地形復(fù)雜區(qū)域InSAR高精度DEM提取方法

趙 爭

中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830

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地形復(fù)雜區(qū)域InSAR高精度DEM提取方法

趙 爭

中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830

干涉合成孔徑雷達(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技術(shù)是合成孔徑雷達(synthetic aperture radar, SAR)發(fā)展過程中極具里程碑式的成果，具有很強的發(fā)展和應(yīng)用潛力，也是地球科學(xué)與遙感領(lǐng)域發(fā)展最迅速的技術(shù)之一。SAR傳感器的快速發(fā)展為InSAR技術(shù)提供了海量、快速、高分辨率的可用數(shù)據(jù)源，使得InSAR在地形測繪、地表形變監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、冰川運動、森林資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)監(jiān)測和濕地變化制圖等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但如何有效利用InSAR技術(shù)大面積高精度地獲取地形復(fù)雜區(qū)域DEM仍是目前亟待解決的難點問題之一。

在地形復(fù)雜區(qū)域，InSAR提取DEM存在諸多問題：首先，SAR特有的側(cè)視成像方式易在地形陡峭區(qū)域形成較大范圍的陰影和嚴重的疊掩現(xiàn)象，導(dǎo)致影像信息缺失，從而引起提取的DEM出現(xiàn)漏洞；其次，在地形破碎區(qū)域SAR干涉影像對相干性差、DEM提取精度低，難以滿足實際應(yīng)用需求；再者實際生產(chǎn)中，影像覆蓋范圍大、地面控制點布設(shè)困難使得地形復(fù)雜區(qū)域InSAR提取DEM難度進一步增加。本文針對上述問題，逐一進行了研究，并提出了相應(yīng)的解決方案，研究內(nèi)容主要集中在以下3個方面：①InSAR多側(cè)視方向DEM的融合方法。針對單側(cè)視方向InSAR技術(shù)提取DEM中陰影疊掩所產(chǎn)生的高程信息缺失問題，研究陰影疊掩區(qū)域的檢測與提取方法、地形復(fù)雜區(qū)域機載InSAR影像陰影影響去除方法及多側(cè)視方向DEM融合方法，最終融合多側(cè)視方向InSAR結(jié)果實現(xiàn)DEM的高質(zhì)量提取。②立體輔助InSAR方法。面向地形復(fù)雜區(qū)域，充分發(fā)揮InSAR和立體SAR(StereoSAR)各自優(yōu)勢，研究在立體環(huán)境下提取或編輯種子點和結(jié)構(gòu)線，協(xié)同相位解纏，指導(dǎo)解纏區(qū)域增長，提高解纏可靠性的方法，研究立體攝影測量協(xié)同改善干涉質(zhì)量方法，研究多側(cè)視方向SAR影像數(shù)據(jù)的立體、干涉聯(lián)合自動提取DEM的方法，構(gòu)建StereoSAR和InSAR聯(lián)合平差模型，實現(xiàn)立體DEM和InSAR DEM的融合。③地形復(fù)雜區(qū)域InSAR提取DEM技術(shù)方案。面向我國一些測繪地形復(fù)雜區(qū)域，基于國內(nèi)外星載/機載SAR數(shù)據(jù)，研究形成整套InSAR DEM提取技術(shù)的解決方案，并在不同的試驗區(qū)進行驗證。

本文的主要貢獻和創(chuàng)新點如下：

(1) 提出了InSAR多側(cè)視方向DEM融合及升降軌StereoSAR和InSAR多源DEM融合方法。有效彌補由陰影和疊掩帶來的DEM漏洞，提高了低相干區(qū)域獲取DEM的可靠性。

(2) 提出了立體輔助InSAR技術(shù)的三種半自動改善干涉質(zhì)量的方法：①立體提取種子點、結(jié)構(gòu)線的協(xié)同區(qū)域增長的相位解纏方法；②立體攝影測量協(xié)同解纏相位改正方法；③立體攝影測量對干涉失相干區(qū)域修正方法?；谝陨?種方法，有效解決了InSAR在地形復(fù)雜區(qū)域信息缺失和精度達不到實際應(yīng)用需求的問題，改善了InSAR DEM提取精度。

(3) 構(gòu)建了StereoSAR和InSAR聯(lián)合平差模型，聯(lián)合StereoSAR和InSAR成像模型，將立體獲取的DEM和InSAR獲取的DEM納入統(tǒng)一坐標系中，統(tǒng)一平差，提高了InSAR獲取DEM的平面和高程精度。

(4) 提出了地形復(fù)雜區(qū)域InSAR提取DEM技術(shù)方案。集成本文的研究成果，設(shè)計并開發(fā)了一套InSAR提取DEM的軟件系統(tǒng)，并用于InSAR DEM提取試驗與生產(chǎn)。通過在不同試驗區(qū)的大量應(yīng)用，驗證了該技術(shù)方案的有效性、精確性與穩(wěn)健性，該成果已被成功地應(yīng)用于陜西秦嶺試驗區(qū)1200 km2DEM生產(chǎn)、西部測圖橫斷山脈測區(qū)4400 km2DEM生產(chǎn)和若爾蓋濕地測區(qū)2000 km2DEM生產(chǎn)。

Author： ZHAO Zheng(1979—)，female，associate researcher，received her doctoral degree from Wuhan University on June 2014，majors in SAR remote sensing information processing and extraction.

E-mail： zhaozheng@casm.ac.cn

Methods on High-accuracy DEM Extraction from Interferometric SAR in Sophisticated Terrain Areas

ZHAO Zheng

Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100830, China

趙爭.地形復(fù)雜區(qū)域InSAR高精度DEM提取方法[J].測繪學(xué)報，2016,45(11)：1385.

10.11947/j.AGCS.2016.20160357.

ZHAO Zheng.Methods on High-accuracy DEM Extraction from Interferometric SAR in Sophisticated Terrain Areas[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(11):1385. DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160357.

P283

D

1001-1595(2016)11-1385-01

國家自然科學(xué)基金(41401530)；測繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(201412002)

2016-07-14

趙爭(1979—)，女，副研究員，2014年6月畢業(yè)于武漢大學(xué)，獲理學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：張繼賢研究員)，研究方向為SAR遙感信息處理與提取。