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(shù)發(fā)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(shù)手段，已經(jīng)逐漸應(yīng)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(guān)鍵問題，許多學者進行了大量的研究，提出了基于特征點權(quán)重的區(qū)域網(wǎng)干涉定標方法[1]、基于區(qū)域網(wǎng)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(guī)則等[1]方面。而對于復雜地形區(qū)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(shù)量成為研究的熱點。為此，本文基于實踐的基礎(chǔ)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(jīng)過多個試驗區(qū)上萬平方千米飛行掃描，進行了近5000 km2的生產(chǎn)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(tǒng)和定位系統(tǒng)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(tǒng)及加拿大的POSAV510定位系統(tǒng)，適用于雙天線、X波段機載InSAR系統(tǒng)測制1∶10 000、1∶50 000數(shù)字測繪成果，詳細內(nèi)容如下。

1)每個測繪帶上沿方位向布設(shè)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(yīng)充滿距離向，覆蓋整個測區(qū)范圍，相鄰測繪帶控制點應(yīng)盡可能公用，不能公用時應(yīng)分別布點，如圖1所示。

圖1 規(guī)則區(qū)域控制點布設(shè)示意圖

2)測區(qū)為不規(guī)則區(qū)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(guī)則區(qū)域控制點布設(shè)示意圖

3)每個控制點上應(yīng)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(qū)范圍里，沿東西飛行方向布設(shè)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(qū)北部布設(shè)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(shè)

在上述控制點布設(shè)方案和定標場布設(shè)的情況下，進行了1個架次的飛行，獲取了InSAR數(shù)據(jù)，并測制了DEM、DOM、DLG產(chǎn)品，同時對成像控制點平面和高程精度進行了檢測，結(jié)果如表1～表2所示。

表1 1∶10 000定標控制點平面精度統(tǒng)計表 m

表2 1∶10 000定標控制點高程精度統(tǒng)計表 m

由表1～表2可知，在1∶10 000測區(qū)內(nèi)按上述布點方案進行布設(shè)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(guī)范要求的一級平地DEM的精度;平面精度達到了國家規(guī)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(shè)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(qū)南、北部各布設(shè)了一個定標場，共計34個定標點(即圖4中圈內(nèi)的黑點)。

圖4 1∶50 000控制點和定標場的布設(shè)

在上述控制點布設(shè)方案和定標場布設(shè)的情況下，進行了6個架次的飛行，獲取了InSAR數(shù)據(jù)，并測制了DEM、DOM、DLG產(chǎn)品，同時對成像控制點的平面和高程進行了檢測，結(jié)果如表3～表4所示。

表3 1∶50 000定標控制點平面精度統(tǒng)計表 m

續(xù)表3 m

表4 1∶50 000定標控制點高程精度統(tǒng)計表 m

續(xù)表4 m

由表3～表4可知，在1∶50 000測區(qū)內(nèi)按上述布點方案進行布設(shè)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(guī)范的一級平地DEM的精度要求;平面精度達到了國家規(guī)范要求1∶50 000成圖精度的十分之一。

四、結(jié)束語

實踐結(jié)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(shù)據(jù)進行聯(lián)合定標，其平面和高程精度可以滿足生產(chǎn)1∶10 000、1∶50 000DEM、DOM、DLG 數(shù)字測繪成果的要求。

其次，本方案所布設(shè)的地面定標控制點數(shù)并非最少，而是適應(yīng)于目前的機載InSAR系統(tǒng)。相信隨著機載InSAR系統(tǒng)的不斷完善、定位導航系統(tǒng)精度的不斷提高，地面定標控制點數(shù)量必然會不斷減少，從而真正突現(xiàn)出機載InSAR不受天氣影響的優(yōu)勢。

[1]韓松濤，向茂生．一種基于特征點權(quán)重的機載InSAR系統(tǒng)區(qū)域網(wǎng)干涉參數(shù)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(qū)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(cè)視模型的機載雙天線干涉SAR外定標方法[J]．遙感技術(shù)與應(yīng)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(xiàn)[J]．遙感技術(shù)與應(yīng)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(tǒng)差分干涉定標的研究[J]．中國科技大學學報，2009，39(5)：460-465．