盧圣奇，周軍元，倪 峰，彭 昀，肖 聰

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

高分辨率星載SAR在立體測圖中的應(yīng)用研究

盧圣奇1，周軍元1，倪 峰1，彭 昀1，肖 聰1

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

以蘭州市以北地區(qū)為研究對象，選取COSMO-SKYMED和TerraSAR-X數(shù)據(jù)，采用MapMatrix攝影測量工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)1∶50 000比例尺的DLG數(shù)據(jù)，通過全野外檢查點來分析成果數(shù)據(jù)的精度，最終成果滿足1∶50 000DLG的精度。由此說明，高分辯率星載SAR能應(yīng)用于湖北西部1∶50 000比例尺DLG生產(chǎn)。

SAR；DLG；攝影測量；1∶50 000

星載的合成孔徑雷達(dá)（SAR）是一種工作在微波波段的主動式成像傳感器，能夠遠(yuǎn)距離、快速、大面積地獲取二維高分辨率圖像。它拓展了人眼和光學(xué)相機能夠感應(yīng)的波段范圍，其發(fā)射的微波能夠不受日照和普通云雨天氣的限制，實現(xiàn)全天候、全天時、對興趣區(qū)域進(jìn)行觀測和偵察，不受區(qū)域地形限制；與光學(xué)、紅外成像相比，它的成像分辨率與距離無關(guān)，而且特征信號除了含有幅度信息，還含有相位和極化等信息，可提供更多的目標(biāo)信息特征，具有光學(xué)攝影機和光電傳感器無法比擬的優(yōu)勢。

近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對星載SAR立體測量開展了大量的研究。張過等利用RPC對星載SAR嚴(yán)密成像幾何模型進(jìn)行了可替代性分析[1]；單福增等研究了2．5 m分辨率SAR影像的布點、平差及單片計算，進(jìn)一步構(gòu)建相鄰航線間SAR影像的立體模型配對，完成1∶50 000DLG數(shù)據(jù)采集工作[2]；劉國祥闡述了SAR成像原理及其圖像特征[3]；荊創(chuàng)利等利用ERS-1/2衛(wèi)星獲取香港地區(qū)的SAR影像，分別構(gòu)成干涉像對和立體像對來生產(chǎn)DEM，對比和分析了兩種測量方法的精度[4]；李永榮等以Radarsat-1為例探討了采用立體像對提取DEM的方法[5]；張過等通過在TerraSAR-X和COSMO-Skymed立體成像區(qū)域均勻布設(shè)人工角反射器點的方法驗證了RFM平差模型的精度，并評估了三維定向平差的精度[6]；Toutin采用加拿大北極圈冰覆蓋和海灣地區(qū)的Radarsat-2高分辨率立體像對，采用一種無需參考任何地圖數(shù)據(jù)的新混合攝影測量模型生成DEM[7]；Yu等根據(jù)Envisat仿真影像和后處理影像生成DEM，并進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)[8]；De Oliveira等研究了卡拉加斯地區(qū)TerraSAR-X條帶立體數(shù)據(jù)生成DSM的高程精度[9]。以上研究分別測試了立體平差、DEM、DSM的精度，但沒有測試DLG的精度。

本文以甘肅省蘭州市以北約700 km2范圍為研究對象（如圖1所示），以SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在立體模式下人工采集生產(chǎn)1∶50 000DLG數(shù)據(jù)，并進(jìn)行精度檢查，試驗區(qū)域為高山地。

圖1 甘肅省蘭州市以北研究范圍

1 數(shù)據(jù)源

COSMO-SKYMED（宇宙-地中海觀測系統(tǒng)）是由4個低軌中型衛(wèi)星形成的星座以及軍民兩用地面數(shù)據(jù)分發(fā)機構(gòu)組成的，4顆衛(wèi)星COSMO-SkyMed-1/2/3/4都攜帶有X波段高分辨率合成孔徑雷達(dá)。這4個衛(wèi)星能針對大范圍采用較低分辨率寬掃成像模式（ScanSAR Mode），還能針對小范圍采用高分辨率聚束成像模式（Spotlight Mode）。能夠以2種基本軌道模式（常規(guī)軌道模式和干涉軌道模式）運行。

TerraSAR-X由德國航空中心、教育科技部、AstriumGmbh公司三家單位聯(lián)合研制的，于2007年6 月發(fā)射升空。TerraSAR-X是一顆新的高分辨率SAR衛(wèi)星，搭載的SAR傳感器在X波段工作，波長3．2 cm，多極化（單極化、雙極化、全極化）、多模式成像。

試驗數(shù)據(jù)分別選取COSMO-SKYMED和TerraSAR-X的3 m分辨率的2幅條帶模式數(shù)據(jù)，共4 景數(shù)據(jù)（大地坐標(biāo)系，1985國家高程基準(zhǔn)），分別組成2組立體模型。

2 試驗項目

4景數(shù)據(jù)從幾何模型轉(zhuǎn)化為RPC模型后，成為攝影測量工作站能夠按立體模式進(jìn)行處理的帶RPC模型參數(shù)的影像數(shù)據(jù)（*.tif + *_rpc.txt、高斯-克呂格投影、1980西安坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)、6°分帶），左右排列，便于立體觀察。

將2種不同衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入攝影測量工作站系統(tǒng)MapMatrix，結(jié)合對應(yīng)的RPC參數(shù)，分別構(gòu)建2組立體像對，在立體模式下按照1∶50 000DLG數(shù)據(jù)采集要求，主要遵循“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”的原則，分別采集DLG全要素數(shù)據(jù)。立體采集界面如圖2所示。

圖2 立體采集界面

在采集過程中，能正確解譯出大部分地表信息，如城市主干道、高速公路、大型橋梁、山區(qū)主要交通道路等大型交通設(shè)施，河流、湖泊、水庫等水系設(shè)施，以及居民區(qū)、耕地、廣場等面狀地物。采集成圖等高距10 m。對不能明確解譯的地物，經(jīng)野外調(diào)繪后內(nèi)業(yè)重新編輯成圖。對比COSMO-SKYMED和TerraSAR-X兩種不同衛(wèi)星系統(tǒng)的立體采集成果，精度相當(dāng)。

在2個立體像對成圖的公共區(qū)域內(nèi)，選擇影像清晰的線狀地物轉(zhuǎn)角、交點或面狀地物角點等位置，按照全野外方式，利用靜態(tài)GPS采集了20個野外檢查點，點位分布比較均勻，如圖3所示。對照野外控制檢查點，采集相應(yīng)位置的地物點，對比野外控制點和立體采集地物點的差值進(jìn)行統(tǒng)計分析。

圖3 控制點分布圖

3 試驗結(jié)果及分析

對比全野外檢查控制點和相應(yīng)地物點，其差值統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 差值統(tǒng)計分析表/m

分析表1可以看出：

1）在20個檢測控制點中平面中誤差為22．8 m，高程中誤差為8．5 m，滿足規(guī)范CH/T 1015．1-2007《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品1∶10 000 1∶50 000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程 第1部分:數(shù)字線劃圖（DLG）》中表6（DLG數(shù)據(jù)對附近野外控制點平面位置與高程中誤差）的要求。

2）在誤差統(tǒng)計分析中，大部分差值小于一倍中誤差，95%的點位誤差值小于兩倍中誤差，平面誤差和高程誤差均存在一個粗差，符合規(guī)范要求。粗差可能是由于全野外采集的點位，在立體模式下判斷不清楚，從而導(dǎo)致實際位置與影像位置不一致。

4 結(jié) 語

本文結(jié)合高分辨率星載SAR衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在立體模式下生產(chǎn)1∶50 000 DLG數(shù)據(jù)，成果數(shù)據(jù)的平面和高程精度均滿足規(guī)范要求。這種方法排除了氣候因素的干擾，較清晰地分辨出了山體地貌，以及一些交通要素、水系要素和居民區(qū)，能保質(zhì)保量地按計劃完成生產(chǎn)任務(wù)，為湖北省西部高山地區(qū)1∶50 000地圖生產(chǎn)提供了一種新途徑。

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P237

B

1672-4623（2016）06-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.012

盧圣奇，工程師，主要從事攝影測量的生產(chǎn)管理工作。

2016-01-06。