卢圣奇，周军元，倪 峰，彭 昀，肖 聪

（1.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

高分辨率星载SAR在立体测图中的应用研究

卢圣奇1，周军元1，倪 峰1，彭 昀1，肖 聪1

（1.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

以兰州市以北地区为研究对象，选取COSMO-SKYMED和TerraSAR-X数据，采用MapMatrix摄影测量工作站进行数据采集，生产1∶50 000比例尺的DLG数据，通过全野外检查点来分析成果数据的精度，最终成果满足1∶50 000DLG的精度。由此说明，高分辩率星载SAR能应用于湖北西部1∶50 000比例尺DLG生产。

SAR；DLG；摄影测量；1∶50 000

星载的合成孔径雷达（SAR）是一种工作在微波波段的主动式成像传感器，能够远距离、快速、大面积地获取二维高分辨率图像。它拓展了人眼和光学相机能够感应的波段范围，其发射的微波能够不受日照和普通云雨天气的限制，实现全天候、全天时、对兴趣区域进行观测和侦察，不受区域地形限制；与光学、红外成像相比，它的成像分辨率与距离无关，而且特征信号除了含有幅度信息，还含有相位和极化等信息，可提供更多的目标信息特征，具有光学摄影机和光电传感器无法比拟的优势。

近年来，国内外众多学者对星载SAR立体测量开展了大量的研究。张过等利用RPC对星载SAR严密成像几何模型进行了可替代性分析[1]；单福增等研究了2．5 m分辨率SAR影像的布点、平差及单片计算，进一步构建相邻航线间SAR影像的立体模型配对，完成1∶50 000DLG数据采集工作[2]；刘国祥阐述了SAR成像原理及其图像特征[3]；荆创利等利用ERS-1/2卫星获取香港地区的SAR影像，分别构成干涉像对和立体像对来生产DEM，对比和分析了两种测量方法的精度[4]；李永荣等以Radarsat-1为例探讨了采用立体像对提取DEM的方法[5]；张过等通过在TerraSAR-X和COSMO-Skymed立体成像区域均匀布设人工角反射器点的方法验证了RFM平差模型的精度，并评估了三维定向平差的精度[6]；Toutin采用加拿大北极圈冰覆盖和海湾地区的Radarsat-2高分辨率立体像对，采用一种无需参考任何地图数据的新混合摄影测量模型生成DEM[7]；Yu等根据Envisat仿真影像和后处理影像生成DEM，并进行质量改进[8]；De Oliveira等研究了卡拉加斯地区TerraSAR-X条带立体数据生成DSM的高程精度[9]。以上研究分别测试了立体平差、DEM、DSM的精度，但没有测试DLG的精度。

本文以甘肃省兰州市以北约700 km2范围为研究对象（如图1所示），以SAR卫星数据为基础，在立体模式下人工采集生产1∶50 000DLG数据，并进行精度检查，试验区域为高山地。

图1 甘肃省兰州市以北研究范围

1 数据源

COSMO-SKYMED（宇宙-地中海观测系统）是由4个低轨中型卫星形成的星座以及军民两用地面数据分发机构组成的，4颗卫星COSMO-SkyMed-1/2/3/4都携带有X波段高分辨率合成孔径雷达。这4个卫星能针对大范围采用较低分辨率宽扫成像模式（ScanSAR Mode），还能针对小范围采用高分辨率聚束成像模式（Spotlight Mode）。能够以2种基本轨道模式（常规轨道模式和干涉轨道模式）运行。

TerraSAR-X由德国航空中心、教育科技部、AstriumGmbh公司三家单位联合研制的，于2007年6 月发射升空。TerraSAR-X是一颗新的高分辨率SAR卫星，搭载的SAR传感器在X波段工作，波长3．2 cm，多极化（单极化、双极化、全极化）、多模式成像。

试验数据分别选取COSMO-SKYMED和TerraSAR-X的3 m分辨率的2幅条带模式数据，共4 景数据（大地坐标系，1985国家高程基准），分别组成2组立体模型。

2 试验项目

4景数据从几何模型转化为RPC模型后，成为摄影测量工作站能够按立体模式进行处理的带RPC模型参数的影像数据（*.tif + *_rpc.txt、高斯-克吕格投影、1980西安坐标系、1985国家高程基准、6°分带），左右排列，便于立体观察。

将2种不同卫星系统的数据直接导入摄影测量工作站系统MapMatrix，结合对应的RPC参数，分别构建2组立体像对，在立体模式下按照1∶50 000DLG数据采集要求，主要遵循“内业定位，外业定性”的原则，分别采集DLG全要素数据。立体采集界面如图2所示。

图2 立体采集界面

在采集过程中，能正确解译出大部分地表信息，如城市主干道、高速公路、大型桥梁、山区主要交通道路等大型交通设施，河流、湖泊、水库等水系设施，以及居民区、耕地、广场等面状地物。采集成图等高距10 m。对不能明确解译的地物，经野外调绘后内业重新编辑成图。对比COSMO-SKYMED和TerraSAR-X两种不同卫星系统的立体采集成果，精度相当。

在2个立体像对成图的公共区域内，选择影像清晰的线状地物转角、交点或面状地物角点等位置，按照全野外方式，利用静态GPS采集了20个野外检查点，点位分布比较均匀，如图3所示。对照野外控制检查点，采集相应位置的地物点，对比野外控制点和立体采集地物点的差值进行统计分析。

图3 控制点分布图

3 试验结果及分析

对比全野外检查控制点和相应地物点，其差值统计结果如表1所示。

表1 差值统计分析表/m

分析表1可以看出：

1）在20个检测控制点中平面中误差为22．8 m，高程中误差为8．5 m，满足规范CH/T 1015．1-2007《基础地理信息数字产品1∶10 000 1∶50 000生产技术规程 第1部分:数字线划图（DLG）》中表6（DLG数据对附近野外控制点平面位置与高程中误差）的要求。

2）在误差统计分析中，大部分差值小于一倍中误差，95%的点位误差值小于两倍中误差，平面误差和高程误差均存在一个粗差，符合规范要求。粗差可能是由于全野外采集的点位，在立体模式下判断不清楚，从而导致实际位置与影像位置不一致。

4 结 语

本文结合高分辨率星载SAR卫星系统数据，在立体模式下生产1∶50 000 DLG数据，成果数据的平面和高程精度均满足规范要求。这种方法排除了气候因素的干扰，较清晰地分辨出了山体地貌，以及一些交通要素、水系要素和居民区，能保质保量地按计划完成生产任务，为湖北省西部高山地区1∶50 000地图生产提供了一种新途径。

[1] 张过,费文波,李贞,等．RPC对星载SAR严密成像几何模型的可替代性分析[J]．测绘学报,2010,39(3): 264-270

[2] 单福增,于蕾,商博．SAR影像在立体测图中的应用[J]．测绘与空间地理信息,2012,35(2):194-195

[3] 刘国祥．SAR成像原理与图像特征[J]．四川测绘,2004,27(3): 141-143

[4] Jing C L, Li H C, Hu S Y, et al． Methodology of DEM Generation with SAR Imagery and Its Accuracy Analysis [J]．Science of Surveying and Mapping, 2010(6): 170-172

[5] Li Y R,Zhang J X,Huang G M, et al． The Study to Extract DEM from Stereo SAR [J]．Science of Surveying and Mapping,2005(6):29-30

[6] Zhang G,Li Z． RPC-Based Adjustment Model for TerraSAR-X Stereo Orientation[J]．Science of Surveying and Mapping,2011(6): 146-148

[7] Toutin T, Blondel E, Clavet D, et al． Stereo Radargrammetry With Radarsat-2 in the Canadian Arctic[J]．IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing． 2013, 51(51): 2 601-2 609

[8] Yu J H, Li X J,GeLinlin．Radargrammetric DEM Generation Using ENVISAT Simulation Image and Reprocessed Image[C]．2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS),New York, 2011:2 980-2 983

[9] Oliveira C G, Paradella W R, Silva A O．Assessment of Radargrammetric DSMs from TerraSAR-X Stripmap Images in a Mountainous Relief Area of the Amazon Region[J]．ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing． 2011, 66(1):67-72

P237

B

1672-4623（2016）06-0035-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.012

卢圣奇，工程师，主要从事摄影测量的生产管理工作。

2016-01-06。