一種機載InSAR地面定標控制測量布點方案及實踐

苗小利

(西安煤航技術發展研究院，陜西西安710054)

一、引 言

近幾年，機載干涉合成孔徑雷達(InSAR)作為一種新的、先進的技術手段，已經逐漸應用于地形測繪。而地面定標控制測量則成為地形測繪研究的關鍵問題，許多學者進行了大量的研究，提出了基于特征點權重的區域網干涉定標方法[1]、基于區域網平差理論的定標方法[2]、基于敏感度方程的方法[3-4]、基于差分干涉定標的地形重建方法[6]及定標器布放[5]等，且多集中在方法論述、定標點布放規則等[1]方面。而對于復雜地形區域，野外布放地面控制點(GCP)難度很大[2]，因此，如何減少地面定標控制點的數量成為研究的熱點。為此，本文基于實踐的基礎上，提出了一種實用的機載InSAR地面定標控制測量布點方案。該方案經過多個試驗區上萬平方千米飛行掃描，進行了近5000 km2的生產實踐，驗證了該方案的有效性和可行性。

二、機載InSAR地面定標控制測量布點方案

機載InSAR地面定標控制測量的方案受制于使用的機載InSAR系統和定位系統的精度。本方案采用中國科學院電子學研究所自主研制的機載InSAR系統及加拿大的POSAV510定位系統，適用于雙天線、X波段機載InSAR系統測制1∶10 000、1∶50 000數字測繪成果，詳細內容如下。

1)每個測繪帶上沿方位向布設若干列。1∶10 000成圖相鄰列間距不大于20 km，1∶50 000每列間距不大于30 km，每列不少于3個控制點，控制點應充滿距離向，覆蓋整個測區范圍，相鄰測繪帶控制點應盡可能公用，不能公用時應分別布點，如圖1所示。

圖1 規則區域控制點布設示意圖

2)測區為不規則區域。除按上述要求布點外，凸出測繪帶的邊緣須沿距離向增布1列控制點，如圖2所示。

圖2 不規則區域控制點布設示意圖

3)每個控制點上應布放角反射器。1∶10 000成圖采用30 cm反射器;1∶50000成圖采用40 cm反射器。

三、實踐與分析

1．1∶10 000地面定標控制測量

為了對上述方案進行驗證，筆者在約274 km2、10幅1∶10 000測區范圍里，沿東西飛行方向布設3列控制點，共計21個，相鄰兩列間距不大于20 km。具體情況如圖3所示。

同時，在測區北部布設了一個定標場，共計20個定標點(即圖3中框外黑點)。

圖3 1∶10 000控制點和定標場的布設

在上述控制點布設方案和定標場布設的情況下，進行了1個架次的飛行，獲取了InSAR數據，并測制了DEM、DOM、DLG產品，同時對成像控制點平面和高程精度進行了檢測，結果如表1～表2所示。

表1 1∶10 000定標控制點平面精度統計表 m

表2 1∶10 000定標控制點高程精度統計表 m

由表1～表2可知，在1∶10 000測區內按上述布點方案進行布設地面定標控制點，其成像定標控制點的平面中誤差為0．492m，高程中誤差為0．419m。其中，高程精度達到了國家規范要求的一級平地DEM的精度;平面精度達到了國家規范要求的1∶10000成圖精度的十分之一。

2．1∶50 000地面定標控制測量

與此同時，筆者也進行了1∶50 000成圖的飛行，面積約為5000 km2，沿東西飛行方向布設3列控制點，相鄰兩列間距不大于30 km，共計49個控制點。具體情況如圖4所示。

同時，在測區南、北部各布設了一個定標場，共計34個定標點(即圖4中圈內的黑點)。

圖4 1∶50 000控制點和定標場的布設

在上述控制點布設方案和定標場布設的情況下，進行了6個架次的飛行，獲取了InSAR數據，并測制了DEM、DOM、DLG產品，同時對成像控制點的平面和高程進行了檢測，結果如表3～表4所示。

表3 1∶50 000定標控制點平面精度統計表 m

續表3 m

表4 1∶50 000定標控制點高程精度統計表 m

續表4 m

由表3～表4可知，在1∶50 000測區內按上述布點方案進行布設地面定標控制點，其成像定標控制點的平面中誤差為 2．183 m，高程中誤差為1．1532m。其中，高程精度達到了國家規范的一級平地DEM的精度要求;平面精度達到了國家規范要求1∶50 000成圖精度的十分之一。

四、結束語

實踐結果驗證了采用本文提出的機載InSAR地面定標控制測量布點方案，對機載InSAR數據進行聯合定標，其平面和高程精度可以滿足生產1∶10 000、1∶50 000DEM、DOM、DLG 數字測繪成果的要求。

其次，本方案所布設的地面定標控制點數并非最少，而是適應于目前的機載InSAR系統。相信隨著機載InSAR系統的不斷完善、定位導航系統精度的不斷提高，地面定標控制點數量必然會不斷減少，從而真正突現出機載InSAR不受天氣影響的優勢。

[1]韓松濤，向茂生．一種基于特征點權重的機載InSAR系統區域網干涉參數定標方法[J]．電子與信息學報，2010，32(5)：1245-1247．

[2]胡繼偉，洪峻，明峰，等．一種適用于大區域稀疏控制點下的機載InSAR定標方法[J]．電子與信息學報，2011，33(8)：1792-1794．

[3]張薇，向茂生，吳一戎．基于正側視模型的機載雙天線干涉SAR外定標方法[J]．遙感技術與應用，2008，23(3)：346-349．

[4]張薇，向茂生，吳一戎．基于三維重建模型的機載雙天線干涉SAR外定標方法及實現[J]．遙感技術與應用，2009，24(1)：82-85．

[5]王彥平，彭海良，云日升．機載干涉合成孔徑雷達定標中的定標器布放[J]．電子與信息學報，2004，26(1)：89-93．

[6]李品，張冬晨，王東進，等．InSAR系統差分干涉定標的研究[J]．中國科技大學學報，2009，39(5)：460-465．