一种基于insar制作dem的水域高程处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，包括步骤：一、获取被测量区域原始测量数据；二、水域高程处理：对被测量区域内静止水域和/或流动水域进行高程处理；静止水域处理过程如下：2011、置平判断；2012、置平处理，包括步骤：Ⅰ、水涯线提取；II、水涯线赋高程值；III、水面高程修正；流动水域处理过程如下：2021、高程平差判断；2022、高程平差处理，包括步骤：ⅰ、水涯线提取；ⅱ、水涯线高程赋值与平差处理；ⅲ、构建不规则三角网及内插水面高程；ⅳ、水面高程修正。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速且高质量完成水域高程处理过程，所制作DEM的高程精度较高。
【专利说明】—种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达干涉测量【技术领域】，尤其是涉及一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法。
【背景技术】
[0002]INSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar ;简称:干涉雷达测量)技术源于美国，在欧美发达国家得到不断完善与成熟，其应用领域也得到不断推广。我国在近几年开展了机载高分辨率InSAR技术，在地形测绘方面的应用研究。合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术，特别是机载高分辨率InSAR技术作为一种新的、先进的技术手段，已经逐渐应用于地形测绘。通过机载INSAR获得的高程数据，经过滤波处理后只能得到一个相应于参照影像每一点处的地面高程数值集合，还不能称为数字高程模型(DEM)，准确地说应为数字表面模型(DSM)。因为上述地面高程数值集合中还存在以下两个问题没有解决:第一、包含了非地表的高程信息，如房屋、树林等地物的高程信息；第二、包含了不合理的高程信息，如静止水面的高程未置平、流动水域高程未平缓过渡等不合理的高程信息，以上两个问题是目前制作DEM中的技术瓶颈问题。地球上的表层水域分为静止水域和流动水域两种，其中静止水域是指水面高程均相同的不流动水域，如湖泊、水池、池塘等；流动水域是指水面高程不同的流动水域，如河流、小溪等。由于目前制作DEM中存在上述技术瓶颈问题，因而基于机载INSAR制作数字高程模型(DEM)时，存在以下两个难题:第一、制作DEM存在技术瓶颈问题，并且制作DEM的效率和质量均较低；第二、传统光学系统的技术规范已经无法指导机载INSAR制作DEM。
[0003]综上，现如今缺少一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，能简便、快速且高质量完成水域高程处理过程，所制作DEM的高程精度较高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速且高质量完成水域高程处理过程，所制作DEM的高程精度较高。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0006]步骤一、获取被测量区域的原始测量数据:采用机载干涉合成孔径雷达对被测量区域的地形进行飞行扫描，获得被测量区域的原始DEM数据和原始DOM数据；所述原始DEM数据为数字高程数据，所述原始DOM数据为数字正射影像数据；
[0007]步骤二、水域高程处理:对被测量区域内的静止水域和/或流动水域进行高程处理；其中，对所述静止水域进行高程处理时，根据步骤一中所获得的所处理静止水域的原始DEM数据，对所处理静止水域进行置平处理，过程如下:[0008]步骤2011、置平判断:通过检查当前所处理静止水域的原始DEM数据，判断当前所处理静止水域是否置平:当检查得出当前所处理静止水域的原始DEM数据中包含多个不同高程值时，说明当前所处理静止水域未置平，并进入步骤2012进行置平处理；否则，说明当前所处理静止水域已置平，且当前所处理静止水域的水域高程处理过程结束；
[0009]步骤2012、置平处理，包括以下步骤:
[0010]步骤1、水涯线提取:提取当前所处理静止水域的水涯线，此时所提取的水涯线为封闭曲线；
[0011]步骤I1、水涯线赋高程值:将当前所处理静止水域的实际水位高程，赋给步骤I中所提取的水涯线；
[0012]步骤II1、水面高程修正:将当前所处理静止水域的水面高程，均修改为步骤II中当前所处理静止水域的实际水位高程，使得步骤I中所提取水涯线内水面的高程值均与所述水涯线的高程值一致；
[0013]对所述流动水域进行高程处理时，根据步骤一中所获得的所处理流动水域的原始DEM数据，对所处理流动水域进行高程平差处理，过程如下:
[0014]步骤2021、高程平差判断:通过检查当前所处理流动水域的原始DEM数据，判断当前所处理流动水域是否需进行高程平差处理:当检查得出按照水流动方向当前所处理流动水域的原始DEM数据的水位高程值均由大到小平缓变化时，说明当前所处理流动水域无需进行高程平差处理，且当前所处理流动水域的水域高程处理过程结束；否则，说明当前所处理流动水域需进行高程平差处理，并进入步骤2022进行高程平差处理；
[0015]步骤2022、高程平差处理，包括以下步骤:
[0016]步骤1、水涯线提取:按照水流动方向，分别提取当前所处理流动水域两岸的水涯线.[0017]步骤i1、水涯线高程赋值与平差处理:对步骤i中所提取的两岸水涯线分别进行高程赋值与平差处理，且二者的高程赋值与平差处理方法相同；实际进行高程赋值与平差处理时，先对当前所处理水涯线上多个点位的实际高程值进行确定，并将所确定的高程值分别赋给当前所处理水涯线上对应的点位，再采用内插平差法对当前所处理水涯线上前后相邻两个点位之间各点位的高程值进行确定；
[0018]步骤ii1、构建不规则三角网及内插水面高程:先删除步骤i中所提取两岸水涯线之间的水面高程数据，再利用步骤ii中两岸水涯线上所赋的高程值构建不规则三角网并内插得出两岸水涯线之间水面上各点位的高程值；
[0019]步骤iv、水面高程修正:根据步骤iii中内插得出的两岸水涯线之间水面上各点位的高程值，对当前所处理流动水域上对应点位的水面高程进行修改。
[0020]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤二中进行水域高程处理之前，先将步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据均输入至数据处理器；步骤二中进行水域高程处理时，采用所述数据处理器进行处理。
[0021]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤II中进行水涯线赋高程值时，先通过外业实测或采用航测内业分析方法，获取当前所处理静止水域的实际水位高程；采用航测内业分析方法获取当前所处理静止水域的实际水位高程时，通过分析当前所处理静止水域的原始DEM数据或其水涯线的等高线数据，对当前所处理静止水域的实际水位高程进行确定；
[0022]步骤ii中对当前所处理水涯线上多个点位的实际高程值进行确定时，通过外业实测或采用航测内业分析方法，获取当前所处理流动水域的实际水位高程；采用航测内业分析方法获取当前所处理流动水域的实际水位高程时，通过分析当前所处理流动水域的原始DEM数据或与其两岸水涯线相交的等高线数据，对当前所处理流动水域水涯线上多个点位的实际水位高程进行确定。
[0023]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤III中水面高程修正完成后，获得修正后的当前所处理静止水域的DEM数据，之后还需进入步骤IV，进行
置平复查；
[0024]步骤IV、置平复查:对步骤III中修正后的当前所处理静止水域的DEM数据进行检查，并判断当前所处理静止水域是否置平:当判断得出当前所处理静止水域已置平时，当前所处理静止水域的水域高程处理过程结束；否则，返回步骤III，重新进行水面高程修正；[0025]步骤iv中水面高程修正完成后，获得修正后的当前所处理流动水域的DEM数据，之后还需进入步骤V，进行高程平差复查；
[0026]步骤V、高程平差复查:对步骤iv中修正后的当前所处理流动水域的DEM数据进行检查，并按照步骤2021中所述的方法判断当前所处理流动水域是否需重新进行高程平差处理:当判断得出当前所处理流动水域需重新进行高程平差处理时，返回步骤?，重新进行水涯线高程赋值与平差处理；否则，当前所处理流动水域的水域高程处理过程结束。
[0027]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤2011中判断当前所处理静止水域是否置平时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理静止水域内是否存在等高线进行判断:当当前所处理静止水域内存在等高线时，说明当前所处理静止水域未置平；否则，说明当前所处理静止水域已置平；
[0028]步骤IV中判断当前所处理静止水域是否置平时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的原始DOM数据和步骤III中修正后的当前所处理静止水域的DEM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域修正后的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理静止水域内是否存在等高线进行判断:当当前所处理静止水域内存在等高线时，说明当前所处理静止水域未置平；否则，说明当前所处理静止水域已置平。
[0029]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤2021中判断当前所处理流动水域是否需进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当当前所处理流动水域内与两岸水涯线相交的同值等高线两侧形状对称且与两侧水涯线各仅相交一次时，说明当前所处理流动水域无需进行高程平差处理，当前所处理流动水域的水域高程处理过程结束；否则，说明当前所处理流动水域需进行高程平差处理；[0030]步骤V中判断当前所处理流动水域是否需重新进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的原始DOM数据和步骤iv中修正后的当前所处理流动水域的DEM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域修正后的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当当前所处理流动水域内与两岸水涯线相交的同值等高线两侧形状对称且与两侧水涯线各仅相交一次时，说明当前所处理流动水域无需进行高程平差处理，当前所处理流动水域的水域高程处理过程结束；否则，需对当前所处理流动水域重新进行高程平差处理。
[0031]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:将步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据均输入至数据处理器时，通过I/O接口输入；并且，输入至所述数据处理器后，先通过所述数据处理器对所输入的原始DEM数据和原始DOM数据进行读取；当不能对所输入原始DEM数据和原始DOM数据进行读取时，所述数据处理器调用数据格式转换模块分别对原始DEM数据和原始DOM数据的数据格式进行转换，并将所输入的原始DEM数据和原始DOM数据转换为所述数据处理器能识读的数据格式。
[0032]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤ii中对两岸水涯线分别进行高程赋值与平差处理时，两岸水涯线上相对应点位的高程值一致。
[0033]上述一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征是:步骤ii中采用内插平差法对当前所处理水涯线上前后相邻两个点位之间各点位的高程值进行确定时，按照公
【权利要求】
1.一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、获取被测量区域的原始测量数据:采用机载干涉合成孔径雷达对被测量区域的地形进行飞行扫描，获得被测量区域的原始DEM数据和原始DOM数据；所述原始DEM数据为数字高程数据，所述原始DOM数据为数字正射影像数据； 步骤二、水域高程处理:对被测量区域内的静止水域(I)和/或流动水域(2)进行高程处理；其中，对所述静止水域(I)进行高程处理时，根据步骤一中所获得的所处理静止水域Cl)的原始DEM数据，对所处理静止水域(I)进行置平处理，过程如下: 步骤2011、置平判断:通过检查当前所处理静止水域(I)的原始DEM数据，判断当前所处理静止水域(I)是否置平:当检查得出当前所处理静止水域(I)的原始DEM数据中包含多个不同高程值时，说明当前所处理静止水域(I)未置平，并进入步骤2012进行置平处理；否则，说明当前所处理静止水域(I)已置平，且当前所处理静止水域(I)的水域高程处理过程结束； 步骤2012、置平处理，包括以下步骤: 步骤1、水涯线提取:提取当前所处理静止水域(I)的水涯线，此时所提取的水涯线为封闭曲线； 步骤I1、水涯线赋高程值:将当前所处理静止水域(I)的实际水位高程，赋给步骤I中所提取的水涯线； 步骤II1、水面高程修正:将当前所处理静止水域(I)的水面高程，均修改为步骤II中当前所处理静止水域(I)的实际水位高程，使得步骤I中所提取水涯线内水面的高程值均与所述水涯线的高程值一致；` 对所述流动水域(2)进行高程处理时，根据步骤一中所获得的所处理流动水域(2)的原始DEM数据，对所处理流动水域(2)进行高程平差处理，过程如下: 步骤2021、高程平差判断:通过检查当前所处理流动水域(2)的原始DEM数据，判断当前所处理流动水域(2)是否需进行高程平差处理:当检查得出按照水流动方向当前所处理流动水域(2)的原始DEM数据的水位高程值均由大到小平缓变化时，说明当前所处理流动水域(2)无需进行高程平差处理，且当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束；否贝U，说明当前所处理流动水域(2)需进行高程平差处理，并进入步骤2022进行高程平差处理； 步骤2022、高程平差处理，包括以下步骤: 步骤1、水涯线提取:按照水流动方向，分别提取当前所处理流动水域(2)两岸的水涯线.步骤i1、水涯线高程赋值与平差处理:对步骤i中所提取的两岸水涯线分别进行高程赋值与平差处理，且二者的高程赋值与平差处理方法相同；实际进行高程赋值与平差处理时，先对当前所处理水涯线上多个点位的实际高程值进行确定，并将所确定的高程值分别赋给当前所处理水涯线上对应的点位，再采用内插平差法对当前所处理水涯线上前后相邻两个点位之间各点位的高程值进行确定； 步骤ii1、构建不规则三角网及内插水面高程:先删除步骤i中所提取两岸水涯线之间的水面高程数据，再利用步骤ii中两岸水涯线上所赋的高程值构建不规则三角网并内插得出两岸水涯线之间水面上各点位的高程值；步骤iv、水面高程修正:根据步骤iii中内插得出的两岸水涯线之间水面上各点位的高程值，对当前所处理流动水域(2)上对应点位的水面高程进行修改。
2.按照权利要求1所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤二中进行水域高程处理之前，先将步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据均输入至数据处理器；步骤二中进行水域高程处理时，采用所述数据处理器进行处理。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤II中进行水涯线赋高程值时，先通过外业实测或采用航测内业分析方法，获取当前所处理静止水域(I)的实际水位高程；采用航测内业分析方法获取当前所处理静止水域(I)的实际水位高程时，通过分析当前所处理静止水域(I)的原始DEM数据或其水涯线的等高线数据，对当前所处理静止水域(I)的实际水位高程进行确定； 步骤ii中对当前所处理水涯线上多个点位的实际高程值进行确定时，通过外业实测或采用航测内业分析方法，获取当前所处理流动水域(2)的实际水位高程；采用航测内业分析方法获取当前所处理流动水域(2)的实际水位高程时，通过分析当前所处理流动水域(2)的原始DEM数据或与其两岸水涯线相交的等高线数据，对当前所处理流动水域(2)水涯线上多个点位的实际水位高程进行确定。
4.按照权利要求1或2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤III中水面高程修正完成后，获得修正后的当前所处理静止水域(I)的DEM数据，之后还需进入步骤IV，进行置平复查； 步骤IV、置平复查:对步骤III中修正后的当前所处理静止水域(I)的DEM数据进行检查，并判断当前所处理静止水域(I)是否置平:当判断得出当前所处理静止水域(I)已置平时，当前所处理静止水域(`I)的水域高程处理过程结束；否则，返回步骤III，重新进行水面高程修正； 步骤iv中水面高程修正完成后，获得修正后的当前所处理流动水域(2)的DEM数据，之后还需进入步骤V，进行高程平差复查； 步骤V、高程平差复查:对步骤iv中修正后的当前所处理流动水域(2)的DEM数据进行检查，并按照步骤2021中所述的方法判断当前所处理流动水域(2)是否需重新进行高程平差处理:当判断得出当前所处理流动水域(2)需重新进行高程平差处理时，返回步骤ii，重新进行水涯线高程赋值与平差处理；否则，当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束。
5.按照权利要求2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤2011中判断当前所处理静止水域(I)是否置平时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理静止水域(I)内是否存在等高线进行判断:当当前所处理静止水域(I)内存在等高线时，说明当前所处理静止水域(I)未置平；否则，说明当前所处理静止水域(I)已置平； 步骤IV中判断当前所处理静止水域(I)是否置平时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的原始DOM数据和步骤III中修正后的当前所处理静止水域(I)的DEM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域修正后的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理静止水域(I)内是否存在等高线进行判断:当当前所处理静止水域(I)内存在等高线时，说明当前所处理静止水域(I)未置平；否则，说明当前所处理静止水域(I)已置平。
6.按照权利要求2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤2021中判断当前所处理流动水域(2)是否需进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的同值等高线两侧形状对称且与两侧水涯线各仅相交一次时，说明当前所处理流动水域(2)无需进行高程平差处理，当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束；否则，说明当前所处理流动水域(2)需进行高程平差处理； 步骤V中判断当前所处理流动水域(2)是否需重新进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的原始DOM数据和步骤iv中修正后的当前所处理流动水域(2)的DEM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域修正后的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的同值等高线两侧形状对称且与两侧水涯线各仅相交一次时，说明当前所处理流动水域(2)无需进行高程平差处理，当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束；否则，需对当前所处理流动水域(2)重新进行高程平差处理。
7.按照权利要求2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:将步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据均输入至数据处理器时，通过I/O接口输入；并且，输入至所述数据处理器后，先通过所述数据处理器对所输入的原始DEM数据和原始DOM数据进行读取；当不能对所输入原始DEM数据和原始DOM数据进行读取时，所述数据处理器调用数据格式转换模块分别对原始DEM数据和原始DOM数据的数据格式进行转换，并将所输入的原始DEM数据和原始DOM数据转换为所述数据处理器能识读的数据格式。
8.按照权利要求1或2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤ii中对两岸水涯线分别进行高程赋值与平差处理时，两岸水涯线上相对应点位的高程值一致。
9.按照权利要求1或2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤ii中采用内插平差法对当前所处理水涯线上前后相邻两个点位之间各点位的高程值进行确定时，按照公式
10.按照权利要求2所述的一种基于INSAR制作DEM的水域高程处理方法，其特征在于:步骤2021中判断当前所处理流动水域(2)是否需进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的所述原始DEM数据和原始DOM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当与两岸水涯线相交的所有等高线均不存在高程误差时，说明当前所处理流动水域(2)不需进行高程平差处理，当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束；否则，说明当前所处理流动水域(2)需进行高程平差处理； 步骤V中判断当前所处理流动水域(2)是否需重新进行高程平差处理时，采用生成等高线的方法进行判断；实际进行判断时，根据步骤一中所获得被测量区域的原始DOM数据和步骤iv中修正后的当前所处理流动水域(2)的DEM数据，且采用所述数据处理器生成被测量区域修正后的等高线图，并对所生成等高线图中当前所处理流动水域(2)内与两岸水涯线相交的等高线进行判断:当与两岸水涯线相交的所有等高线均不存在高程误差时，说明当前所处理流动水域(2)不需进行高程平差处理，当前所处理流动水域(2)的水域高程处理过程结束；否则，需对当前所处理流动水域(2)重新进行高程平差处理； 步骤2021和步骤V中，对与两岸水涯线相交的等高线是否存在高程误差进行判断时，采用外业实测的方法对当前所判断等高线与两岸水涯线相交的两个点位的高程进行实测，当两个点位的实测高程值不同时，说明当前所判断等高线存在高程误差；否则，说明当前所判断等高线不存在高 程误差。
【文档编号】G01C13/00GK103868503SQ201410117111
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】原喜屯, 苗小利, 黄晓艳 申请人:西安煤航信息产业有限公司