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通过立体雷达测量创建数字表面模型

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/SAR+Essentials/Create+DSM+Stereo-Radargrammetry/index.html#/

第 1 课，共 1 课

通过立体雷达测量创建数字表面模型

在本快速指南中，您将：

  • • 了解哪些因素会影响地形高度估计的可靠性。
  • • 了解用于立体雷达测量 DSM 生成的影像数据要求。
  • • 使用 SAR Stereo-Radargrammetry DSM 工具，从相隔五天获取的两景重叠单视复数影像创建 DSM。

示例数据

本快速指南中的练习使用两景 Capella SLC 影像进行演示。请下载下面的 ZIP 文件并将其内容解压到您计算机上的一个目录中。

[SAREssentials_DSM_Stereogrammetry.zip

147.1 MB

下载](assets/SAREssentials_DSM_Stereogrammetry.zip)

  • • 文件名：Capella_EugeneOR_20220324_slc 和 Capella_EugeneOR_20220329_slc。还包括 ENVI 头文件 (.hdr) 和 ENVI SARscape 文件 (.sml)。
  • • 获取日期：2022年3月24日和29日
  • • 处理说明：源数据集是国家图像传输格式中的传感器无关复数数据文件，需要使用 ENVI NITF/NSIF 模块读取。由于并非所有用户都拥有 ENVI NITF/NSIF 模块，我们使用了 SAR 基础数据处理 工具中的 "导入数据" 选项来创建 SARscape 格式的 SLC 影像，而非 SICD 格式。
  • • 来源： Capella Open Data(在新标签页中打开)，采用 知识共享署名 4.0 国际许可协议(在新标签页中打开)。源 ID 为 CAPELLA_C06_SP_SICD_HH_20220329150244_20220329150247。

背景知识

立体雷达测量类似于摄影测量，它基于立体视觉原理测量地球表面点的绝对高程。这里，利用来自两个不同视角的视线射线相交来重建表面，形成 DSM。

借助 SAR Stereo-Radargrammetry DSM 功能，视角对应的是沿两条不同卫星轨道的两个 SAR 传感器的位置。两次获取之间的分离角（也称为几何基线）应足够大（在 8 到 30 度之间），以提供所需的立体几何关系。分离角越大，对地形的敏感性越高。SAR Stereo-Radargrammetry DSM 工具在使用高分辨率传感器时，尤其是在自然区域，可以提供良好的结果。

地形影响

对于波长较长（例如 L 波段和 P 波段）的 SAR 传感器，雷达信号会穿透树叶并与树干和树枝相互作用。在这些区域，地形估计略低于植被冠层。因此，严格来说输出结果并非 DSM，这与在 X 或 C 波段工作的较小波长传感器不同。

按波长划分的 SAR 穿透能力。图片来源：NASA Earthdata (2020)。

不应使用 Sentinel-1 数据（C 波段）创建 DSM，因为其对地形变化的敏感性太低。

数据要求

用于 DSM 生成的两景影像必须满足以下要求：

  • • 入射角差应至少为 4.5 度，但不超过 40 度。理想情况下，差异应在 8 到 30 度之间。
  • • 方位向视线角差应至少为 9 度，但不超过 40 度（30 度更好）。对于方位向视线角为 90 度的非斜视获取，ALOS 差值与航向角差值相同。

在使用立体雷达测量创建 DSM 之前，请使用 SAR 检查数据兼容性 工具检查您的影像是否符合这些要求。更多信息，请参阅 SAR Essentials：检查数据兼容性 快速指南。

接下来，您将从两景 Capella SLC 影像生成一个 DSM。

运行 SAR 立体雷达测量 DSM 工具

  1. 启动 ENVI。
  2. 进入 工具箱，展开 SAR Essentials > DSM 文件夹。
  3. 双击 SAR Interferometric DSM 工具。将出现 SAR Interferometric DSM 对话框。

设置输入选项

  1. 点击 参考影像 旁边的 浏览 按钮。将出现文件选择对话框。
  2. 转到您为本快速指南保存示例数据的位置。
  3. 选择文件 Capella_EugeneOR_20220324_slc.sml，然后点击 打开。
  4. 对于 辅影像，选择文件 Capella_EugeneOR_20220329_slc.sml。
  5. 将 空间子集 字段留空。此字段用于选择预定义的 shapefile 或 Google Earth KML/KMZ 文件来划定感兴趣区域。Capella 影像已经过空间子集裁剪。
  6. 在 相干性阈值 字段中，输入值 0.5。此值指定输出 DSM 的质量和精度水平。值范围可以从 0（最低质量）到 1（最高质量）。低于指定相干性的像素值将不考虑用于 DSM 生成。
  7. 将 最大残余高度 字段留空。此可选参数指在匹配过程中考虑到的、相对于输入 DEM 的最大残余高度差。

选择一个 DEM

对于本次练习，您将使用航天飞机雷达地形任务提供的免费 DEM。

  1. 点击 可选 选项卡。
  2. 点击 DEM 选项 下拉列表，选择 下载 SRTM-3 V4 DEM (90m)。
  3. 对于 输出坐标系，保持默认值 WGS 1984。

注意： 如果您无法访问互联网，我们在示例数据附带的 SRTM DEM 目录中包含了 DEM。请转到该目录并选择文件 Srtm-3_V4_dem.sml。

设置导出选项

  1. 点击 导出 选项卡。
  2. 将 网格大小 字段留空。ENVI 将根据 SAR 影像的名义分辨率和内部应用的多视因子自动确定合适的输出网格分辨率。
  3. 在 生成产品 列表中选择 DSM 选项。
  4. DSM 将写入 ENVI 输出目录 首选项中指定的目录。要指定不同的输出文件夹，请点击 输出文件夹 旁边的 浏览 按钮并选择其他文件夹。

  1. 点击 下一步 按钮。处理需要几分钟才能完成。处理完成后，将出现 报告 面板，并且输出产品会添加到 图层管理器 并显示在 图像窗口 中。
  2. 点击 完成 按钮关闭工具。

评估输出产品

图层管理器 列出了两个新图层：

  • • dsm.anz：注释图层，显示视线（距离向）和航向（方位向）方向，以及基本元数据。您必须缩小视图才能看到注释图层，它显示在 图像窗口 中 DSM 图像的左上角。
  • • dsm.dat：DSM 图像

有关在此 DSM 工作流中可以创建的其他可选产品（精度、相干性、分辨率）的更多信息，请参阅 通过干涉测量创建 DSM 快速指南。

DSM 与 DEM 或数字地形模型不同，因为其高程值包含了突出于表面的地物特征。DEM 或 DTM 表征的是裸地球表面的地形。像这样的高分辨率 DSM 可以显示树木和建筑物。较暗的像素对应较低的高程，而较亮的像素对应较高的高程。中心的圆形白色物体是一个足球体育场：

这是同一区域的真彩色图像，供比较：

提示： 将 DSM 视为灰度栅格并不总是直观，也不能很好地显示被掩膜的像素。考虑使用 ENVI 的 地形晕染工具 从 DSM 创建彩色晕渲图像。这是可视化高程数据的好方法。更多信息，请参阅 ENVI 帮助中的 地形晕染(在新标签页中打开) 主题。

使用 地形晕染工具 查看 Eugene DSM 晕渲图像的示例。

创建 DSM 后，您可以将其用于以下分析：

  • • 地形分析
  • • 使用 ENVI 的 视域分析工具 进行视域分析（可从 工具栏 访问）
  • • 机动性分析工具，例如 直升机着陆区 或 地形特征线，两者都在 工具箱 的 Mobility 文件夹下。

本快速指南到此结束。

附加资源

SAR Essentials: 通过干涉测量创建数字表面模型 快速指南

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