inSAR設備在礦區地形測繪中應用

張 鑫

（遼寧省地礦測繪院有限責任公司，遼寧 沈陽 110121）

如今，經常使用的礦區地形測繪的主要手段便是在開采區設立移動地面測繪站，通過全站儀、水位儀、GPS定位儀等設備獲得檢測值，利用精密平差運算獲取到地面細小變化值[1]。但然而由于國內西北地區的礦區主要集中在黃土高原，地形地貌非常復雜，地面沉陷經常會以坍塌、裂隙、凹陷臺等形態出現。所以，礦區急需一種高準確度、高覆蓋率、高精準率的地形監測手段。由于遙感技術的迅猛發展，雷達感應技術中的差分干涉技術(D-InSAR)已然在地形變動、區域下降、冰川運動等多個領域方面取得了實際使用效果，這為西北黃土高原礦區復雜的地勢、地形、地貌條件下地形的動態監測和預警提供了新視角。

1 inSAR設備在礦區地形測繪中數據處理實現過程

1.1 干涉對的選取

干涉對的選取不單單關系到SAR技術對礦區地形測繪的監測精確度,還關系到是否可以生成干涉圖像。如果干涉對的選取不恰當甚至會造成測繪實驗的失敗。選擇干涉對，這其中至關重要的兩個影響因素便是空間垂直基準線和時間基準線,對于通過SAR數據和MoDEL監測地面地形地貌變化,應該適當選取空間垂直基準線比較小的干涉對,當然其長度要小于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度的不利影響。空間垂直基準線的長度變化越小,那么其來自地形的影響就越小；時間基準線也需是將長度變化幅度盡可能的降低,以降低因為時間而引起的地表起伏狀況的改變造成的不相干關系。選用相距不到45天的春、秋兩季的信息數據去做干涉對,這個時候由于地面植被覆蓋率比較低,呈現裸露狀態,信息數據采集度和相干性要高于其他兩個季節，通過干涉相位的變化去預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,所以較多時候會采用二軌法inSAR技術這種簡單易操作的方法。

1.2 差分干涉圖像的生成和過濾

由于衛星監測的初始數據覆蓋率比較大，為了讓礦區地形測繪的相關研究更加有效、直接，在獲取的試驗區域PALOSAR 雷達影像信息的基礎之上，選擇其中的九個衛星影像圖像，之后再對其進行適度裁剪，這九個衛星影像圖中的任意兩個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空失量相干作用的程度，就必須在組合影像信息中對其時間、空間基準線進行控制、把握，影像信息對時空基準線的控制基本維持在145天左右，換句話說也就是在三個周期運轉內，控制其垂直基準線在870m以內，以便滿足以上條件的影像信息數據集合控制在十二個。基于這十二個影像信息數據的采集，利用二軌分差法進行模擬處理，之后獲取到十二個分差干涉圖像。這種方法需要一個內部的DEOL與相同時間內獲得的兩種景觀圖像之間覆蓋某一地區的不同角度，提高其SAR影像的利用率。通過雙軌InSAR技術去監測地表地形地貌數據的處理過程與相關環節，在其過程中需要嚴格注調控SAR影像干涉對對亞像元配精卻配準度(0.6個像元),之后控制雙方相乘計算生成干涉圖比,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地形地貌變化的形變位置,最后對其干涉圖進行過濾處理即可。

2 inSAR設備在礦區地形測繪中的應用

2.1 提高影像配準精確度

有關星載SAR干涉圖像衛星是其在一般軌道上進行2次分離過境以后，對地面同一發射地點進行發射之后再將回波信號進行回收，因為衛星2次分離的時間和距離并不一樣，因而2次獲取的數據信息就形成了2個不一樣坐標集合的數據信息，要想將這2個數據信息集合進行干涉處理，就必須明確這2個數據信息集合中有哪些是同一個地點的數據信息，換句話說也就是找出同名地點。所以，影像配準實際上就是將2幅影像探尋出同名地點的具體過程。影像配準的準確率會直接影響以后的干涉圖像處理、差分干涉處理等環節，因而影像配準是這當中最基本、最重要的一步。為了獲取較高質量的干涉圖像信息，就必須對兩幅 SAR 影像圖進行精準配率，其配準過程通常情況下會分成3步，低配準、像素級配準、子像素級配準，見圖1。

圖1 SAR 影像圖測繪實際結果

2.2 減小之后測繪圖像的計算誤差

低配準普遍情況下會通過衛星軌道的數據信息對影像進行精確配準，其準確度高達 30 個像素。對于圖像模擬信息中心(行，列)進行計算，找出 目標地點P 點在衛星軌道系統(X,Y,Z)的具體位置，之后在開普勒計算公式的運算基礎上，計算出2幅衛星圖像的具體位置，對應出橢球坐標上的目標P點，計算圖像系統(行，列)的坐標體系后，最后獲得衛星圖像之間的(行，列)坐標差別就是低偏移距離，這個偏移距離的精確度均為 30 個像素。

通過大尺度的有關窗口進行像素級配準，使圖像信息之間有關行列坐標的偏移距離計算高達 1 個像素。小窗口進行亞像素級相關的精配準，使影像之間的配準度高達 0.5至0.1 個像素級別，為以后的搜索檢測地點和偏移距離參數的計算做好充足的準備。

3 結語

本文對inSAR設備在礦區地形測繪中應用進行分析，依托inSAR設備對衛星圖像的精準配讀，根據圖像信息數據的反饋與分析，對礦區地形測繪圖進行適度的調整，實現本文研究。希望本文的研究能夠為inSAR設備在礦區地形測繪中應用提供理論依據。