羅昌瓊 桂木政 楊本勇

(四川省遙感信息測(cè)繪院，四川成都 610100)

與光學(xué)遙感相比，雷達(dá)遙感是主動(dòng)遙感，具有全天時(shí)、全天候的特點(diǎn)。對(duì)于西部橫斷山脈測(cè)區(qū)的云霧冰雪覆蓋區(qū)域，光學(xué)影像較難獲取實(shí)地地表覆蓋的情況，或已獲取的光學(xué)影像時(shí)效性較差，對(duì)此合成孔徑雷達(dá)(SAR)影像具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)性和時(shí)效性。

西部橫斷山脈區(qū)域地勢(shì)險(xiǎn)峻，多高山峽谷，氣候多樣，生態(tài)環(huán)境奇特，海拔4 100m以上為寒帶，終年積雪，長(zhǎng)冬無(wú)夏，為多云、多霧、多雪復(fù)雜地形區(qū)域，光學(xué)影像不能完全滿足地形圖測(cè)圖的要求，SAR雷達(dá)影像在此區(qū)域?qū)鈱W(xué)影像測(cè)圖是有力的補(bǔ)充，使橫斷山脈區(qū)域測(cè)圖得以順利完成。

1 機(jī)載SAR雷達(dá)影像數(shù)據(jù)及使用原則

考慮到西部測(cè)圖工程測(cè)圖區(qū)域的復(fù)雜性，為滿足測(cè)圖要求，并提高解譯精度，應(yīng)用了多種雷達(dá)影像進(jìn)行信息互補(bǔ)。從極化方式的角度來(lái)說(shuō)有單極化影像和全極化影像;從軌道情況來(lái)說(shuō)有升軌影像和降軌影像。在此，僅就利用我國(guó)自主研發(fā)的首套機(jī)載多波段多極化干涉SAR數(shù)據(jù)獲取機(jī)載SAR影像數(shù)據(jù)，如何結(jié)合光學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)圖作一個(gè)探討和交流。

1.1 機(jī)載SAR雷達(dá)影像數(shù)據(jù)

根據(jù)地形條件和用途，在不同區(qū)域分別獲取了一個(gè)側(cè)視方向、兩個(gè)側(cè)視方向或四個(gè)側(cè)視方向的2.5m分辨率X波段干涉數(shù)據(jù)、P波段極化數(shù)據(jù)及相應(yīng)的POS數(shù)據(jù)。

X波段機(jī)載SAR數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體和頭文件參數(shù)存放在(*.raw)和(*.dat)文件中，主要用于過(guò)程DEM數(shù)據(jù)制作、地物地貌的測(cè)繪和SAR影像DOM(標(biāo)準(zhǔn)分幅)的制作。

P波段機(jī)載SAR數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體和頭文件參數(shù)存放在(*.raw)和(*.led)文件中，主要用于地物的測(cè)繪和SAR影像標(biāo)準(zhǔn)分幅DOM、地表覆蓋數(shù)據(jù)等的制作。

POS數(shù)據(jù)是由機(jī)載POS系統(tǒng)(加拿大Applanix公司的IMU510系列)測(cè)量數(shù)據(jù)聯(lián)合地面GPS基準(zhǔn)站差分解算的飛機(jī)航跡信息。在成像過(guò)程中，相關(guān)航跡信息被寫(xiě)入到影像參數(shù)文件中。

1.2 機(jī)載SAR雷達(dá)影像的解譯原則

雷達(dá)影像解譯是雷達(dá)影像應(yīng)用的主要難題，根據(jù)雷達(dá)影像的成像機(jī)理，雷達(dá)影像解譯主要按以下的原則進(jìn)行:

①雷達(dá)的迎坡面容易產(chǎn)生疊掩，疊掩區(qū)在圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)白色區(qū)，雷達(dá)的背坡面如果坡度較大或被遮擋，容易形成陰影，在影像上表現(xiàn)為沒(méi)有紋理的暗區(qū)域。陰影和疊掩區(qū)域無(wú)法解譯地物，但可用于了解大致的地形。

②雷達(dá)影像受相干成像機(jī)制的影響而存在斑點(diǎn)狀的噪聲，嚴(yán)重影響了雷達(dá)影像的可解譯性。除濾波外，調(diào)節(jié)影像顯示的拉伸范圍是一種常用的簡(jiǎn)單有效的噪聲抑制方法，能夠提高目視解譯的效果。

③金屬材質(zhì)的地物如鐵軌、鐵塔等在雷達(dá)影像上呈現(xiàn)出亮色調(diào)。

④含水量較大的地物，如雨后的耕地、沼澤地相對(duì)較亮，呈現(xiàn)出中等亮色調(diào)。

⑤房屋、水泥電線桿、圍墻等垂直于地面的地物與地面構(gòu)成角反射器，當(dāng)其朝向雷達(dá)時(shí)，角反射器效應(yīng)特別明顯，容易形成亮區(qū)域。

⑥球狀、棱錐狀、陡巖等有表面垂直于雷達(dá)波束的地物在雷達(dá)呈現(xiàn)出亮色調(diào)。

⑦光滑的表面，如飛機(jī)場(chǎng)光滑的水泥地面、平靜的湖面、河流及水泥或?yàn)r青道路由于產(chǎn)生鏡面反射呈現(xiàn)出暗色調(diào)。

⑧粗糙的表面如灌木、林地等呈現(xiàn)出中等色調(diào)。

1.3 機(jī)載SAR雷達(dá)影像使用原則

在SAR影像結(jié)合光學(xué)影像測(cè)圖生產(chǎn)中，根據(jù)原有光學(xué)影像的不同情況，SAR影像發(fā)揮著不同的作用，具體如下:

①光學(xué)影像能夠完成測(cè)圖的區(qū)域，應(yīng)利用SAR影像輔助地貌修測(cè)、地物和地表覆蓋數(shù)據(jù)解譯，充分發(fā)揮SAR影像的特點(diǎn)。

②光學(xué)影像因云、雪、霧導(dǎo)致絕對(duì)漏洞的區(qū)域必須使用SAR影像進(jìn)行測(cè)圖。

③SAR影像在使用過(guò)程中，應(yīng)選擇無(wú)效信息最少的一個(gè)側(cè)視方向數(shù)據(jù)為主數(shù)據(jù)源，其他方向作為補(bǔ)充。

2 機(jī)載SAR在生產(chǎn)中應(yīng)用的方法和效果

2.1 地貌要素的修測(cè)和測(cè)繪

依據(jù)測(cè)區(qū)相關(guān)資料，分析了光學(xué)影像測(cè)圖情況，尤其是云霧、冰雪等無(wú)法測(cè)制區(qū)域的測(cè)圖情況等，在雷達(dá)立體觀測(cè)環(huán)境下，疊加光學(xué)等高線數(shù)據(jù)及具有高程信息的要素:①全面套合查看光學(xué)影像測(cè)圖的成果，修正光學(xué)影像不能滿足測(cè)圖精度的數(shù)據(jù);②補(bǔ)充光學(xué)影像無(wú)法測(cè)繪的區(qū)域，其工藝流程如圖1所示。

圖1 利用雷達(dá)影像修測(cè)地貌工藝流程

2.2 地物要素的更新和新增

利用機(jī)載SAR的四種正射影像圖(即X波段干涉數(shù)據(jù)的兩個(gè)側(cè)視方向正射影像圖和P波段極化數(shù)據(jù)的兩個(gè)側(cè)視方向正射影像圖)，對(duì)地物要素進(jìn)行判讀和采集。室內(nèi)解譯由內(nèi)、外業(yè)人員一起，借助野外實(shí)地采集的雷達(dá)解譯樣本，按照雷達(dá)影像的解譯原則，通過(guò)將雷達(dá)影像和光學(xué)影像進(jìn)行比對(duì)展開(kāi)室內(nèi)解譯:①在雷達(dá)正射影像上判繪光學(xué)影像上沒(méi)有或無(wú)法判繪的地物和地表覆蓋信息;②處理SAR影像解譯后新增或更新要素與原要素之間的相互關(guān)系，其工藝流程如圖2所示。

圖2 利用雷達(dá)影像更新地物工藝流程

2.3 實(shí)例分析

(1)利用機(jī)載SAR立體雷達(dá)影像進(jìn)行地貌修測(cè)或測(cè)繪

由于SAR雷達(dá)影像不受云、雪、霧的影響，因此，可利用機(jī)載SAR雷達(dá)立體影像將光學(xué)影像中被云、雪、霧覆蓋或山的陰影處只能粗略表示的地貌進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)，使地形圖中表達(dá)的地貌信息準(zhǔn)確，地形與實(shí)地相符合。如圖3中，由于山勢(shì)較高，在光學(xué)影像山的陰影處測(cè)繪的地貌，不能準(zhǔn)確表示實(shí)地地形情況，導(dǎo)致測(cè)繪的地形失真。而在圖4中，該區(qū)域利用機(jī)載SAR立體模型采集的地貌明顯更真實(shí)地反映了實(shí)地的地形，溝谷明顯，細(xì)貌真實(shí)。

圖3 光學(xué)影像山陰影處采集的地貌

(2)利用機(jī)載SAR雷達(dá)正射影像進(jìn)行地物更新

對(duì)鐵絲網(wǎng)、電力線等光學(xué)影像很難判繪的地物，在機(jī)載SAR正射影像上清晰可見(jiàn)，如圖5、圖6為同一區(qū)域的光學(xué)和雷達(dá)正射影像，圖5光學(xué)影像中鐵絲網(wǎng)無(wú)法判讀，圖6機(jī)載SAR的P波段正射影像中鐵絲網(wǎng)(橫穿東西的亮黃色線狀物)清晰可見(jiàn)。

對(duì)云遮蓋或陰影下以及被雪覆蓋的地物，在機(jī)載SAR正射影像上清晰可見(jiàn)，如圖7中為光學(xué)影像中被云遮蓋的道路，在圖8機(jī)載SAR的X波段正射影像中清晰可見(jiàn);如圖9中被雪覆蓋的湖泊，在圖10機(jī)載SAR的X波段正射影像中清晰可見(jiàn)。

圖4 雷達(dá)影像山陰影處采集的地貌

圖5 光學(xué)正射影像

圖6 機(jī)載SAR正射影像

圖7 有云遮蓋的光學(xué)正射影像

圖8 機(jī)載SAR的X波段正射影像

圖9 有雪覆蓋的光學(xué)正射影像

3 機(jī)載SAR在地形圖生產(chǎn)中應(yīng)用的不足

因SAR為斜距成像，由地形起伏引起的影像幾何失真大、輻射畸變突出，在高山地區(qū)表現(xiàn)得尤為突出，從而阻礙了從SAR影像中提取信息，并與其他具有地理參考的信息的綜合應(yīng)用。如圖11和圖12為同一區(qū)域的光學(xué)正射影像和機(jī)載SAR的P波段正射影像，圖11中各種植被(旱地、林地、草地等)之間的界線可很好地進(jìn)行判繪，且植被也直觀易解譯，而在圖12中，地界并不明顯，且植被不直觀。

圖10 機(jī)載SAR的X波段正射影像

圖11 光學(xué)正射影像

圖12 機(jī)載SAR的P波段正射影像

［1］GB/T23236—2009 數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范［S］

［2］CH/T1009—2010 全球定位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)測(cè)量技術(shù)規(guī)范［S］

［3］張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量［M］.武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1996