高分辨率星載SAR在立體測圖中的應用研究

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）

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

SAR；DLG；攝影測量；1∶50 000

星載的合成孔徑雷達（SAR）是一種工作在微波波段的主動式成像傳感器，能夠遠距離、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相機能夠感應的波段范圍，其發射的微波能夠不受日照和普通云雨天氣的限制，實現全天候、全天時、對興趣區域進行觀測和偵察，不受區域地形限制；與光學、紅外成像相比，它的成像分辨率與距離無關，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，可提供更多的目標信息特征，具有光學攝影機和光電傳感器無法比擬的優勢。

近年來，國內外眾多學者對星載SAR立體測量開展了大量的研究。張過等利用RPC對星載SAR嚴密成像幾何模型進行了可替代性分析[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，進一步構建相鄰航線間SAR影像的立體模型配對，完成1∶50 000DLG數據采集工作[2]；劉國祥闡述了SAR成像原理及其圖像特征[3]；荊創利等利用ERS-1/2衛星獲取香港地區的SAR影像，分別構成干涉像對和立體像對來生產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立體成像區域均勻布設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的Radarsat-2高分辨率立體像對，采用一種無需參考任何地圖數據的新混合攝影測量模型生成DEM[7]；Yu等根據Envisat仿真影像和后處理影像生成DEM，并進行質量改進[8]；De Oliveira等研究了卡拉加斯地區TerraSAR-X條帶立體數據生成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衛星數據為基礎，在立體模式下人工采集生產1∶50 000DLG數據，并進行精度檢查，試驗區域為高山地。

圖1 甘肅省蘭州市以北研究范圍

1 數據源

COSMO-SKYMED（宇宙-地中海觀測系統）是由4個低軌中型衛星形成的星座以及軍民兩用地面數據分發機構組成的，4顆衛星COSMO-SkyMed-1/2/3/4都攜帶有X波段高分辨率合成孔徑雷達。這4個衛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公司三家單位聯合研制的，于2007年6 月發射升空。TerraSAR-X是一顆新的高分辨率SAR衛星，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。

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

2 試驗項目

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

將2種不同衛星系統的數據直接導入攝影測量工作站系統MapMatrix，結合對應的RPC參數，分別構建2組立體像對，在立體模式下按照1∶50 000DLG數據采集要求，主要遵循“內業定位，外業定性”的原則，分別采集DLG全要素數據。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、山區主要交通道路等大型交通設施，河流、湖泊、水庫等水系設施，以及居民區、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，經野外調繪后內業重新編輯成圖。對比COSMO-SKYMED和TerraSAR-X兩種不同衛星系統的立體采集成果，精度相當。

在2個立體像對成圖的公共區域內，選擇影像清晰的線狀地物轉角、交點或面狀地物角點等位置，按照全野外方式，利用靜態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行統計分析。

圖3 控制點分布圖

3 試驗結果及分析

對比全野外檢查控制點和相應地物點，其差值統計結果如表1所示。

表1 差值統計分析表/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，滿足規范CH/T 1015．1-2007《基礎地理信息數字產品1∶10 000 1∶50 000生產技術規程 第1部分:數字線劃圖（DLG）》中表6（DLG數據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，從而導致實際位置與影像位置不一致。

4 結 語

本文結合高分辨率星載SAR衛星系統數據，在立體模式下生產1∶50 000 DLG數據，成果數據的平面和高程精度均滿足規范要求。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，能保質保量地按計劃完成生產任務，為湖北省西部高山地區1∶50 000地圖生產提供了一種新途徑。

[1] 張過,費文波,李貞,等．RPC對星載SAR嚴密成像幾何模型的可替代性分析[J]．測繪學報,2010,39(3): 264-270

[2] 單福增,于蕾,商博．SAR影像在立體測圖中的應用[J]．測繪與空間地理信息,2012,35(2):194-195

[3] 劉國祥．SAR成像原理與圖像特征[J]．四川測繪,2004,27(3): 141-143

[4] Jing C L, Li H C, Hu S Y, et al． Methodology of DEM Generation with SAR Imagery and Its Accuracy Analysis [J]．Science of Surveying and Mapping, 2010(6): 170-172

[5] Li Y R,Zhang J X,Huang G M, et al． The Study to Extract DEM from Stereo SAR [J]．Science of Surveying and Mapping,2005(6):29-30

[6] Zhang G,Li Z． RPC-Based Adjustment Model for TerraSAR-X Stereo Orientation[J]．Science of Surveying and Mapping,2011(6): 146-148

[7] Toutin T, Blondel E, Clavet D, et al． Stereo Radargrammetry With Radarsat-2 in the Canadian Arctic[J]．IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing． 2013, 51(51): 2 601-2 609

[8] Yu J H, Li X J,GeLinlin．Radargrammetric DEM Generation Using ENVISAT Simulation Image and Reprocessed Image[C]．2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS),New York, 2011:2 980-2 983

[9] Oliveira C G, Paradella W R, Silva A O．Assessment of Radargrammetric DSMs from TerraSAR-X Stripmap Images in a Mountainous Relief Area of the Amazon Region[J]．ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing． 2011, 66(1):67-72

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管理工作。

2016-01-06。