CN104006791A - 基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法，包括：第一，基于PS-InSAR(永久散射体雷达干涉测量)技术，利用COSMO-SkyMed高分辨率雷达影像提取地表形变信息，获得地表高程维度整体的形变量，作为高程维度变化的基础量。第二，基于立体影像的高精度匹配技术，利用资源三号立体影像提取DSM(Digital Surface Model，数字地表模型)，得到反映地表分布的各类地物高程变化的不同时相的DSM数据。第三，将不同时相的DSM数据作差，再减去雷达影像处理获得的地表沉降，从而获得各类地物的真实的高程变化信息。采用本发明提出的方法可以消除地表整体形变量对于高程维度变化信息检测结果的影响，提高检测精度。

Description

基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法

技术领域

本发明涉及摄影测量与遥感技术领域，尤其涉及一种基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法。

背景技术

改革开放以来，中国的城市面貌发生了翻天覆地的变化，经历了从最初的“摊煎饼”式的面积扩张，到近年来的向城市上空发展的“立体城市”的转变。集中体现在高层建筑的兴建、立体交通的兴建等，因此城市地区高程维度的变化信息提取具有重要的现实意义，能够更加准确地反映城市的发展与变化。

摄影测量与遥感技术以其“大面积的同步观测”、“时效性”、“数据的综合性和可比性”，使城市地区高程维度的变化信息提取成为了可能。遥感影像包括光学影像和雷达影像两大类，综合利用不同类型、不同时间的遥感数据，将获取更加丰富的地表信息。

然而，目前国内外对于基于多源、多时相的遥感影像进行城市地区高程维度的变化检测技术仍处在探索阶段，国外刚刚开始的研究工作，仅能够检测到城市地表上分布的各类地物的绝对高度的变化，没有考虑城市地表整体的形变，例如大地沉降，对于检测结果的影响。因此，得到的检测结果不能真实、准确反映城市地区的地物信息的高程维度的变化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法，实现城市地区地物的高程维度变化的高精度检测，准确地提取城市地区高层建筑、立体交通建设等情况的变化信息。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提出一种基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法，包括以下步骤：

S101基于永久散射体干涉测量技术，利用高分辨率雷达卫星的雷达影像提取城市地区地表形变信息，获得地表高程维度整体的形变量，作为高程维度变化的基础量；

S102基于立体影像的高精度匹配技术，利用资源三号卫星的光学立体影像提取数字地表模型DSM，得到反映地表分布的各类地物高程变化的不同时相的DSM数据；

S103将所述各类地物高程变化的不同时相的DSM数据作差，再减去雷达影像处理获得的所述高程维度变化的基础量，获得各类地物的真实高程变化信息。

其中，在所述步骤S101之前还包括步骤S100影像数据的获取和预处理，具体为：

采用所述高分辨率雷达卫星的卫星传感器获取多张不同时相的雷达影像；

采用所述资源三号卫星的卫星传感器获取多张与所述雷达影像具有相同或相近时相的光学立体影像；

对所述雷达影像和所述光学立体影像分别进行数据预处理。

其中，所述数据预处理具体包括：图像增强与滤波、图像镶嵌、图像裁剪、几何校正、配准和辐射校正。

其中，所述利用高分辨率雷达卫星的雷达影像提取城市地区地表形变信息具体包括：

将所述多张不同时相的雷达影像分别导入SARScape软件，利用所述软件获得t₁时刻地表的绝对高度H₁、t₂时刻地表的绝对高度H₂，重复执行直到获得t_n时刻地表的绝对高度H_n；

根据获得的绝对高度，计算任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量，得到t_m和t_n时刻之间地表的高程维度整体的形变量Δ₁：

Δ₁＝H_m-H_n

其中，H_m为t_m时刻地表的绝对高度。

其中，所述步骤S102具体包括：

将任一时刻获取的所述资源三号卫星的光学立体影像导入DPGrid摄影测量工作站进行控制点平差，对控制点平差后的结果采用高精度匹配技术获得所述时刻的DSM数据

其中，所述步骤S103具体包括：

分别利用不同时刻获取的所述资源三号卫星的光学立体影像，计算得到相应时刻的DSM；

根据获得的所述DSM，可以计算任意两个时刻之间DSM的变化，则t_m和t_n时刻之间的DSM的变化量为Δ₂：

Δ₂＝DSM_m-DSM_n

其中，所述DSM_m为t_m时刻的DSM，所述DSM_n为t_n时刻的DSM；

根据所述任意两个时刻之间DSM的变化Δ₂和所述任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量Δ₁获取城市地区各类地物的高程维度的变化信息Δ：

Δ＝Δ₂-Δ₁＝(DSM_m-DSM_n)-(H_m-H_n)。

(三)有益效果

本发明的技术方案可以从多源遥感影像中提取城市地区地物的高程维度变化信息，消除地表整体形变量对于检测结果的影响，提高检测精度。

附图说明

图1为本发明基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法的流程图；

图2为本发明实施例中DSM与H的关系示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明基于PS-InSAR(PersistentScattererInterferometrySyntheticApertureRadar，永久散射体雷达干涉测量)技术，利用COSMO-SkyMed(意大利发射的高分辨率雷达卫星)雷达影像提取地表形变信息，获得地表高程维度整体的形变量，作为高程维度变化的基础量；基于立体影像的高精度匹配技术，利用资源三号立体影像提取DSM(Digital Surface Model，数字地表模型)，得到反映地表分布的各类地物高程变化的不同时相的DSM数据；将不同时相的DSM数据作差，再减去雷达影像处理获得的地表沉降，从而获得各类地物的真实的高程变化信息。

图1为本发明基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法的流程图，如图所示，本发明实施例的高程维度变化信息提取方法包括以下步骤：

S100、影像数据获取与预处理。获取原始的COSMO-SkyMed影像和资源三号立体影像，进行预处理，包括图像增强与滤波、图像镶嵌、图像裁剪、几何校正、配准和辐射校正；

S101、基于PS-InSAR技术，利用多张不同时相的COSMO-SkyMed雷达影像提取地表形变信息，获得t_m和t_n时刻之间的地表的高程维度整体的形变量Δ₁，作为高程维度变化的基础量，如图2所示，具体步骤包括：

将多张不同时相的雷达影像分别导入SARScape软件，利用软件的PS-InSAR运算模块，获得t₁时刻地表的绝对高度H₁，t₂时刻地表的绝对高度H₂，……，t_n时刻地表的绝对高度H_n；

根据获得的绝对高度，可以计算任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量，则t_m和t_n时刻之间的地表的高程维度整体的形变量Δ₁采用公式1计算；

Δ₁＝H_m-H_n     公式1

其中，H_m为t_m时刻地表的绝对高度。

S102、基于立体影像的高精度匹配技术，利用资源三号卫星的光学立体影像提取数字地表模型DSM，得到反映地表分布的各类地物高程变化的不同时相的DSM数据，具体包括：

将任一时刻获取的所述资源三号卫星的光学立体影像导入DPGrid摄影测量工作站进行控制点平差，对控制点平差后的结果采用高精度匹配技术获得所述时刻的DSM数据。

S103、将所述各类地物高程变化的不同时相的DSM数据作差，再减去雷达影像处理获得的所述高程维度变化的基础量，获得各类地物的真实高程变化信息。

基于立体影像的高精度匹配技术，利用多张不同时相的资源三号立体影像提取DSM，获得t_m和t_n时刻之间的反映地表分布的各类地物高程变化的DSM的变化量Δ₂，如图2所示，具体步骤包括：

将t₁时刻获取的资源三号立体影像(包括前视、正视、后视共3张影像)导入DPGrid摄影测量工作站，利用控制点平差后，采用高精度匹配技术获得t₁时刻的DSM₁；

按照上述步骤，分别利用t₂，……t_n时刻获取的资源三号立体影像，计算得到相应的DSM₂，……DSM_n；

根据获得的DSM，可以计算任意两个时刻之间DSM的变化，则t_m和t_n时刻之间的DSM的变化量Δ₂采用公式2计算；

Δ₂＝DSM_m-DSM_n     公式2

其中，所述DSM_m为t_m时刻的DSM，所述DSM_n为t_n时刻的DSM；

根据所述任意两个时刻之间DSM的变化Δ₂和所述任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量Δ₁获取城市地区各类地物的高程维度的变化信息Δ：

Δ＝Δ₂-Δ₁＝(DSM_m-DSM_n)-(H_m-H_n)     公式3。

本发明提出的基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法，可以从多源遥感影像中提取城市地区地物的高程维度变化信息，消除地表整体形变量对于检测结果的影响，提高检测精度。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于多源遥感影像的城市地区高程维度变化信息提取方法，其特征在于，包括：

S101基于永久散射体干涉测量技术，利用高分辨率雷达卫星的雷达影像提取城市地区地表形变信息，获得地表高程维度整体的形变量，作为高程维度变化的基础量；

S102基于立体影像的高精度匹配技术，利用资源三号卫星的光学立体影像提取数字地表模型DSM，得到反映地表分布的各类地物高程变化的不同时相的DSM数据；

S103将所述各类地物高程变化的不同时相的DSM数据作差，再减去雷达影像处理获得的所述高程维度变化的基础量，获得各类地物的真实高程变化信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S101之前还包括步骤S100影像数据的获取和预处理，具体为：

采用所述高分辨率雷达卫星的卫星传感器获取多张不同时相的雷达影像；

采用所述资源三号卫星的卫星传感器获取多张与所述雷达影像具有相同或相近时相的光学立体影像；

对所述雷达影像和所述光学立体影像分别进行数据预处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据预处理具体包括：图像增强与滤波、图像镶嵌、图像裁剪、几何校正、配准和辐射校正。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用高分辨率雷达卫星的雷达影像提取城市地区地表形变信息具体包括：

将所述多张不同时相的雷达影像分别导入SARScape软件，利用所述软件获得t₁时刻地表的绝对高度H₁、t₂时刻地表的绝对高度H₂，重复执行直到获得t_n时刻地表的绝对高度H_n；

根据获得的绝对高度，计算任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量，得到t_m和t_n时刻之间地表的高程维度整体的形变量Δ₁：

Δ₁＝H_m-H_n

其中，H_m为t_m时刻地表的绝对高度。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：

将任一时刻获取的所述资源三号卫星的光学立体影像导入DPGrid摄影测量工作站进行控制点平差，对控制点平差后的结果采用高精度匹配技术获得所述时刻的DSM数据。

6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤S103具体包括：

分别利用不同时刻获取的所述中国的资源3号卫星的光学立体影像，计算得到相应时刻的DSM；

根据获得的所述DSM，可以计算任意两个时刻之间DSM的变化，则t_m和t_n时刻之间的DSM的变化量为Δ₂：

Δ₂＝DSM_m-DSM_n

其中，所述DSM_m为t_m时刻的DSM，所述DSM_n为t_n时刻的DSM；

根据所述任意两个时刻之间DSM的变化Δ₂和所述任意两个时刻之间地表的高程维度整体的形变量Δ₁获取城市地区各类地物的高程维度的变化信息Δ：

Δ＝Δ₂-Δ₁＝(DSM_m-DSM_n)-(H_m-H_n)。