inSAR設(shè)備在礦區(qū)地形測繪中應(yīng)用

張 鑫

（遼寧省地礦測繪院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110121）

如今，經(jīng)常使用的礦區(qū)地形測繪的主要手段便是在開采區(qū)設(shè)立移動地面測繪站，通過全站儀、水位儀、GPS定位儀等設(shè)備獲得檢測值，利用精密平差運(yùn)算獲取到地面細(xì)小變化值[1]。但然而由于國內(nèi)西北地區(qū)的礦區(qū)主要集中在黃土高原，地形地貌非常復(fù)雜，地面沉陷經(jīng)常會以坍塌、裂隙、凹陷臺等形態(tài)出現(xiàn)。所以，礦區(qū)急需一種高準(zhǔn)確度、高覆蓋率、高精準(zhǔn)率的地形監(jiān)測手段。由于遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)中的差分干涉技術(shù)(D-InSAR)已然在地形變動、區(qū)域下降、冰川運(yùn)動等多個(gè)領(lǐng)域方面取得了實(shí)際使用效果，這為西北黃土高原礦區(qū)復(fù)雜的地勢、地形、地貌條件下地形的動態(tài)監(jiān)測和預(yù)警提供了新視角。

1 inSAR設(shè)備在礦區(qū)地形測繪中數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)過程

1.1 干涉對的選取

干涉對的選取不單單關(guān)系到SAR技術(shù)對礦區(qū)地形測繪的監(jiān)測精確度,還關(guān)系到是否可以生成干涉圖像。如果干涉對的選取不恰當(dāng)甚至?xí)斐蓽y繪實(shí)驗(yàn)的失敗。選擇干涉對，這其中至關(guān)重要的兩個(gè)影響因素便是空間垂直基準(zhǔn)線和時(shí)間基準(zhǔn)線,對于通過SAR數(shù)據(jù)和MoDEL監(jiān)測地面地形地貌變化,應(yīng)該適當(dāng)選取空間垂直基準(zhǔn)線比較小的干涉對,當(dāng)然其長度要小于l00m,這樣一來，就可以最大限度地減少地形和雜物對測繪精準(zhǔn)度的不利影響?？臻g垂直基準(zhǔn)線的長度變化越小,那么其來自地形的影響就越??；時(shí)間基準(zhǔn)線也需是將長度變化幅度盡可能的降低,以降低因?yàn)闀r(shí)間而引起的地表起伏狀況的改變造成的不相干關(guān)系。選用相距不到45天的春、秋兩季的信息數(shù)據(jù)去做干涉對,這個(gè)時(shí)候由于地面植被覆蓋率比較低,呈現(xiàn)裸露狀態(tài),信息數(shù)據(jù)采集度和相干性要高于其他兩個(gè)季節(jié)，通過干涉相位的變化去預(yù)估地形地貌的方法有許多,由于對很多地方來說，DEOL方法比較容易獲得,所以較多時(shí)候會采用二軌法inSAR技術(shù)這種簡單易操作的方法。

1.2 差分干涉圖像的生成和過濾

由于衛(wèi)星監(jiān)測的初始數(shù)據(jù)覆蓋率比較大，為了讓礦區(qū)地形測繪的相關(guān)研究更加有效、直接，在獲取的試驗(yàn)區(qū)域PALOSAR 雷達(dá)影像信息的基礎(chǔ)之上，選擇其中的九個(gè)衛(wèi)星影像圖像，之后再對其進(jìn)行適度裁剪，這九個(gè)衛(wèi)星影像圖中的任意兩個(gè)影像便可形成對立影像集合，為了在以后的干涉處理中減弱時(shí)空失量相干作用的程度，就必須在組合影像信息中對其時(shí)間、空間基準(zhǔn)線進(jìn)行控制、把握，影像信息對時(shí)空基準(zhǔn)線的控制基本維持在145天左右，換句話說也就是在三個(gè)周期運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)，控制其垂直基準(zhǔn)線在870m以內(nèi)，以便滿足以上條件的影像信息數(shù)據(jù)集合控制在十二個(gè)?；谶@十二個(gè)影像信息數(shù)據(jù)的采集，利用二軌分差法進(jìn)行模擬處理，之后獲取到十二個(gè)分差干涉圖像。這種方法需要一個(gè)內(nèi)部的DEOL與相同時(shí)間內(nèi)獲得的兩種景觀圖像之間覆蓋某一地區(qū)的不同角度，提高其SAR影像的利用率。通過雙軌InSAR技術(shù)去監(jiān)測地表地形地貌數(shù)據(jù)的處理過程與相關(guān)環(huán)節(jié)，在其過程中需要嚴(yán)格注調(diào)控SAR影像干涉對對亞像元配精卻配準(zhǔn)度(0.6個(gè)像元),之后控制雙方相乘計(jì)算生成干涉圖比,再用DEOL去初步模擬并排除非正式圖像生成的干涉圖中的有關(guān)地形地貌變化的形變位置,最后對其干涉圖進(jìn)行過濾處理即可。

2 inSAR設(shè)備在礦區(qū)地形測繪中的應(yīng)用

2.1 提高影像配準(zhǔn)精確度

有關(guān)星載SAR干涉圖像衛(wèi)星是其在一般軌道上進(jìn)行2次分離過境以后，對地面同一發(fā)射地點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射之后再將回波信號進(jìn)行回收，因?yàn)樾l(wèi)星2次分離的時(shí)間和距離并不一樣，因而2次獲取的數(shù)據(jù)信息就形成了2個(gè)不一樣坐標(biāo)集合的數(shù)據(jù)信息，要想將這2個(gè)數(shù)據(jù)信息集合進(jìn)行干涉處理，就必須明確這2個(gè)數(shù)據(jù)信息集合中有哪些是同一個(gè)地點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，換句話說也就是找出同名地點(diǎn)。所以，影像配準(zhǔn)實(shí)際上就是將2幅影像探尋出同名地點(diǎn)的具體過程。影像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確率會直接影響以后的干涉圖像處理、差分干涉處理等環(huán)節(jié)，因而影像配準(zhǔn)是這當(dāng)中最基本、最重要的一步。為了獲取較高質(zhì)量的干涉圖像信息，就必須對兩幅 SAR 影像圖進(jìn)行精準(zhǔn)配率，其配準(zhǔn)過程通常情況下會分成3步，低配準(zhǔn)、像素級配準(zhǔn)、子像素級配準(zhǔn)，見圖1。

圖1 SAR 影像圖測繪實(shí)際結(jié)果

2.2 減小之后測繪圖像的計(jì)算誤差

低配準(zhǔn)普遍情況下會通過衛(wèi)星軌道的數(shù)據(jù)信息對影像進(jìn)行精確配準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度高達(dá) 30 個(gè)像素。對于圖像模擬信息中心(行，列)進(jìn)行計(jì)算，找出 目標(biāo)地點(diǎn)P 點(diǎn)在衛(wèi)星軌道系統(tǒng)(X,Y,Z)的具體位置，之后在開普勒計(jì)算公式的運(yùn)算基礎(chǔ)上，計(jì)算出2幅衛(wèi)星圖像的具體位置，對應(yīng)出橢球坐標(biāo)上的目標(biāo)P點(diǎn)，計(jì)算圖像系統(tǒng)(行，列)的坐標(biāo)體系后，最后獲得衛(wèi)星圖像之間的(行，列)坐標(biāo)差別就是低偏移距離，這個(gè)偏移距離的精確度均為 30 個(gè)像素。

通過大尺度的有關(guān)窗口進(jìn)行像素級配準(zhǔn)，使圖像信息之間有關(guān)行列坐標(biāo)的偏移距離計(jì)算高達(dá) 1 個(gè)像素。小窗口進(jìn)行亞像素級相關(guān)的精配準(zhǔn)，使影像之間的配準(zhǔn)度高達(dá) 0.5至0.1 個(gè)像素級別，為以后的搜索檢測地點(diǎn)和偏移距離參數(shù)的計(jì)算做好充足的準(zhǔn)備。

3 結(jié)語

本文對inSAR設(shè)備在礦區(qū)地形測繪中應(yīng)用進(jìn)行分析，依托inSAR設(shè)備對衛(wèi)星圖像的精準(zhǔn)配讀，根據(jù)圖像信息數(shù)據(jù)的反饋與分析，對礦區(qū)地形測繪圖進(jìn)行適度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)本文研究。希望本文的研究能夠?yàn)閕nSAR設(shè)備在礦區(qū)地形測繪中應(yīng)用提供理論依據(jù)。