基于高精度DEM的地形监测方法研究

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1、474—478．2014地质学刊第38卷第3期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2014．03．474基于高精度DEM的地形监测方法研究冯增文1”，陈建平1一，李珂1⋯，周宝辰1·2(1．中国地质大学(北京)，北京100083；2．北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)摘要：基于非接触的遥感手段的DEM采集精度越来越高，如何运用好高精度DEM成为关键。介绍了包括LiDAR、合成孔径雷达、摄影测量技术等遥感手段采集高精度DEM的方式及处理流程。DEM在地质

2、、地貌、土壤、国防建设方面均有着广泛的应用，就基于高精度DEbl的地形监测方法展开试验和讨论，对比不同分辨率(1，10，30m)DEM影像展示效果，得出高精度DEM在展示与分析方面的优点，通过计算山体阴影、坡度、地形曲率，研究了基于单期高精度DEM的不同地形监测方法。关键词：高精度；DEM；遥感；地形监测中图分类号：P628．1；TP392文献标识码：A文章编号：1674-3636(2014)03—0474-050引言随着社会的发展，人类对能源的需求量也越来越大，对地球能源的开发与开采等，势必造

3、成地球原有地形的变化，地形的变化又会引发滑坡、崩塌等众多不良连锁反应，给人类带来灾害。因此，对于地形的监测也逐渐受到人们的关注与重视。近些年，遥感技术的发展不仅表现在光谱信息成像化，雷达成像多极化，光学探测多向化等光学方面(郭凯等，2012)，通过遥感手段获取DEM(数字高程模型)的非光学遥感技术也发展迅速。1高精度DEM的获取与处理DEM数据包括平面位置和高程数据2种信息。为了建立DEM，需量测一些点的三维坐标，这就是DEbl数据采集(周启鸣等，2006)。随着科学技术的发展，计算机技术、测量

4、技术和传感器质量都得到很大的提高，促使遥感技术上升到了一个新的台阶。DEM相关技术及应用也迎来了新的契机，主要表现在精度更高、空间分辨率更好、测量效率更高、经济快速等方面。目前，高精度DEM的主要获取方式有激光雷达(LiDAR)、合成孔径雷达(InSAR)、数字摄影测量3种方式。以下简单介绍高精度DEM获取的方法及数据处理流程。1．1激光雷达(LiDAR)LiDAR(LightDetectionAndRanging)，即光探测与测量。自激光发出，到达建筑物、植被等顶端，返回第一次值，直至最后一次

5、到达地面返回最后一次值，从而可以计算出每一次激光返回时的高度，而最后一次激光返回时的高度即为裸露地表的高程，还可以通过第一次和最后一次返回值所得的高度之差得到植被和地面建筑等的高度。机载LiDAR是一种主动式对地观测系统，是20世纪90年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术。它集成激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元(IMU)／DGPS差分定位技术于一体，该技术在三维空间信息的实时获取方面取得了重大突破，为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。LiDAR具有

6、高精度、高密度、高效率、高分辨率的优势，一般平面精度可以达到0．1～0．5m。LiDAR获取的是点云数据，在对点云数据进行收稿日期：2014-06—24；编辑：侯鹏飞基金项目：中国地质调查局项目“矿山遥感监测研究”(1212011120029)作者简介：冯增文(1988一)，男，硕士研究生，地球探测与信息技术专业，主要从事基于遥感技术的环境监测方面的研究工作，E-mail714841626@qq．eom第38卷冯增文等：基于高精度DEM的地形监测方法研究475处理前，首先应当对数据进行检验，剔除

7、错误的点和高程异常的点，例如特别低的点(地面以下的点)或特别高的点(云或飞行中的鸟)。然后建立地面数据类型，分离出非地面数据。再根据要求，对非地面数据进行分类，如建筑物类数据、输电线路数据、铁路类数据等。另外，可以根据高出地面的高度对非地面点数据进行分类，如可以对不同的植被进行分类。然后输出分类的数据，通过滤波处理，得到DEM等(图1)。图1LiDAR数据处理流程图1．2合成孑L径雷达(InSAR)合成孔径雷达(InSAR)技术是依靠SAR成像处理后的单视复数影像，将其相位信息作为信息源，以提取

8、地表三维信息或地表变化信息(王超等，2002)。InSAR通过雷达的2副天线同时对地观测或雷达2次近似平行的对地观测来获取地面同一地区的干涉对，利用干涉对间微小的差别，在复图像上产生相位差，通过图像处理，即可形成干涉纹图。斜距向上的点与两天线位置之差等信息在干涉纹图上也有所体现，利用传感器高度、波束视向、天线基线距及雷达波长之间的几何关系，就可准确测出图像上每一点的三维信息和变化信息(Tarollietal，2009)。为了从干涉图中提取高度信息，InSAR技术需要经过选择包含共同观测区的具有一