省级基础地理信息数据库质量控制探讨

结合本单位在省级基础地理信息数据库建设中数据质量控制的实践,重点讨论基础空间数据DEM(数字高程模型)、DOM(数字正射影像图)、DLG(数字线划图)质量检查的内容及方法。     

利用正射影像检查InSAR DEM

合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)是一种提取地表高程信息的新兴技术,已经成为获取数字高程模型DEM的重要手段之一。在地形复杂区域受相位噪声和解缠精度等因素的影响,所获取DEM的精度不能满足要求。本文提出了一种基于正射影像和共线方程的InSAR DEM检测方法,并进行了试验研究,证明该方法确实能够对InSAR DEM的质量进行有效检测。     

基于TanDEM-X和ERS数据的InSAR提取DEM的实验研究

以天山地区为研究区域,利用干涉合成孔径雷达干涉测量技术(In SAR)分别对Tan DEM-X和ERS获取的数据进行干涉处理生成数字高程模型(DEM),结合SRTM DEM和我国1∶5万数字高程模型标准,对所获取的DEM的精度进行比较和分析.结果显示,由于实验区域地形复杂、高程变化剧烈且植被茂密,2组数据生成的DEM与SRTM DEM之间的整体差值偏大,标准差分别为11.55 m和16.74 m,但Tan DEM-X数据获取的DEM精度更高.结果表明,在地形复杂区域Tan DEM-X数据能够监测到C波段数据所不能监测到的细节,其生成DEM的结果较ERS数据具有明显优势.     

数字摄影测量产品的几何精度分析

针对“利用全数字化摄影测量系统测制(1∶10000)数字线划地图”的几何精度进行了有益的探讨,从而为“利用全数字化摄影测量系统测制(1∶10000)数字线划地图”的规模化生产提供坚实的理论基础.实验选择了包含平地、丘陵地、山地等不同地形类别;并选择有农田、灌木林、树林等不同植被覆盖的三幅(1∶10000)数字线划地图,经过外业实测、内业展绘、图上读取坐标、统计计算形成分析报告.着重分析了三幅图图幅的几何精度;探讨了全数字化摄影测量系统对不同地形类别和不同植被覆盖的适用性.最终得出了“利用全数字化摄影测量系统测制(1∶10000)数字线划地图”其几何精度可以达到传统的模拟测图和解析测图的几何精度的结论.     

地球同步轨道合成孔径雷达干涉测量模型

针对现有文献采用地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)测量地形高度和地貌形变时误差较大的问题,提出了一种新的GEOSAR干涉测量模型。在考虑地球曲面、斜距、基线、平台高度、干涉相位和数字高程模型(DEM)等因素的情况下,推导了干涉GEOSAR的绝对测高精度、相对测高精度与形变测量精度的数学模型,建立了一种既适用于高轨干涉SAR系统,也适用于低轨干涉SAR系统的干涉测量模型。根据该模型计算了GEOSAR测高误差和形变测量误差,并与实验仿真结果进行了比较,验证了该模型的有效性。研究结果表明,所提GEOSAR干涉测量模型与Bruno所提模型相比,适用范围更广,且误差精度提高至米量级。     

基于DEM迭代法的立体辅助影像制作及精度检测

数字正射影像没有三维立体信息,不能量测地貌高程。传统构建可量测的立体模型的方法是在原始遥感影像立体像对上实现的,同时还需要相关参数的支持。在DEM支持下,通过引入投影视差光线,在数字正射影像上,制作立体辅助影像,并与原正射影像共同构建立体正射影像对,产生与实地相似的几何模型,进行立体观察与量测,可解决地貌高程量测问题,是另外一种构建立体三维环境的思路。本文介绍了DEM迭代法的原理及制作立体辅助影像的流程,进行了实际生产和精度检测。     

星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理

数字高程模型（DEM）在很多地形应用,如三维地形图绘制、区域建设、环境保护和灾害预防方面起着越来越重要的作用。长期以来DEM的获取依赖于人工或光学方法进行测量,但这受到测绘区域、测绘时间和天气状况等诸多因素的制约。合成孔径雷达（SAR）的出现极大地帮助解决了上述的制约问题。通过合成孔径雷达会获取SAR图像进行干涉测量可以较为方便地得到待测场景的高程信息,特别是聚束SAR模式（spotlight SAR mode）解决了传统条带模式下低分辨率的问题。然而,通过传统的干涉处理方法处理聚束SAR会带来方位向残余条纹和大量的相位无解区域影响DEM生成。针对传统的SAR干涉处理方法无法解决高分辨聚束模式下的DEM反演问题,就此提出了一种新的基于多普勒中心频率估计进行配准和联合相位解缠的星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理方法,通过新的处理方法对TerraSAR-X高分辨聚束模式的数据进行处理,详细阐述了从数据配准到地理编码的各个处理环节,并将处理结果与传统处理方法的结果进行比较,显示出了较好的DEM反演结果。     

无人机低空摄影测量数据处理及应用探讨

无人机技术在测绘领域广泛应用,缩短野外测量时间的同时也给数据处理和数字化成图带来了繁重的工作。为了缩短数据处理时间,需要研究数据处理方法及流程,提高数据精度,从而使无人机测绘更广泛的应用于高海拔高山地区。本文利用无人机在海拔约3 800 m的高山地区测绘1∶2 000大比例尺地形图,通过Pix4Dmapper数据处理软件,生成高精度数字高程模型(DEM)以及绘制数字线划图(DLG)。结果显示:通过数据处理软件获取的地形图检查点平面位置中误差为0. 032 m,高程中误差为-0. 058 m,不仅简化了无人机数据处理流程,同时保证了数字地形图的数据质量,可为同类型低空摄影测量工作提供一定的应用模式和技术参考。     

基于高分7号卫星立体像对的DEM提取及其精度评定

测绘卫星立体像对提取DEM效率高、提取速度快,在无控制点的情况下,利用立体像对提取DEM的方法提取DEM成本低、精度高。高分7号(GF-7)卫星是我国首颗民用亚米级高分辨率的立体测绘卫星,实现我国民用1∶10 000比例尺高精度卫星立体测图。主要目的是利用ENVI软件对高分7号卫星立体像提取DEM,并在有无控制点的情况下对提取的DEM进行精度评定。以福建省龙岩市测区为实验区,论述了基于立体像对提取DEM的基本原理,介绍了采用ENVI软件对高分7号立体像对的相对定向、绝对定向、核线影像生成、提取DEM等一般步骤,基于RPC模型即无控制点和1个地面控制点、5个地面控制点生产的DEM。比较在有无控制点及控制点个数不同的情况下提取DEM的效果,并采用检查点法对不同情况下提取的DEM进行高程精度评定。结果显示,无控制点情况下提取的高程精度为14.6 m,增加控制点的个数可以提升DEM的精度。在1个控制点情况下提取的高程精度达到2.4 m。在有控制点的情况下,DEM高程精度可达到山地地区1∶10 000的精度要求。     

DEM辅助的InSAR零中频处理基线估计方法

为了提高无地面控制点信息和精密轨道数据时合成孔径雷达干涉测量(InSAR)基线估计的精确性和实用性,借鉴零中频矢量滤波的思想,提出了数字高程模型(DEM)辅助的InSAR零中频处理基线估计方法.该方法利用卫星轨道法估计基线参数初值,并根据该基线参数值,由低精度DEM模拟覆盖区的干涉图,将模拟干涉图与原始干涉图做差分处理得到差分干涉图.以零中频为判别依据,对差分干涉图进行快速傅里叶变换(FFT)基线估计,获取基线参数初值的改正量,并修正基线参数初值,通过迭代直至差分干涉图的二维中心频率接近于0.利用甘肃兰州地区和伊朗BAM地区ENVISAT ASAR数据进行了验证,实验结果表明:利用该方法能有效进行基线估计,可得到与精密轨道基线估计方法相近的结果,具有不依赖于精密轨道参数和地面控制点的优势.     

一种基于信号稀疏分解的SAR相干斑抑制新方法

相干噪声是合成孔径雷达研究的热点问题,传统的相干噪声抑制方法有的造成分辨率下降,有的图像边缘难以保持,本文介绍了一种新的信号处理方法,即稀疏成份分析,并将其应用于合成孔径雷达的相干噪声抑制,实验结果证实这是一种抑制合成孔径雷达相干噪声的有效途径.     

Obtaining digital elevation data in different terrain and physiognomy regions with spaceborne InSAR and its application analysis

Synthetic Aperture Radar Interferometry (for short, InSAR) is a new kind of earth observation technology, which has obtained great development in recent ten years and has a great development potential and successful future. In this note, three typical regions with different physiognomies and terrains have been selected as study regions to extract their Digital Elevation Model (DEMs). Compared with the existing 1: 250000 DEM and by analyzing their results, we have obtained its accuracy and applicable scopes. The results show that in the region (plains, mountains or highlands) with dry surface and sparse vegetation, because of the better correlatability of images, the DEM obtained by InSAR is evidently better than the existing 1: 250000 DEM and the accuracy can reach 4–6 m; in the thick-vegetation-covering region, correlatability between images descends and the accuracy of InSAR DEM can only reach about 30 m worse than its existing 1: 250000 DEM; in the middle covering field, the accuracy of InSAR DEM with tandem images can reach about 10 m as well; yet in water space, such as lakes and rivers, InSAR DEM shows a big error since there is only quite faint signal reflected to the sensor. Then the conclusion has been got: in the west of China, where it has a lack-vegetation and dry ground, InSAR is completely feasible to be applied to such a complicated nature environment region.     

基于水云模型的SAR图像量化增强算法

在合成孔径雷达信号处理过程中,均匀量化会引起强度动态范围大的图像细节信息损失,如包含植被信息图像。基于水云模型理论,设计描述植被散射特性的非线性量化算法,为适应植被散射的强度区间分配更多量化位数。该算法的有效性经实测数据验证,并且给出了处理结果。     

Chirp Scaling成像算法及其仿真

高分辨率是机载合成孔径雷达的一个重要发展方向。文章以高分辨率聚束模式合成孔径雷达的ChirpScaling成像算法(CSA)为主,讨论了CS算法的基本原理和实现过程,给出了计算过程中各个信号域的数学表达式,简要地介绍了CS算法的优缺点及其应用范围,最后给出了点目标仿真的系统参数和成像结果。     

基于块稀疏信号重构的高分辨率ISAR成像算法

为实现快速高分辨率逆合成孔径雷达(Inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像,充分利用目标的内在块稀疏结构信息,提出一种块平滑l_0范数稀疏重构ISAR成像算法.首先,将ISAR稀疏成像转化为块l_0范数的优化问题,采用一阶负指数函数趋近块l_0范数.其次,采用单循环步骤代替平滑l_0范数算法中的双循环结构,减小控制参数的间隔,实现对块稀疏信号的优化重构.该算法能够在块稀疏度未知时利用ISAR目标固有的内在结构特征进行高分辨率成像.仿真实验结果证实该算法的成像质量高且快于其它算法.     

高分辨率宽幅星载SAR海洋监视与信息反演

 为了满足对海洋监视日益增长的需求,星载合成孔径雷达（SAR）系统应具备高分辨率宽测绘带能力。高分宽幅星载SAR系统不仅能够获得海洋的环境参数（如洋流、内波、风场、海浪等）,还能够获得海面上各种目标（如舰船、溢油、海冰等）的信息,为国民经济建设和国防建设提供信息来源。本文讨论了星载SAR系统在海洋监视中的应用,论述了用于海洋监视的星载SAR系统关键技术,总结了未来海洋监视星载SAR的发展方向。     

基于增量非负矩阵分解的SAR目标识别

随着SAR数据的快速增长,传统的目标识别方法由于不具备增量学习的能力,导致计算代价逐渐增加,从而越来越无法满足实时信息处理的需求。在识别过程中关键的特征提取环节,非负矩阵分解能够获取目标基于部分的特征表示,已被成功应用于SAR目标识别领域。然而面对新增样本,采用非负矩阵分解描述SAR目标特征的过程中,会产生重复训练,从而大大降低了识别效率。本文提出基于增量非负矩阵分解的SAR目标识别方法,实现了基于非负矩阵分解的SAR目标特征表示的增量学习能力,从而大大降低计算代价。针对MSATR数据集的仿真试验结果表明,在保证识别率的基础上,本文提出的方法能够降低样本训练时间74.7%以上。因此该方法能够适应数据增加的现实需求,并能够为建立具有自主学习能力的SAR目标识别系统提供有效的技术支撑。     

融合合成孔径雷达和光学影像的植被覆盖区土壤湿度反演

利用合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)卫星可对土壤湿度实现大面积、时间连续的反演.针对此过程中难以消除植被遮挡的问题,提出融合SAR微波数据和光学数据,利用修正水云模型消除植被影响,求解纯粹地表后向散射系数,代入裸土区土壤湿度反演算法进行土壤湿度反演,并在武汉豹澥区域设置实测站点记录实测数据进行比对.结果分析表明,经过植被消除后,实测站点垂直极化后向散射系数平均衰减量与植被覆盖度之间时间序列上相关系数达到0.83;土壤湿度反演值与实测值趋势相关性平均提升0.08,且提升程度与植被覆盖度相关系数也达到0.8以上,表明本算法针对植被覆盖度越大区域反演效果越好.该方法通过SAR影像和光学影像融合反演长时间序列土壤湿度具有良好可信度.     

一种改进的分块自适应压缩算法

针对高分辨合成孔径雷达(SAR)中高数据获取率与有限的存储设备容量及数据传输设备带宽之间的矛盾,在分析传统的分块自适应(BAQ)压缩算法的基础上,给出了一种新型的、改进的指数型BAQ压缩算法。通过用指数值替代幅度均值的方法来对采样数据进行压缩,同时采用了以四个分查找表和比特位移操作共同处理采样数据的新方法,成功地减小了查找表的大小,降低了对数传系统和存储设备的要求,提高了查找速度。     

Taiyuan City subsidence observed with Persistent Scatterer InSAR

C- and X-bands Synthetic Aperture Radar（SAR） images acquired from February 2009 to September 2010 were processed with Persistent Scatterer Interferometry（PS-InSAR） algorithm to investigate spatial and temporal variations in deformation over Taiyuan City, China. The spatial pattern of subsidence and the magnitude of subsidence rate are similar in the velocity field maps achieved by the algorithm from these two data sets. It shows that there are four primary subsidence centers in Taiyuan City：Xiayuan, Wujiabao, Xiaodian, Sunjiazhai, which are near the groundwater extraction wells. The maximum subsidence rate is up to 70 mm/year at Sunjiazhai. The locus of maximum subsidence has shifted from its historical location in the north to the south. In view of the severe shortage of water resources and presented features of subsidence over Taiyuan City, we inferred that excessive pumping of groundwater was the dominant reason of land subsidence.