下目標(biāo)信息場T(x，y，z，t)。
[0032] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3.1)具體包括：
[0033] 首先，估計目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中像素離散灰度級^的概率密度函數(shù)Pr(rk)， 有下式成立：
[0034]
[0035] 其中，r為像素灰度級，nk為目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中出現(xiàn)rk灰度的像素數(shù)，η為 目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中像素數(shù)總數(shù)，1為像素離散灰度級的總數(shù)目；
[0036] 進(jìn)一步地，依次累計灰度直方圖，將滿足下式的^找出后并濾除，從而完成目標(biāo)所 在山體紅外遙感圖強(qiáng)干擾背景的初步濾除：
[0037] Pr(r>rk) < P
[0038] 其中，P%為強(qiáng)干擾背景在目標(biāo)所在山體紅外遙感圖中所占面積比。
[0039] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述條帶狀地下目標(biāo)信息場T(x，y，z，t)具體為：
[0040] T(x，y，z，t) ?BT(x，y，z，t)_k*0
[0041] 其中，BT(x，y，z，t)為某時刻t目標(biāo)位置(x，y，z)的目標(biāo)所在山體紅外遙感圖，0為 山體背景熱輻射模型