基于TerraSAR-X/TanDEM-X数据的森林高度反演算法研究

基于RVoG模型,对传统三阶段算法及其改进算法进行研究,以云南省西双版纳州勐腊县为研究区,以TerraSAR-X/TanDEM-X数据为数据源进行森林高度反演算法研究,并结合野外实测数据进行结果验证。结果表明,三阶段改进算法对森林高度反演精度优于传统三阶段算法。三阶段改进算法对天然林高度反演精度较高;三阶段算法对橡胶林高度反演精度较高。

TerraSAR-X/TanDEM-X获取高精度数字高程模型技术研究

以双星系统（TerraSAR-X/TanDEM-X）下的bistatic数据模式为例研究了差分干涉获取高精度DEM产品的融合算法和技术流程.针对不同观测几何条件下（升降轨,不同入射角）观测数据的畸变和缺失,提出一种迭代的顾及垂直基线、阴影和叠影的数据融合新方法重建高分辨率高精度的数字高程模型,并对TanDEM-X融合的DEM在不同地物属性特征下（山区及高楼林立的城区）的精度进行定量分析.本文采用了两对覆盖珠海、澳门区域的升降轨TerraSAR-X/TanDEM-X干涉对进行融合处理,并通过收集的高精度Lidar数据进行精度比较分析.此外,本文还定量分析了TanDEM-X的DEM对常规DInSAR技术的改进,并与SRTM、ASTER的结果进行对比.结果表明：提出的升降轨融合方法较单一轨道平台能够较好地改正或减弱由于几何畸变引起的高程信息缺失或错误,通过与Lidar数据的对比发现TanDEM-X的融合DEM在山区的精度较高,其残差的标准差为3.5 m,较单一轨道（升、降轨）分别降低8%和22%,能够通过迭代的方法获取高分辨率（可达2～5m）、高精度的地形信息;而针对城区密集建筑物的复杂地形来说,融合的DEM的精度稍低,残差的标准差为11.8m,但较单一轨道（升、降轨）来说有较大改进,其残差标准差分别降低了28%和22%;而在分布较为稀疏的居民区,融合的DEM能够较Lidar数据获取更好的建筑物高度及外形信息,此时的残差标准差可达5m.同时,TanDEM-X的融合DEM作为外部DEM能够较SRTM和ASTER来说更好地去除地形信息,尤其在山区及高程建筑密集分布的城区,从而利于后续的相位解缠和形变信息的精确获取和解译,为更高精度的时序InSAR形变监测提供有利条件。

TerraSAR-X/TanDEM-X雷达遥感计划及其应用

介绍了德国航天局即将发射的TerraSAR-X雷达卫星遥感计划和将要在近期实施的TanDEM-X雷达遥感计划,分析了该计划的工作模式和应用。

基于TerraSAR-X/TanDEM-X干涉DEM的森林冠层高度估测

森林树高的大面积估测一直是森林资源调查和林业遥感所面临的技术难题。以云南省勐腊县森林资源为研究对象,将DEM差分法与TerraSAR-X/TanDEM-X全极化干涉数据、地形图相结合,用TerraSAR-X/TanDEM-X数据干涉生成各极化通道带有森林冠层高度的DSM,从地形图上提取地表高度DTM;对2个高度模型进行水平位置匹配,并提出用参考面将DSM与DTM转换为相对高度模型RDSM和RDTM,以消除高程基准差异;最后对RDSM和RDTM进行差分运算,估测出研究区各极化通道下的森林冠层高度分布。采用森林资源二类调查数据,对各极化通道的冠层估测高进行了合理性验证。研究表明:DTM的高程基准面低于DSM,平坦农地适合作为参考面提取相对高度模型。在小班尺度上与森林资源二类调查数据的对比显示:各极化通道的冠层估测高与小班林分高均呈显著的中等正相关,冠层高度估测值大小合理,人工林的估测结果略优于天然林;人工林与天然林的冠层估测结果均在主要坡度分布区间内与小班林分高的相关性高;各极化通道的估测结果整体上没有明显差异。从总体上来看,基于地形图和TerraSAR-X/TanDEM-X数据,利用DEM差分法来大面积估测森林冠层高度是一种有效可行的途径,为辅助森林资源调查工作提供了新思路。

GEDI与Tandem-X DEM估测密林林下地形性能评价

针对密林情况下,GEDI数据与现有的Tandem-X DEM数字地面模型估测林下地形精度没有进行整体评价问题,拟以密林情况作为主要分析场景,通过提取GEDI L2A数据产品对应光斑的经纬度、林下地形信息与数据质量筛选参数,开展数据质量筛选,用以估测基于GEDI数据的林下地形数据,与Tandem-X DEM数据估测密林情况下研究区林下地形开展比较,并进一步探究冠层高度、森林覆盖度与植被类型对估测精度的影响。GEDI与Tandem-X DEM的R~2分别为0.99和0.98,GEDI估测林下地形结果的RMSE、Average与STD分别6.49、-1.92、4.42 m, Tandem-X DEM估测林下地形结果的RMSE、Average与STD分别为18.15、14.63、7.35 m。GEDI数据在混交林和稀疏草原情况下RMSE与Average分别变化8.05 m和6.04 m, Tandem-X DEM数据在常绿针叶林与农田/天然植被情况下,RMSE与Average变化幅度为21.63、26.43 m。实验结果表明,GEDI与Tandem-X DEM数据与机载验证数据存在强相关性,且GEDI相对Tandem-X DEM数据表现出更优的评价标准;地表植被类型相对冠层高度和植被覆盖度会对两数据估测林下地形精度产生更大的影响。

双基线TanDEM-X InSAR数据的森林高度反演

森林高度是进行森林资源管理的重要基础数据,通常使用RVoG模型并结合PolInSAR技术获取,然而目前的PolInSAR数据均通过重轨飞行方式采集,不利于大范围、高精度森林高度测绘。TanDEM-X数据无时间去相干与大气干扰,为森林高度测绘提供了合适的数据来源。但TanDEM-X InSAR数据主要为单极化模式,由于观测信息不足,不满足RVoG模型的解算要求。因此,文中利用双基线TanDEM-X InSAR数据反演森林高度。该方法考虑地形影响采用S-RVoG模型反演森林高度,首先仅使用S-RVoG模型相干性信息建立关系,并通过双基线下相位信息之间的关系进行约束。反演森林高度依赖于消光系数的选择,依据模型相干性对森林高度的敏感性进行分析,并利用LiDAR数据作为先验信息进行消光系数的选择。为了验证本方法,采用了瑞典与西班牙实验区数据进行双基线森林高度反演并利用实验区存在的LiDAR树高数据验证方法的精度,两实验区精度分别为1.86 m与2.43 m。

利用InSAR技术估计长江源冰川2000—2020年物质平衡

本文以获取近20年长江源冰川物质平衡,揭示冰川物质平衡影响因素及冰川物质流失对河流径流量影响为目标开展研究。利用InSAR技术和双站TerraSAR-X/TanDEM-X影像生成两期覆盖长江源全域冰川的DEM,分别和SRTM DEM差分,去除高程差系统误差后获取长江源地区冰川2000—2012年和2000—2020年间的高分辨率冰川厚度变化,再结合冰川密度将厚度变化转为冰川物质平衡。估计结果与区域内冰川实地物质平衡监测结果仅相差0.03 m w.e.a^(-1),表明精度较高。结果显示长江源地区冰川在2000—2012年间的物质平衡为(-0.30±0.02)m w.e.a^(-1),在2000—2020年间为(-0.45±0.04)m w.e.a^(-1),2012—2020年间冰川消融相比2000—2012年间明显加速。推测夏季气温升高和夏季降水减少是冰川加速消融的主要原因。另外,长江源地区冰川消融速度存在从东南向西北递减的趋势,分析认为这一现象与西部地区温度更低,升温更慢,冰川海拔更高,积累区面积比例更高,冰面坡度更陡有关。2000—2020年间,沱沱河流域冰川物质损失量仅占沱沱河径流量的4.4%,而沱沱河与当曲流域的冰川物质损失量之和仅占通天河径流量的2.5%,表明当前冰川物质损失对长江上游径流量的影响较小。

基于SAR像素振幅离差法的建(构)筑物变化监测——以广州市白云区为例

利用遥感影像可以对建(构)筑物的变化进行快速监测,光学遥感影像精度较高,但人工核查工作量大,且易受到云雾等影响,在中国沿海地区难以实现连续快速动态监测。借助SAR影像全天时全天候的优势,本文利用振幅离差法对20110213和20120315两景覆盖广州市白云区的TerraSAR-X数据进行处理,并结合不稳定的像素点在建(构)筑物上的分布特征,提取研究区域内所有建(构)筑物变化区域,然后将振幅离差法提取的结果与光学影像提取的所有发生变化的建(构)筑物结果进行对比。结果表明,本文采用SAR像素振幅离差方法提取的变化建(构)筑物查全率为90.3%,工作量减少了83.6%,可实现建(构)筑物的快速高效监测。另外,本文也针对单一使用高分辨率SAR数据监测建(构)筑物的优势和不足进行了探讨。

考虑定向参数精度信息的TerraSAR-X和SPOT-5HRS影像RFM联合定位

卫星影像的RFM模型具有传感器无关的优点,适用于多源影像的几何定位处理,但在无地面控制点条件下联合定位时存在自主定位优势影像难以发挥主导作用且求解易发散的不足。本文通过将影像的先验自主定位精度和成像线性漂移转化为像方定向参数的精度和权信息,建立考虑影像定向参数精度信息的RFM模型。以12景TerraSAR-X和6对12景覆盖面积约为18万km2的SPOT-5HRS立体长条带影像为数据源,对两类影像定向参数先验精度配置偏差、SAR影像升降轨道方向、SAR影像数目、SAR影像分布等因素对定位精度的影响进行了系列定位试验,少量SAR与大范围HRS联合的影像自主定位平面/高程精度可达6.0m/4.2m。本文RFM平差模型无地面控制点定位精度和定向参数求解稳健性相对于传统模型有显著提升,是卫星影像无控制点1∶10万/1∶5万全球测图的一种潜在方法。

TanDEM-X双站SAR干涉测量及研究进展

较全面、系统地介绍了Tan DEM-X/Terra SAR-X双站SAR科学计划,重点涉及其科学目标、Tan DEM-X卫星参数、轨道结构以及干涉数据获取模式等相关内容,并讨论了双站SAR成像、极化In SAR和数字波束成形等干涉测量新技术及其研究进展。这些双站SAR新技术的实现将大大地推动SAR干涉测量在全球地形测绘、冰川学、海洋学及地质学等领域中的应用。

基于高分辨率TerraSAR-X影像的PSInSAR地表形变监测

利用2011年10月—2013年7月间获取的37景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据,采用干涉测量点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)技术得到常州地区因工厂集中开采地下水所引起的地表沉降信息,即常州市武进地区有多处地表沉降,在2011—2013年间最大沉降速率为31.494 mm/a。通过与Envisat ASAR数据获取的平均沉降速率对比,说明TerraSAR-X数据不仅可以提高永久散射体(permanment scatter,PS)的点密度,而且能更好地描述散射体的细节变化和微量位移情况,体现出TerraSAR-X数据监测地表形变的优势。沈海高速公路常州沿线地面沉降的监测结果表明:TerraSAR-X数据在人工线状地物形变监测中具有广阔的应用前景;IPTA监测结果与水准测量结果具有较好的一致性,表明将IPTA技术应用于城市地表形变监测的正确性。

基于TerraSAR-X强度图像相关法测量三峡树坪滑坡时空形变

三峡工程蓄水之后,有可能引起两岸滑坡的发生。本文以三峡库区树坪为研究区域,对不同时相的TerraSAR-X的强度图进行相关计算,求解出2009年2月至2009年10月期间发生的滑坡位移场时空演化。结果表明,在滑坡发生的前几个月,累积变形量很小;在滑坡发生的两三个月当中,变形量比较大,平均位移达到51cm;之后的几个月中,变形量又恢复到平静期的数值,与布设在该区的位移伸缩计结果一致。从本文的研究可以看出,该方法不仅能计算出滑坡引起的形变场,而且能探测地面形变的早期信号,可以用它作为三峡库区未来滑坡监测的重要技术手段。

TerraSAR-X影像直接地理定位方法研究

开展高精度直接定位算法研究对促进SAR影像的广泛应用具有重要意义。针对新型高分辨率雷达卫星TerraSAR-X影像,在无任何地面控制支持下采用距离多普勒构像模型及地球物理模型,通过线性化及最小二乘平差原理迭代求解目标点的位置矢量,并利用影像元数据文件中提供的影像四个角点和中心点的地理坐标作为控制点,消除定位结果中存在的系统误差。在利用陕西宝鸡地区的TerraSAR-X影像试验中,将其定位结果与当地1∶1万地形图上选取的控制点进行比较,获得的平均平面定位精度约±63m左右,表明该算法合理可行,具有一定的实用性。

利用高分辨率TerraSAR-X影像监测唐山矿地面沉降

利用2012-12~2014-02获取的13景高分辨率TerraSAR-X影像,采用PSI时序分析技术监测唐山矿地面沉降。该技术以短时空基线为准则生成47幅差分干涉图,选择强度稳定性和频谱相干性较高的相干目标进行时间序列分析,基于最小二乘法获取唐山矿区域相干目标的地面下沉速率和沉降时间序列。结果表明,唐山矿有两个地面沉降中心,分别位于矿区东北和西部方向,最大沉降速率达58.2mm/a;2013-06~09矿区出现回弹现象,而在其他时间段内地面呈近似线性下沉。通过对比高程误差改正前后的直方图可以发现,本文采用的两次回归分析方法对降低地形残余误差有很好的应用效果。

面向西部测图困难地区稀少控制下的TerraSAR-X影像快速正射纠正

针对TerraSAR-X新型雷达卫星影像,基于距离-多普勒(R-D)模型,提出了一种稀少控制下SAR影像正射纠正的方法,并详细阐述了整个处理过程。同时,选用西部横断山脉地区和陕西阎良地区的TerraSAR-X影像作为实验数据,充分利用其高精度的头文件参数信息及5个地面控制点和DEM,分别对其进行正射纠正,阎良地区的纠正精度约为5m,横断山脉地区的纠正精度约为11m,满足了1∶5万的测图精度要求,并对二者的实验结果进行了比较分析。另外,考虑到TerraSAR-X影像数据量大的问题,本文还阐述了运用影像分块处理结合双线性内插原理加快处理大幅SAR影像正射纠正处理的方法,实验表明该方法相对逐像点对SAR影像正射纠正处理,大大提高了处理速度,从而证明了该处理过程的高效性和实用性。

TerraSAR-X几何校正及辐射定标模型

Terra SAR-X图像的几何校正和辐射定标对于获取地面目标高精度地理位置信息和辐射特征具有重要意义。采用距离-多普勒间接定位模型和仿射校正模型进行SAR影像几何校正,同时完成地形辐射校正并对辐射定标精度进行验证。距离向和方位向上达到了约0.3 m和0.4 m的几何定位精度;相对辐射定标精度优于0.3 d B,绝对辐射定标精度为0.22 d B,所以该模型能达到方法较高的精度且简单快捷。

基于时间序列TerraSAR-X影像的线状地物沉降监测试验研究

新一代高分辨雷达卫星尤其是TerraSAR-X的发射运行,给时序InSAR分析技术带来新的挑战,得益于其高分辨率特点使得特定目标的短期内微小形变监测成为可能。本文利用2009年3月～2010年1月间27景3m分辨率的TerraSAR-X数据,基于改进的时间序列InSAR技术获得京津城际高铁武清段和北辰段沿线区域地表时序形变特征,并对形变规律及成因进行分析。

TerraSAR-X雷达卫星的系统特性与应用分析

TerraSAR-X是世界上首颗商用的新型高分辨雷达卫星,其成功发射和优良的数据服务引起了研究人员的广泛关注。首先介绍了TerraSAR-X雷达卫星系统的基本信息,并分析了卫星的3种成像模式及相应的特点。针对TerraSAR-X雷达卫星数据应用研究问题,给出了TerraSAR-X雷达卫星4种基本的影像数据产品的类型和特性,考察了国内外对TerraSAR-X数据应用的研究现状,并展望了其广阔的应用领域和发展潜力。

高分辨率TerraSAR-X雷达干涉及其在工程形变探测中的应用

工程形变是工程建设风险分析的重要因素,对其进行有效监测十分必要。使用德国TerraSAR-X卫星所获取的多幅X波段高时空分辨率SAR影像,采用两轨差分干涉方法,提取天津西郊南水北调工程施工形成的弃土场快速形变信息。试验结果表明,TerraSAR-X雷达干涉技术在工程或地表垂直位移探测方面具有高时空分辨率、高精度(内符合精度可达±2 mm)和高自动化特征,在工程形变监测方面具有较大的应用潜力。

TerraSAR-X传感器定标精度及其应用分析

传感器的定标精度是衡量SAR卫星系统性能和数据质量的重要标志。采用点目标法,基于距离多普勒模型和定标常数解算模型,分析验证了TerraSAR-X传感器几何和辐射定标精度,其中几何定标精度方位向为0.05m,距离向为1.39m;相对辐射定标精度优于0.53dB,绝对辐射定标精度优于0.25dB。验证结果为TerraSAR-X数据产品在定量遥感应用中的可靠性提供了参考。