InSAR 技術匹配DSM 產品的對比與分析

黃 波，趙 淮，朱仁義

（1. 自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054）

數字表面模型（DSM）是指包含地表建筑物、橋梁、植被等高度的地面高程模型，是最真實地表達地面起伏情況的一種產品[1]。目前，基于光學數據生產DSM產品的工藝流程已比較成熟，成果質量也能達到1∶50 000 的精度要求；但光學數據存在一定的盲區和未覆蓋區域，從而制約了DSM產品的全域性。SAR數據具有全天時、全天候工作成像的能力以及抗云霧干擾和穿透某些地物表面的特點[2]，能獲取較豐富的地面信息，這一特性很好地彌補了光學數據的不足；加之近年來越來越多搭載SAR傳感器的衛星被成功發射并投入使用，使其成為目前研究最多的工作方式[3]。

鑒于此，本文以德國TanDEM-X干涉測量下的數據為原始數據，以中西部某區域為實驗區，選取4款主流匹配軟件進行DSM 產品生產測試；通過基線估算、干涉圖生產、濾波和相干性計算、相位解纏等步驟[4]，從硬件需求、軟件操作、運行效率、精度檢測、暈渲效果等方面仔細對比分析了DSM匹配的結果，驗證了InSAR技術匹配DSM產品的可行性與可靠性。

1 測試區域和數據來源

1）測試區域。測試區域位于中西部地區，地貌類型包括平地、丘陵、山地和高山地，地物要素豐富，涉及的城市人工建筑物密集、自然植被多樣、水域豐富、交通復雜。

2）測試原始數據。TanDEM-XSAR 數據采用X波段微波信號（波長為0.031 m）[5]，升軌和降軌兩套數據。

3）外部參考數據。外部參考數據采用重采樣后分辨率為10 m的SRTM數據，由美國奮進號航天飛機用雷達測圖技術獲取的60°N～56°S間陸地地表80%面積的數據，經NASA“噴氣推進實驗室”處理完成[6]，高程基準為大地高。

4）精度檢測數據。精度檢測數據采用1∶50 000地形圖數據中的控制點數據。

5）暈渲展示軟件。暈渲展示軟件采用ArcGIS 軟件圖像增強工具。

2 軟件測試情況

2.1 硬件需求

測試采用的處理 器 為 Inter（R）Xeno（R）CPU E5-1650 v4 @3.60GHz， 內 存 為 32.0 GB， 64 位 操作系統。根據測試結果，本文整理了4 款軟件對硬件的需求以及軟件操作和運行效率，如表1所示。

表1 4款軟件對比分析表

2.2 暈渲效果

根據測試區的地形地貌，結合光學DOM 數據，本文分別羅列了4 款軟件在平地、丘陵地、山地和高山地的暈渲效果以及地物表達的精細度，具體如表2~4所示。

表2 平地暈渲效果

2.3 精度檢測

本文基于1∶50 000 地形圖數據中的控制點數據，選擇了38個控制點進行精度檢測。控制點分布和檢測結果如圖1、表5所示。

表5 控制點分布與精度檢測結果/m

圖1 控制點分布示意圖

3 軟件綜合評價

根據客觀測試的結果，本文從硬件需求、軟件操作、運行效率、精度檢測、暈渲效果等方面對4 款主流軟件進行了綜合評價。

表3 丘陵地暈渲效果

A 軟件能進行升軌數據融合，相互補充解纏錯誤區域，并能根據不同地形分別設置參數，提高匹配精度；但前期需要對每一景地形類別進行分析確定。從精度檢測和暈渲效果來看，地物表達較豐富，精度也較高，噪聲相對較少，后期人工編輯工作量較少，能較好地應用于實際生產中。B 軟件一鍵操作，無需設置任務參數；但匹配結果存在條紋狀紋理，山區更明顯，建議增加升降軌融合互補功能，優化算法，剔除條紋狀紋理。C 軟件可添加外部輔助數據（如全球植被覆蓋數據），且匹配過程中的每個步驟均生成相應的過程文件，方便查看過程結果；但運行環境不穩定，易死機。由于解纏區域較大，且存在大量殘差點[7]，掩膜區域直接使用外部參考DEM 數據，導致匹配DSM存在多塊補丁現象，建議增加升降軌融合互補功能，掩碼文件先經過人工編輯，再有針對性地進行批量替補，提高數據質量，避免匹配結果出現大量的跳變。D 軟件的界面交互性較好，但不能進行批量匹配，地貌細節丟失較嚴重，平坦區域鱗片狀、山地區域斜紋狀較嚴重，建議增加升降軌融合互補功能，優化算法，豐富地貌細節，剔除異常暈渲。

表4 山地、高山地暈渲效果

4 結 語

本文選取中西部某一豐富地形地貌區域為測試區，采用德國TanDEM-X 干涉測量的升軌和降軌數據，以SRTM 為外部參考數據，從硬件需求、軟件操作、運行效率、精度檢測、暈渲效果等方面對4 款主流匹配軟件進行了測試，并利用控制點進行精度檢測和對比分析，甄選了較合適的匹配軟件。測試不僅對匹配軟件進行了細致的對比分析，而且對生產流程和參數設置進行了梳理，驗證了InSAR技術匹配DSM產品的可行性和可靠性，很好地彌補了光學數據的局限性，保證了大區域DSM產品的完整性，進而為相關行業提供較高精度的全域性DSM產品。