InSAR技术高植被覆盖区DEM重建及精度分析_杨超.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：基金项目：陕西省重点研发计划项目（）资助作者简介：杨 超（），男，陕西西安人，高级工程师，硕士，年毕业于长安大学地图制图学与地理信息工程专业，主要从事 变形监测工作。技术高植被覆盖区 重建及精度分析杨 超，潘东峰，廖东军，刘云锋，吴一同（机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安）摘要：合成孔径雷达干涉测量（）技术是大区域数字高程模型数据获取的重要手段之一，本文介绍了 技术在高植被覆盖区 重建的技术原理及流程，阐述了干涉相位点与实测目标点映射关系，通过实验获取柬埔寨某公路项目全程的，辅助融合 星载激光测高数据与实测 数据进行比较、分析，验证了方法的高效性与正确性。关键词：；高植被覆盖区；重建中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：（）（），：；引 言随着光学遥感对地观测技术的不断进步，获取方式不断成熟和多样化。但是，在地形复杂、植被茂密、大区域情况下往往很难得到满意的结果。本文所涉及实验区域自然条件恶劣、气候变化无常、交通困难，高植被覆盖占，可见光影像难以发挥作用。因此，亟须一种更高效、更可靠的技术手段来实现这些复杂区域的数字高程模型（）的快速获取与有效更新。干涉合成孔径雷达测量技术（，）作为合成孔径雷达（，）和干涉测量技术的综合，其基本原理是通过构建卫星系统参数、姿态参数、轨道参数以及雷达回波相位间的几何关系精确测量地表某一点的三维空间位置及其微小变化。其具有方便高效、快速、高精度、全天候、全天时获取地面重要三维信息的特性，被广泛应用于军事及民用领域。技术原理及路线 技术原理合成孔径雷达干涉测量技术是一种由雷达影像复数据导出的相位信息作为信息源提取地表三维信息的技术。需要利用同一地区获取的具有一定视角差的 幅单视复数影像进行干涉处理，通过相位信息获取地表高程信息。根据成像的模式和时间先后，可以分为单轨和重复轨道模式。现以重复轨道干涉测量模式为例，简要介绍基于 技术的高植被覆盖区 重建技术原理。如图 所示，用、来表示 个卫星天线的相位中心；用基线 来表示、两点检的距离；来表示基线 与水平方向的夹角；天线的高度用 来表示；点是目标点；表示天线 到 的斜距；表示天线 到 的斜距；和 则是天线 和 到目标点 的视线；为 与其视线的夹角；为目标点的高程。图 技术的几何原理 如图 所示，从 技术原理几何关系中，可以得知目标点 的高程可以表达为式（）：（）侧视角 与极限水平角 以及（）的关系为式（）：（）在 中，通过余弦定理可以解算出：（）（）反算得到 （）（）通过上面所以公式可以得出目标点 的高程，为：（）（）（）若想解算出，还需要得到 的确切表达式。假设 雷达波长为，对于重复轨道而言 系统而言，斜距差 与理论的干涉相位 的表达式如式（）：（）对于双天线系统而言，斜距差 与理论的干涉相位 的表达式如式（）：（）从上述公式可以看出，理论上通过上面的公式可以获得地表高程信息。若主辅影像成像时，目标点 的地面散射特性没有发生任何变化，地表也没有发生形变，再忽略大气相位延迟和相位噪声等的影响，根据已有的干涉参数，可以通过解缠相位反算出地表高程。这种方法仅在原理上可行，在实际处理过程中不同的软件有各自的处理算法。技术路线 提取 的具体流程如图 所示。图 技术流程 研究区概况与数据来源 研究区概况本研究选取距离柬埔寨首都金边东北方向约 处的某公路提升改造项目，公路为南北走向，依次穿越特本克蒙省、桔井省，长 多，区域内地势起伏不大，北高南低，植被茂密，主要有水稻田、橡胶林、木薯、胡椒、芒果及灌木林等，局部有沼泽及水塘。测量目的主要是为公路提升改造提供可研阶段的测量资料。数据来源本文依据实验区域现势情况，综合考虑传感器波长、时间基线、空间基线、轨道重复方式、入射角、实验区域的地形、成像时间的大气状态等因素，最后选取了 波段的 数据。本次实验采购了 年 月 日到 年 月 日的 景 影像，其部分设计参数见表。表 部分设计参数 卫星平台波段波长 轨道方向降轨重访周期（）轨道高度 极化方式、分辨率 实验与结果分析 实验分析）影像预处理本实验将购置 影像依据轨道参数进行粗配准，同时，使用交叉相关技术使得配准精度达到亚像素级精度，满足影像干涉测量的要求。通过复运算得到去平地效应前的干涉相位图，此时的干涉相位是一条条有规律的条纹，并且在地形的影响下略微弯曲。）去平地效应干涉相位图中具有大量的条纹，其中大部分条纹是地形起伏引起的，因此，引入外部辅助 分辨率的 模拟地形相位，将地形相位从干涉相位剔除，生成去除平地效应的干涉图。）干涉图滤波采用 方法对干涉图进行滤波，得到滤波后的干涉图及相干系数图。测绘与空间地理信息 年）轨道精炼和重去平干涉图滤波后得到的干涉图及相干系数图仍存在明显线性趋势，需要进行轨道精炼和重去平过程，借助开源辅助 纠正，达到轨道精炼后的相位图和精炼后的相位解缠图效果。）相位到高程的转换及地理编码轨道精炼和重去平后的图像反映了地表真实的相位情况，相位转为高程并进行地理编码可生成最终的。）融合卫星测高数据的 本文采用了 星载激光测高数据分别对 产品进行精度融合，以实现进一步提高 数据质量的目的。结果与精度分析本实验将 年 月实地采集 个 级 控制点成果（其坐标系统为基于 椭球的任意平面直角坐标，高程系统为 ）进行高程基准转换与 影像重建的 进行对比，残差见表。表 研究区实测点位高程对比表（单位：）（：）高程残差融合后 残差 依据表 可知，技术用于高植被覆盖区生成的 产品，经过辅助多源数据融合残差均值为 ，标准差为 ，满足相关规范成图要求。结束语数字高程模型作为一种重要的地理空间数据，在高植被覆盖区测图、地质地貌、滑坡监测与灾害控制、环境治理等领域发挥着重要的作用，技术作为一种提取 的重要手段在测绘领域发挥着重要作用。本文以柬埔寨某公路项目为研究对象，融合 星载激光测高数据辅助数据，对 年 月 日到 年 月 日的 景 影像利用 技术重建，并得到以下结论：）波段的 数据为高植被覆盖区，特别是植被茂密区 重建，提供了较好的数据支撑。）波段的 数据重建 与 具有很高的吻合性，整体分布趋势一致，与实际地形相符。并且，生产出的 产品，实用性较强，可直观地反映植被茂密区地形特征。参考文献：陈乾福机载 区域网平差处理方法研究北京：中国测绘科学研究院，王萌萌，黄国满，花奋奋，等机载双天线 联合定标算法测绘学报，（）：张红敏，靳国旺，徐青，等 中国余数定理在双基线 相位解缠中的应用测绘学报，（）：李永荣，张继贤，黄国满，等 用星载合成孔径雷达（）立体影像生成 的方法研究测绘科学，（）：李金超，高飞，陶庭叶等基于 技术的淮南矿区 重建及精度分析地球物理学进展，（）：赵诣，蒋弥，杨川，等 干涉图滤波方法对比测绘科学，（）：隋立春，徐花芝，李建武德国新型雷达遥感系统 介绍测绘科学技术学报，（）：何沐，张瑞，杨崇等多尺度 大气延迟估计及其应用测绘科学技术，（）：薛继群，邓喀中，范洪冬，等基于 技术对西部高山地区 的重建测绘工程，（）：，张力，袁枫光学航天传感器几何建模与 生成新进展地理信息世界，（）：，张岩 构建中 技术应用及其精度分析昆明：昆明理工大学，王利娟，李恒凯基于 技术的离子型稀土矿区 提取分析稀土，（）：编辑：任亚茹（上接第 页）陈妍，乔飞，江磊基于 模型的土地利用格局变化对区域尺度生境质量的影响研究 以北京为例 北京大学学报（自然科学版），（）：徐羽江西省土地利用生态安全格局南昌：江西师范大学，张明祥新形势下我国的湿地生物多样性保护对策环境保护，（）：编辑：刘莉鑫第 期杨 超等：技术高植被覆盖区 重建及精度分析