基于免费开源软件micmac处理的光学卫星影像相关的地面位移测量

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1、基于免费开源软件MicMac处理的光学卫星影像相关的地面位移测量基于免费开源软件MicMac处理光学卫星影像相关性的地面位移测量作者：Ana-MariaRosu,MarcPierrot-Deseilligny,ArthurDelorme,RenaudBinet,YannaKlingerabac关键词：卫星图像，地表位移，影像相关，COSI-Corr，Medicis，MicMac摘要：影像相关是确定由于地震、山体滑坡、冰流或沙丘迁移引起的土体水平位移最有效的技术之一。分析这些变形可以更好地了解其原因和机制。通过使用高分辨率卫星影像获得的之前和之后的正射

2、影像的亚像素相关性可计算得到高分辨率平面的位移场。在本文中，我们关注于由于地震引起的地面位移测量。亚像素相关性应用在以下三个软件：COSI-Corr——由加州理工学院开发的一个封闭相关因子源代码的免费软件，它因为依赖商业软件（ENVI）而广泛应用于地球科学界用于测量地表位移；Medicis——由法国国家空间研究中心开发，同样是一个封闭相关因子的源代码并且也能够进行这种类型的变形测量的软件；MicMac——IGN公司开发，它免费开放相关因子的源代码，这让我们能研究和调整并测量得到更精确的地面位移。我们使用这三个软件处理了三例现场图像的水平地面变形：20

3、01年可可西里大地震、2005年阿法尔洼地的岩脉侵入和2008年的玉田地震。一、简介测量与地震相关的精细位移有一个关键的问题在于用地震构造提供关于破裂断层的几何信息和地震所释放的能量信息（Vanpuymbroeck等人，2000）。用于测量位移的最常用的方法是根据现场测量。然而，故障区域往往是很难接近并且是复杂的破裂断层，不易在现场检测；根据断层滑动的程度，它只能在有限的位置进行测量（Leprince等人，2007）。用于测量这种位移的另一种方法是利用永久的全球卫星导航系统（GNSS）接收机。但是这种技术只能在一个区域内提供稀疏的覆盖，而这如果不能使

4、整个区域都在监测下的话是不可行的。而且发生同震地表位移的地区是无法预知的，我们无法每次都能够在事件发生之前就已经测量。利用合成孔径雷达（SAR）卫星影像和光学卫星可以克服前面提到的技术限制。而覆盖大面积的卫星图像也能使破裂断层的部分或全部可见。相对于光学传感器，干涉合成孔径雷达技术可以在各种天气和夜间的情况下工作（massonnet和Feigl，1998）。然而，这种技术是无法提供在断层附近位移的地图的，因为这个地区的大振幅位移引起的干涉相位解相关，因此它的位移是无法估计的。此外，SAR相关因子给出了低分辨率的平面位移结果，而InSAR则主要提供近垂

5、直分量。高分辨率光学卫星图像能提供地面的详细影像，最重要的是，它可以解决近断层位移（Vanpuymbroeck等人，2000）。位移场可以通过分析获得的事件发生之前和之后的图像相关性而测定（因此基线的时间是相关性的主要问题）。当地震发生时，光学卫星影像具有的扩展档案可以为老地震的测量提供事件的图像。不像InSAR数据，不同档案的组合是可能的（Hollingsworth等人，2012），这是使用光学卫星影像的一个主要优势。许多关于亚像素相关性的研究都被应到到高分辨率卫星影像上，比如SPOT已经表明该技术的效率在测量地面位移由于地震（MichelandA

6、vouac，2002；Dominguez等人，2003；BinetandBollinger，2005；Klinger等人，2006；Leprince等人，2007b）、山体滑坡（delacourt等人，2004；Casson等人，2005。），冰流（Scambos等人，1992）和沙丘迁移（Hermas等人，2012）事件时。分析这些变形可以更好地了解是什么引发了事件（例如，分析地震引起的故障及位移场可以提供关于地震的机制等非常重要的信息）。亚像素的检测能力一般是测量出小于图像像素大小的位移。在理论上，使用一对SPOT全色图像亚像素相关的方法可以提供

7、0.1像素精度的断层滑动测量（MichelandAvouac，2002；Dominguez等人，2003）。因此，使用一幅地面像素尺寸为2.5–10米的影像，最小可以测量0.25–1米的位移。然而，亚像素检测是高度依赖于数据的质量和噪声电平的。有一个很重要的事情就是在做图像纹理和原因的相关性时因为历时性所导致的两个图像之间很大的变化（由于两个图像采集之间的时间）。季节性变化可能产生的景观变化，这可能会导致去相关。为了避免由于视差引起的数字高程模型不精确的问题，最好使用获得的入射角非常相似的卫星图像，以接近最低点。本文的目的是提出免费的开源软件——MI

8、CMAC，它能够通过光学影像的相关性测量二维位移且免除大部分直到现在仍然存在的软件使用的弊端（比如不开源而因