地形复杂区域InSAR高精度DEM提取方法

赵 争

中国测绘科学研究院，北京 100830



地形复杂区域InSAR高精度DEM提取方法

赵 争

中国测绘科学研究院，北京 100830

干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术是合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)发展过程中极具里程碑式的成果，具有很强的发展和应用潜力，也是地球科学与遥感领域发展最迅速的技术之一。SAR传感器的快速发展为InSAR技术提供了海量、快速、高分辨率的可用数据源，使得InSAR在地形测绘、地表形变监测、灾害监测、冰川运动、森林资源调查、农业监测和湿地变化制图等多个领域得到了广泛的应用。但如何有效利用InSAR技术大面积高精度地获取地形复杂区域DEM仍是目前亟待解决的难点问题之一。

在地形复杂区域，InSAR提取DEM存在诸多问题：首先，SAR特有的侧视成像方式易在地形陡峭区域形成较大范围的阴影和严重的叠掩现象，导致影像信息缺失，从而引起提取的DEM出现漏洞；其次，在地形破碎区域SAR干涉影像对相干性差、DEM提取精度低，难以满足实际应用需求；再者实际生产中，影像覆盖范围大、地面控制点布设困难使得地形复杂区域InSAR提取DEM难度进一步增加。本文针对上述问题，逐一进行了研究，并提出了相应的解决方案，研究内容主要集中在以下3个方面：①InSAR多侧视方向DEM的融合方法。针对单侧视方向InSAR技术提取DEM中阴影叠掩所产生的高程信息缺失问题，研究阴影叠掩区域的检测与提取方法、地形复杂区域机载InSAR影像阴影影响去除方法及多侧视方向DEM融合方法，最终融合多侧视方向InSAR结果实现DEM的高质量提取。②立体辅助InSAR方法。面向地形复杂区域，充分发挥InSAR和立体SAR(StereoSAR)各自优势，研究在立体环境下提取或编辑种子点和结构线，协同相位解缠，指导解缠区域增长，提高解缠可靠性的方法，研究立体摄影测量协同改善干涉质量方法，研究多侧视方向SAR影像数据的立体、干涉联合自动提取DEM的方法，构建StereoSAR和InSAR联合平差模型，实现立体DEM和InSAR DEM的融合。③地形复杂区域InSAR提取DEM技术方案。面向我国一些测绘地形复杂区域，基于国内外星载/机载SAR数据，研究形成整套InSAR DEM提取技术的解决方案，并在不同的试验区进行验证。

本文的主要贡献和创新点如下：

(1) 提出了InSAR多侧视方向DEM融合及升降轨StereoSAR和InSAR多源DEM融合方法。有效弥补由阴影和叠掩带来的DEM漏洞，提高了低相干区域获取DEM的可靠性。

(2) 提出了立体辅助InSAR技术的三种半自动改善干涉质量的方法：①立体提取种子点、结构线的协同区域增长的相位解缠方法；②立体摄影测量协同解缠相位改正方法；③立体摄影测量对干涉失相干区域修正方法。基于以上3种方法，有效解决了InSAR在地形复杂区域信息缺失和精度达不到实际应用需求的问题，改善了InSAR DEM提取精度。

(3) 构建了StereoSAR和InSAR联合平差模型，联合StereoSAR和InSAR成像模型，将立体获取的DEM和InSAR获取的DEM纳入统一坐标系中，统一平差，提高了InSAR获取DEM的平面和高程精度。

(4) 提出了地形复杂区域InSAR提取DEM技术方案。集成本文的研究成果，设计并开发了一套InSAR提取DEM的软件系统，并用于InSAR DEM提取试验与生产。通过在不同试验区的大量应用，验证了该技术方案的有效性、精确性与稳健性，该成果已被成功地应用于陕西秦岭试验区1200 km2DEM生产、西部测图横断山脉测区4400 km2DEM生产和若尔盖湿地测区2000 km2DEM生产。

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

赵争.地形复杂区域InSAR高精度DEM提取方法[J].测绘学报，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

国家自然科学基金(41401530)；测绘地理信息公益性行业科研专项(201412002)

2016-07-14

赵争(1979—)，女，副研究员，2014年6月毕业于武汉大学，获理学博士学位(指导教师：张继贤研究员)，研究方向为SAR遥感信息处理与提取。