基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法，包括：第一，基于PS-InSAR(永久散射體雷達干涉測量)技術，利用COSMO-SkyMed高分辨率雷達影像提取地表形變信息，獲得地表高程維度整體的形變量，作為高程維度變化的基礎量。第二，基于立體影像的高精度匹配技術，利用資源三號立體影像提取DSM(Digital?Surface?Model，數字地表模型)，得到反映地表分布的各類地物高程變化的不同時相的DSM數據。第三，將不同時相的DSM數據作差，再減去雷達影像處理獲得的地表沉降，從而獲得各類地物的真實的高程變化信息。采用本發明提出的方法可以消除地表整體形變量對于高程維度變化信息檢測結果的影響，提高檢測精度。
【專利說明】基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及攝影測量與遙感【技術領域】，尤其涉及一種基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法。
【背景技術】
[0002]改革開放以來，中國的城市面貌發生了翻天覆地的變化，經歷了從最初的“攤煎餅”式的面積擴張，到近年來的向城市上空發展的“立體城市”的轉變。集中體現在高層建筑的興建、立體交通的興建等，因此城市地區高程維度的變化信息提取具有重要的現實意義，能夠更加準確地反映城市的發展與變化。
[0003]攝影測量與遙感技術以其“大面積的同步觀測”、“時效性”、“數據的綜合性和可比性”，使城市地區高程維度的變化信息提取成為了可能。遙感影像包括光學影像和雷達影像兩大類，綜合利用不同類型、不同時間的遙感數據，將獲取更加豐富的地表信息。
[0004]然而，目前國內外對于基于多源、多時相的遙感影像進行城市地區高程維度的變化檢測技術仍處在探索階段，國外剛剛開始的研究工作，僅能夠檢測到城市地表上分布的各類地物的絕對高度的變化，沒有考慮城市地表整體的形變，例如大地沉降，對于檢測結果的影響。因此，得到的檢測結果不能真實、準確反映城市地區的地物信息的高程維度的變化。
【發明內容】
[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發明的目的是提供一種基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法，實現城市地區地物的高程維度變化的高精度檢測，準確地提取城市地區高層建筑、立體交通建設等情況的變化信息。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為了達到上述目的，本發明提出一種基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法，包括以下步驟:
[0009]SlOl基于永久散射體干涉測量技術，利用高分辨率雷達衛星的雷達影像提取城市地區地表形變信息，獲得地表高程維度整體的形變量，作為高程維度變化的基礎量；
[0010]S102基于立體影像的高精度匹配技術，利用資源三號衛星的光學立體影像提取數字地表模型DSM，得到反映地表分布的各類地物高程變化的不同時相的DSM數據；
[0011]S103將所述各類地物高程變化的不同時相的DSM數據作差，再減去雷達影像處理獲得的所述高程維度變化的基礎量，獲得各類地物的真實高程變化信息。
[0012]其中，在所述步驟SlOl之前還包括步驟SlOO影像數據的獲取和預處理，具體為:
[0013]采用所述高分辨率雷達衛星的衛星傳感器獲取多張不同時相的雷達影像；
[0014]采用所述資源三號衛星的衛星傳感器獲取多張與所述雷達影像具有相同或相近時相的光學立體影像；[0015]對所述雷達影像和所述光學立體影像分別進行數據預處理。
[0016]其中，所述數據預處理具體包括:圖像增強與濾波、圖像鑲嵌、圖像裁剪、幾何校正、配準和輻射校正。
[0017]其中，所述利用高分辨率雷達衛星的雷達影像提取城市地區地表形變信息具體包括:
[0018]將所述多張不同時相的雷達影像分別導入SARScape軟件，利用所述軟件獲得h時刻地表的絕對高度氏、t2時刻地表的絕對高度H2，重復執行直到獲得tn時刻地表的絕對高度Hn;
[0019]根據獲得的絕對高度，計算任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量，得到tm和tn時刻之間地表的高程維度整體的形變量Λ 1:
[0020]A1 = Hffl-Hn
[0021]其中，Hm為tm時刻地表的絕對高度。
[0022]其中，所述步驟S102具體包括:
[0023]將任一時刻獲取的所述資源三號衛星的光學立體影像導入DPGrid攝影測量工作站進行控制點平差，對控制點平差后的結果采用高精度匹配技術獲得所述時刻的DSM數據
[0024]其中，所述步驟S103具體包括:
[0025]分別利用不同時刻獲取的所述資源三號衛星的光學立體影像，計算得到相應時刻的 DSM ；
[0026]根據獲得的所述DSM，可以計算任意兩個時刻之間DSM的變化，則tm和tn時刻之間的DSM的變化量為A2:
[0027]Δ 2 = DSMm-DSMn
[0028]其中，所述DSMm為tm時刻的DSM，所述DSMn為tn時刻的DSM ；
[0029]根據所述任意兩個時刻之間DSM的變化Λ 2和所述任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量A1獲取城市地區各類地物的高程維度的變化信息Λ:
[0030]Δ = A2-A1= (DSMm-DSMn) - (Hm-Hn)。
[0031](三)有益效果
[0032]本發明的技術方案可以從多源遙感影像中提取城市地區地物的高程維度變化信息，消除地表整體形變量對于檢測結果的影響，提高檢測精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法的流程圖；
[0034]圖2為本發明實施例中DSM與H的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0035]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0036]本發明基于 PS-1nSAR(PersistentScattererInterferometrySyntheticApertureRadar，永久散射體雷達干涉測量)技術，利用COSMO-SkyMed (意大利發射的高分辨率雷達衛星)雷達影像提取地表形變信息，獲得地表高程維度整體的形變量，作為高程維度變化的基礎量；基于立體影像的高精度匹配技術，利用資源三號立體影像提取DSM(DigitalSurface Model，數字地表模型)，得到反映地表分布的各類地物高程變化的不同時相的DSM數據；將不同時相的DSM數據作差，再減去雷達影像處理獲得的地表沉降，從而獲得各類地物的真實的高程變化信息。
[0037]圖1為本發明基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法的流程圖，如圖所示，本發明實施例的高程維度變化信息提取方法包括以下步驟:
[0038]S100、影像數據獲取與預處理。獲取原始的COSMO-SkyMed影像和資源三號立體影像，進行預處理，包括圖像增強與濾波、圖像鑲嵌、圖像裁剪、幾何校正、配準和輻射校正；
[0039]S101、基于PS-1nSAR技術，利用多張不同時相的COSMO-SkyMed雷達影像提取地表形變信息，獲得tm和tn時刻之間的地表的高程維度整體的形變量△ 1;作為高程維度變化的基礎量，如圖2所示，具體步驟包括:
[0040]將多張不同時相的雷達影像分別導入SARScape軟件，利用軟件的PS-1nSAR運算模塊，獲得h時刻地表的絕對高度H1, t2時刻地表的絕對高度H2,……，tn時刻地表的絕對高度Hn;
[0041]根據獲得的絕對高度，可以計算任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量，則tm和tn時刻之間的地表的高程維度整體的形變量Λ i采用公式I計算；
[0042]ΔI = Hm-Hn 公式 I
[0043]其中，Hm為tm時刻地表的絕對高度。
[0044]S102、基于立體影像的高精度匹配技術，利用資源三號衛星的光學立體影像提取數字地表模型DSM，得到反映地表分布的各類地物高程變化的不同時相的DSM數據，具體包括:
[0045]將任一時刻獲取的所述資源三號衛星的光學立體影像導入DPGrid攝影測量工作站進行控制點平差，對控制點平差后的結果采用高精度匹配技術獲得所述時刻的DSM數據。
[0046]S103、將所述各類地物高程變化的不同時相的DSM數據作差，再減去雷達影像處理獲得的所述高程維度變化的基礎量，獲得各類地物的真實高程變化信息。
[0047]基于立體影像的高精度匹配技術，利用多張不同時相的資源三號立體影像提取DSM,獲得tm和tn時刻之間的反映地表分布的各類地物高程變化的DSM的變化量Λ 2，如圖2所示,具體步驟包括:
[0048]將^時刻獲取的資源三號立體影像(包括前視、正視、后視共3張影像)導入DPGrid攝影測量工作站，利用控制點平差后，采用高精度匹配技術獲得h時刻的DSM1 ；
[0049]按照上述步驟，分別利用t2，……tn時刻獲取的資源三號立體影像，計算得到相應的 DSM2,......DSMn;
[0050]根據獲得的DSM，可以計算任意兩個時刻之間DSM的變化，則tm和tn時刻之間的DSM的變化量Λ 2采用公式2計算；
[0051]Δ 2 = DSMm-DSMn 公式 2
[0052]其中，所 述DSMm為tm時刻的DSM，所述DSMn為tn時刻的DSM ；
[0053]根據所述任意兩個時刻之間DSM的變化Λ 2和所述任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量A1獲取城市地區各類地物的高程維度的變化信息Λ:[0054]Δ = A2-A1= (DSMm-DSMn) - (Hm-Hn)公式 3。
[0055]本發明提出的基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法，可以從多源遙感影像中提取城市地區地物的高程維度變化信息，消除地表整體形變量對于檢測結果的影響，提聞檢測精度。
[0056]以上為本發明的最佳實施方式，依據本發明公開的內容，本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到一些雷同、替代方案，均應落入本發明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種基于多源遙感影像的城市地區高程維度變化信息提取方法，其特征在于，包括: SlOl基于永久散射體干涉測量技術，利用高分辨率雷達衛星的雷達影像提取城市地區地表形變信息，獲得地表高程維度整體的形變量，作為高程維度變化的基礎量； S102基于立體影像的高精度匹配技術，利用資源三號衛星的光學立體影像提取數字地表模型DSM，得到反映地表分布的各類地物高程變化的不同時相的DSM數據； S103將所述各類地物高程變化的不同時相的DSM數據作差，再減去雷達影像處理獲得的所述高程維度變化的基礎量，獲得各類地物的真實高程變化信息。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟SlOl之前還包括步驟SlOO影像數據的獲取和預處理，具體為: 采用所述高分辨率雷達衛星的衛星傳感器獲取多張不同時相的雷達影像； 采用所述資源三號衛星的衛星傳感器獲取多張與所述雷達影像具有相同或相近時相的光學立體影像； 對所述雷達影像和所述光學立體影像分別進行數據預處理。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述數據預處理具體包括:圖像增強與濾波、圖像鑲嵌、圖像 裁剪、幾何校正、配準和輻射校正。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用高分辨率雷達衛星的雷達影像提取城市地區地表形變信息具體包括: 將所述多張不同時相的雷達影像分別導入SARScape軟件，利用所述軟件獲得I1時刻地表的絕對高度H1、t2時刻地表的絕對高度H2,重復執行直到獲得tn時刻地表的絕對高度Hn; 根據獲得的絕對高度，計算任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量，得到tm和tn時刻之間地表的高程維度整體的形變量Λ I:
Δ I = Hm-Hn 其中，Hm為tm時刻地表的絕對高度。
5.如權利要求1-4任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述步驟S102具體包括: 將任一時刻獲取的所述資源三號衛星的光學立體影像導入DPGrid攝影測量工作站進行控制點平差，對控制點平差后的結果采用高精度匹配技術獲得所述時刻的DSM數據。
6.如權利要求5所述方法，其特征在于，所述步驟S103具體包括: 分別利用不同時刻獲取的所述中國的資源3號衛星的光學立體影像，計算得到相應時刻的DSM ； 根據獲得的所述DSM，可以計算任意兩個時刻之間DSM的變化，則tm和tn時刻之間的DSM的變化量為A2:
Δ 2 = DSMm-DSMn 其中，所述DSMm為tm時刻的DSM，所述DSMn為tn時刻的DSM ； 根據所述任意兩個時刻之間DSM的變化A2和所述任意兩個時刻之間地表的高程維度整體的形變量~獲取城市地區各類地物的高程維度的變化信息Λ:
Δ = A2-A1 = (DSMm-DSMn)-(Hm-Hn)。
【文檔編號】G01C5/00GK104006791SQ201410188880
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】高志宏, 周旭, 李力勐, 陶舒, 程滔, 楊靚, 劉倩, 周琦 申請人:國家基礎地理信息中心