一種基於insar製作dem的水域高程處理方法
2023-10-09 17:24:04 1
一種基於insar製作dem的水域高程處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，包括步驟：一、獲取被測量區域原始測量數據；二、水域高程處理：對被測量區域內靜止水域和/或流動水域進行高程處理；靜止水域處理過程如下：2011、置平判斷；2012、置平處理，包括步驟：Ⅰ、水涯線提取；II、水涯線賦高程值；III、水面高程修正；流動水域處理過程如下：2021、高程平差判斷；2022、高程平差處理，包括步驟：ⅰ、水涯線提取；ⅱ、水涯線高程賦值與平差處理；ⅲ、構建不規則三角網及內插水面高程；ⅳ、水面高程修正。本發明方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好，能簡便、快速且高質量完成水域高程處理過程，所製作DEM的高程精度較高。
【專利說明】—種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達幹涉測量【技術領域】，尤其是涉及一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法。
【背景技術】
[0002]INSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar ;簡稱:幹涉雷達測量)技術源於美國，在歐美發達國家得到不斷完善與成熟，其應用領域也得到不斷推廣。我國在近幾年開展了機載高解析度InSAR技術，在地形測繪方面的應用研究。合成孔徑雷達幹涉測量(InSAR)技術，特別是機載高解析度InSAR技術作為一種新的、先進的技術手段，已經逐漸應用於地形測繪。通過機載INSAR獲得的高程數據，經過濾波處理後只能得到一個相應於參照影像每一點處的地面高程數值集合，還不能稱為數字高程模型(DEM)，準確地說應為數字表面模型(DSM)。因為上述地面高程數值集合中還存在以下兩個問題沒有解決:第一、包含了非地表的高程信息，如房屋、樹林等地物的高程信息；第二、包含了不合理的高程信息，如靜止水面的高程未置平、流動水域高程未平緩過渡等不合理的高程信息，以上兩個問題是目前製作DEM中的技術瓶頸問題。地球上的表層水域分為靜止水域和流動水域兩種，其中靜止水域是指水面高程均相同的不流動水域，如湖泊、水池、池塘等；流動水域是指水面高程不同的流動水域，如河流、小溪等。由於目前製作DEM中存在上述技術瓶頸問題，因而基於機載INSAR製作數字高程模型(DEM)時，存在以下兩個難題:第一、製作DEM存在技術瓶頸問題，並且製作DEM的效率和質量均較低；第二、傳統光學系統的技術規範已經無法指導機載INSAR製作DEM。
[0003]綜上，現如今缺少一種方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好的基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，能簡便、快速且高質量完成水域高程處理過程，所製作DEM的高程精度較高。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好，能簡便、快速且高質量完成水域高程處理過程，所製作DEM的高程精度較高。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、獲取被測量區域的原始測量數據:採用機載幹涉合成孔徑雷達對被測量區域的地形進行飛行掃描，獲得被測量區域的原始DEM數據和原始DOM數據；所述原始DEM數據為數字高程數據，所述原始DOM數據為數字正射影像數據；
[0007]步驟二、水域高程處理:對被測量區域內的靜止水域和/或流動水域進行高程處理；其中，對所述靜止水域進行高程處理時，根據步驟一中所獲得的所處理靜止水域的原始DEM數據，對所處理靜止水域進行置平處理，過程如下:[0008]步驟2011、置平判斷:通過檢查當前所處理靜止水域的原始DEM數據，判斷當前所處理靜止水域是否置平:當檢查得出當前所處理靜止水域的原始DEM數據中包含多個不同高程值時，說明當前所處理靜止水域未置平，並進入步驟2012進行置平處理；否則，說明當前所處理靜止水域已置平，且當前所處理靜止水域的水域高程處理過程結束；
[0009]步驟2012、置平處理，包括以下步驟:
[0010]步驟1、水涯線提取:提取當前所處理靜止水域的水涯線，此時所提取的水涯線為封閉曲線；
[0011]步驟I1、水涯線賦高程值:將當前所處理靜止水域的實際水位高程，賦給步驟I中所提取的水涯線；
[0012]步驟II1、水面高程修正:將當前所處理靜止水域的水面高程，均修改為步驟II中當前所處理靜止水域的實際水位高程，使得步驟I中所提取水涯線內水面的高程值均與所述水涯線的高程值一致；
[0013]對所述流動水域進行高程處理時，根據步驟一中所獲得的所處理流動水域的原始DEM數據，對所處理流動水域進行高程平差處理，過程如下:
[0014]步驟2021、高程平差判斷:通過檢查當前所處理流動水域的原始DEM數據，判斷當前所處理流動水域是否需進行高程平差處理:當檢查得出按照水流動方向當前所處理流動水域的原始DEM數據的水位高程值均由大到小平緩變化時，說明當前所處理流動水域無需進行高程平差處理，且當前所處理流動水域的水域高程處理過程結束；否則，說明當前所處理流動水域需進行高程平差處理，並進入步驟2022進行高程平差處理；
[0015]步驟2022、高程平差處理，包括以下步驟:
[0016]步驟1、水涯線提取:按照水流動方向，分別提取當前所處理流動水域兩岸的水涯線.[0017]步驟i1、水涯線高程賦值與平差處理:對步驟i中所提取的兩岸水涯線分別進行高程賦值與平差處理，且二者的高程賦值與平差處理方法相同；實際進行高程賦值與平差處理時，先對當前所處理水涯線上多個點位的實際高程值進行確定，並將所確定的高程值分別賦給當前所處理水涯線上對應的點位，再採用內插平差法對當前所處理水涯線上前後相鄰兩個點位之間各點位的高程值進行確定；
[0018]步驟ii1、構建不規則三角網及內插水面高程:先刪除步驟i中所提取兩岸水涯線之間的水面高程數據，再利用步驟ii中兩岸水涯線上所賦的高程值構建不規則三角網並內插得出兩岸水涯線之間水面上各點位的高程值；
[0019]步驟iv、水面高程修正:根據步驟iii中內插得出的兩岸水涯線之間水面上各點位的高程值，對當前所處理流動水域上對應點位的水面高程進行修改。
[0020]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟二中進行水域高程處理之前，先將步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據均輸入至數據處理器；步驟二中進行水域高程處理時，採用所述數據處理器進行處理。
[0021]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟II中進行水涯線賦高程值時，先通過外業實測或採用航測內業分析方法，獲取當前所處理靜止水域的實際水位高程；採用航測內業分析方法獲取當前所處理靜止水域的實際水位高程時，通過分析當前所處理靜止水域的原始DEM數據或其水涯線的等高線數據，對當前所處理靜止水域的實際水位高程進行確定；
[0022]步驟ii中對當前所處理水涯線上多個點位的實際高程值進行確定時，通過外業實測或採用航測內業分析方法，獲取當前所處理流動水域的實際水位高程；採用航測內業分析方法獲取當前所處理流動水域的實際水位高程時，通過分析當前所處理流動水域的原始DEM數據或與其兩岸水涯線相交的等高線數據，對當前所處理流動水域水涯線上多個點位的實際水位高程進行確定。
[0023]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟III中水面高程修正完成後，獲得修正後的當前所處理靜止水域的DEM數據，之後還需進入步驟IV，進行
置平複查；
[0024]步驟IV、置平複查:對步驟III中修正後的當前所處理靜止水域的DEM數據進行檢查，並判斷當前所處理靜止水域是否置平:當判斷得出當前所處理靜止水域已置平時，當前所處理靜止水域的水域高程處理過程結束；否則，返回步驟III，重新進行水面高程修正；[0025]步驟iv中水面高程修正完成後，獲得修正後的當前所處理流動水域的DEM數據，之後還需進入步驟V，進行高程平差複查；
[0026]步驟V、高程平差複查:對步驟iv中修正後的當前所處理流動水域的DEM數據進行檢查，並按照步驟2021中所述的方法判斷當前所處理流動水域是否需重新進行高程平差處理:當判斷得出當前所處理流動水域需重新進行高程平差處理時，返回步驟?，重新進行水涯線高程賦值與平差處理；否則，當前所處理流動水域的水域高程處理過程結束。
[0027]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟2011中判斷當前所處理靜止水域是否置平時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理靜止水域內是否存在等高線進行判斷:噹噹前所處理靜止水域內存在等高線時，說明當前所處理靜止水域未置平；否則，說明當前所處理靜止水域已置平；
[0028]步驟IV中判斷當前所處理靜止水域是否置平時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的原始DOM數據和步驟III中修正後的當前所處理靜止水域的DEM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域修正後的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理靜止水域內是否存在等高線進行判斷:噹噹前所處理靜止水域內存在等高線時，說明當前所處理靜止水域未置平；否則，說明當前所處理靜止水域已置平。
[0029]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟2021中判斷當前所處理流動水域是否需進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:噹噹前所處理流動水域內與兩岸水涯線相交的同值等高線兩側形狀對稱且與兩側水涯線各僅相交一次時，說明當前所處理流動水域無需進行高程平差處理，當前所處理流動水域的水域高程處理過程結束；否則，說明當前所處理流動水域需進行高程平差處理；[0030]步驟V中判斷當前所處理流動水域是否需重新進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的原始DOM數據和步驟iv中修正後的當前所處理流動水域的DEM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域修正後的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:噹噹前所處理流動水域內與兩岸水涯線相交的同值等高線兩側形狀對稱且與兩側水涯線各僅相交一次時，說明當前所處理流動水域無需進行高程平差處理，當前所處理流動水域的水域高程處理過程結束；否則，需對當前所處理流動水域重新進行高程平差處理。
[0031]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:將步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據均輸入至數據處理器時，通過I/O接口輸入；並且，輸入至所述數據處理器後，先通過所述數據處理器對所輸入的原始DEM數據和原始DOM數據進行讀取；當不能對所輸入原始DEM數據和原始DOM數據進行讀取時，所述數據處理器調用數據格式轉換模塊分別對原始DEM數據和原始DOM數據的數據格式進行轉換，並將所輸入的原始DEM數據和原始DOM數據轉換為所述數據處理器能識讀的數據格式。
[0032]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟ii中對兩岸水涯線分別進行高程賦值與平差處理時，兩岸水涯線上相對應點位的高程值一致。
[0033]上述一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵是:步驟ii中採用內插平差法對當前所處理水涯線上前後相鄰兩個點位之間各點位的高程值進行確定時，按照公
【權利要求】
1.一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於該方法包括以下步驟: 步驟一、獲取被測量區域的原始測量數據:採用機載幹涉合成孔徑雷達對被測量區域的地形進行飛行掃描，獲得被測量區域的原始DEM數據和原始DOM數據；所述原始DEM數據為數字高程數據，所述原始DOM數據為數字正射影像數據； 步驟二、水域高程處理:對被測量區域內的靜止水域(I)和/或流動水域(2)進行高程處理；其中，對所述靜止水域(I)進行高程處理時，根據步驟一中所獲得的所處理靜止水域Cl)的原始DEM數據，對所處理靜止水域(I)進行置平處理，過程如下: 步驟2011、置平判斷:通過檢查當前所處理靜止水域(I)的原始DEM數據，判斷當前所處理靜止水域(I)是否置平:當檢查得出當前所處理靜止水域(I)的原始DEM數據中包含多個不同高程值時，說明當前所處理靜止水域(I)未置平，並進入步驟2012進行置平處理；否則，說明當前所處理靜止水域(I)已置平，且當前所處理靜止水域(I)的水域高程處理過程結束； 步驟2012、置平處理，包括以下步驟: 步驟1、水涯線提取:提取當前所處理靜止水域(I)的水涯線，此時所提取的水涯線為封閉曲線； 步驟I1、水涯線賦高程值:將當前所處理靜止水域(I)的實際水位高程，賦給步驟I中所提取的水涯線； 步驟II1、水面高程修正:將當前所處理靜止水域(I)的水面高程，均修改為步驟II中當前所處理靜止水域(I)的實際水位高程，使得步驟I中所提取水涯線內水面的高程值均與所述水涯線的高程值一致；` 對所述流動水域(2)進行高程處理時，根據步驟一中所獲得的所處理流動水域(2)的原始DEM數據，對所處理流動水域(2)進行高程平差處理，過程如下: 步驟2021、高程平差判斷:通過檢查當前所處理流動水域(2)的原始DEM數據，判斷當前所處理流動水域(2)是否需進行高程平差處理:當檢查得出按照水流動方向當前所處理流動水域(2)的原始DEM數據的水位高程值均由大到小平緩變化時，說明當前所處理流動水域(2)無需進行高程平差處理，且當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束；否貝U，說明當前所處理流動水域(2)需進行高程平差處理，並進入步驟2022進行高程平差處理； 步驟2022、高程平差處理，包括以下步驟: 步驟1、水涯線提取:按照水流動方向，分別提取當前所處理流動水域(2)兩岸的水涯線.步驟i1、水涯線高程賦值與平差處理:對步驟i中所提取的兩岸水涯線分別進行高程賦值與平差處理，且二者的高程賦值與平差處理方法相同；實際進行高程賦值與平差處理時，先對當前所處理水涯線上多個點位的實際高程值進行確定，並將所確定的高程值分別賦給當前所處理水涯線上對應的點位，再採用內插平差法對當前所處理水涯線上前後相鄰兩個點位之間各點位的高程值進行確定； 步驟ii1、構建不規則三角網及內插水面高程:先刪除步驟i中所提取兩岸水涯線之間的水面高程數據，再利用步驟ii中兩岸水涯線上所賦的高程值構建不規則三角網並內插得出兩岸水涯線之間水面上各點位的高程值；步驟iv、水面高程修正:根據步驟iii中內插得出的兩岸水涯線之間水面上各點位的高程值，對當前所處理流動水域(2)上對應點位的水面高程進行修改。
2.按照權利要求1所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟二中進行水域高程處理之前，先將步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據均輸入至數據處理器；步驟二中進行水域高程處理時，採用所述數據處理器進行處理。
3.按照權利要求1或2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟II中進行水涯線賦高程值時，先通過外業實測或採用航測內業分析方法，獲取當前所處理靜止水域(I)的實際水位高程；採用航測內業分析方法獲取當前所處理靜止水域(I)的實際水位高程時，通過分析當前所處理靜止水域(I)的原始DEM數據或其水涯線的等高線數據，對當前所處理靜止水域(I)的實際水位高程進行確定； 步驟ii中對當前所處理水涯線上多個點位的實際高程值進行確定時，通過外業實測或採用航測內業分析方法，獲取當前所處理流動水域(2)的實際水位高程；採用航測內業分析方法獲取當前所處理流動水域(2)的實際水位高程時，通過分析當前所處理流動水域(2)的原始DEM數據或與其兩岸水涯線相交的等高線數據，對當前所處理流動水域(2)水涯線上多個點位的實際水位高程進行確定。
4.按照權利要求1或2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟III中水面高程修正完成後，獲得修正後的當前所處理靜止水域(I)的DEM數據，之後還需進入步驟IV，進行置平複查； 步驟IV、置平複查:對步驟III中修正後的當前所處理靜止水域(I)的DEM數據進行檢查，並判斷當前所處理靜止水域(I)是否置平:當判斷得出當前所處理靜止水域(I)已置平時，當前所處理靜止水域(`I)的水域高程處理過程結束；否則，返回步驟III，重新進行水面高程修正； 步驟iv中水面高程修正完成後，獲得修正後的當前所處理流動水域(2)的DEM數據，之後還需進入步驟V，進行高程平差複查； 步驟V、高程平差複查:對步驟iv中修正後的當前所處理流動水域(2)的DEM數據進行檢查，並按照步驟2021中所述的方法判斷當前所處理流動水域(2)是否需重新進行高程平差處理:當判斷得出當前所處理流動水域(2)需重新進行高程平差處理時，返回步驟ii，重新進行水涯線高程賦值與平差處理；否則，當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束。
5.按照權利要求2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟2011中判斷當前所處理靜止水域(I)是否置平時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理靜止水域(I)內是否存在等高線進行判斷:噹噹前所處理靜止水域(I)內存在等高線時，說明當前所處理靜止水域(I)未置平；否則，說明當前所處理靜止水域(I)已置平； 步驟IV中判斷當前所處理靜止水域(I)是否置平時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的原始DOM數據和步驟III中修正後的當前所處理靜止水域(I)的DEM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域修正後的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理靜止水域(I)內是否存在等高線進行判斷:噹噹前所處理靜止水域(I)內存在等高線時，說明當前所處理靜止水域(I)未置平；否則，說明當前所處理靜止水域(I)已置平。
6.按照權利要求2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟2021中判斷當前所處理流動水域(2)是否需進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:噹噹前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的同值等高線兩側形狀對稱且與兩側水涯線各僅相交一次時，說明當前所處理流動水域(2)無需進行高程平差處理，當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束；否則，說明當前所處理流動水域(2)需進行高程平差處理； 步驟V中判斷當前所處理流動水域(2)是否需重新進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的原始DOM數據和步驟iv中修正後的當前所處理流動水域(2)的DEM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域修正後的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:噹噹前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的同值等高線兩側形狀對稱且與兩側水涯線各僅相交一次時，說明當前所處理流動水域(2)無需進行高程平差處理，當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束；否則，需對當前所處理流動水域(2)重新進行高程平差處理。
7.按照權利要求2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:將步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據均輸入至數據處理器時，通過I/O接口輸入；並且，輸入至所述數據處理器後，先通過所述數據處理器對所輸入的原始DEM數據和原始DOM數據進行讀取；當不能對所輸入原始DEM數據和原始DOM數據進行讀取時，所述數據處理器調用數據格式轉換模塊分別對原始DEM數據和原始DOM數據的數據格式進行轉換，並將所輸入的原始DEM數據和原始DOM數據轉換為所述數據處理器能識讀的數據格式。
8.按照權利要求1或2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟ii中對兩岸水涯線分別進行高程賦值與平差處理時，兩岸水涯線上相對應點位的高程值一致。
9.按照權利要求1或2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟ii中採用內插平差法對當前所處理水涯線上前後相鄰兩個點位之間各點位的高程值進行確定時，按照公式
10.按照權利要求2所述的一種基於INSAR製作DEM的水域高程處理方法，其特徵在於:步驟2021中判斷當前所處理流動水域(2)是否需進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的所述原始DEM數據和原始DOM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:當與兩岸水涯線相交的所有等高線均不存在高程誤差時，說明當前所處理流動水域(2)不需進行高程平差處理，當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束；否則，說明當前所處理流動水域(2)需進行高程平差處理； 步驟V中判斷當前所處理流動水域(2)是否需重新進行高程平差處理時，採用生成等高線的方法進行判斷；實際進行判斷時，根據步驟一中所獲得被測量區域的原始DOM數據和步驟iv中修正後的當前所處理流動水域(2)的DEM數據，且採用所述數據處理器生成被測量區域修正後的等高線圖，並對所生成等高線圖中當前所處理流動水域(2)內與兩岸水涯線相交的等高線進行判斷:當與兩岸水涯線相交的所有等高線均不存在高程誤差時，說明當前所處理流動水域(2)不需進行高程平差處理，當前所處理流動水域(2)的水域高程處理過程結束；否則，需對當前所處理流動水域(2)重新進行高程平差處理； 步驟2021和步驟V中，對與兩岸水涯線相交的等高線是否存在高程誤差進行判斷時，採用外業實測的方法對當前所判斷等高線與兩岸水涯線相交的兩個點位的高程進行實測，當兩個點位的實測高程值不同時，說明當前所判斷等高線存在高程誤差；否則，說明當前所判斷等高線不存在高 程誤差。
【文檔編號】G01C13/00GK103868503SQ201410117111
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】原喜屯, 苗小利, 黃曉豔 申請人:西安煤航信息產業有限公司