基于P5像对与GeoEye-1影像的近地表地层产状的提取

刘华国 冉勇康 李 安 徐良鑫 李 峰

1)中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029

2)中国地震灾害防御中心，北京 100029

基于P5像对与GeoEye-1影像的近地表地层产状的提取

刘华国1，2)冉勇康1)*李 安1)徐良鑫1)李 峰1，2)

1)中国地震局地质研究所，国家地震活动断层研究中心，北京 100029

2)中国地震灾害防御中心，北京 100029

通过对P5立体像对、GeoEye-1影像的处理与分析，分别进行了数字高程模型的提取和地层的划分，用检查点法和目视检查法对提取的数字高程模型的误差评估结果显示，误差在5m以内，满足产状提取的要求。根据地层划分结果，在不同时代的地层边界处和同时代地层内部选择岩层三角面发育较好、产状相对稳定的区域，选取用于地层产状提取的点，并获取其三维坐标，然后在MATLAB环境下根据三点法或多点拟合法原理及公式编程提取地层产状。野外验证结果表明，提取的产状倾角误差均在6°以内，其中85%的误差在4°以内，中误差在3°以内，均在定量研究可接受的范围之内，并分析和总结了误差产生的主要原因。研究结果表明，利用P5立体像对与GeoEye-1影像提取近地表地层产状的方法，有效地约束了浅层构造的形态，减少了构造分析的不确定性，对柯坪的构造变形研究具有重要意义。

P5立体像对 GeoEye-1影像 数字高程模型 产状提取

0 引言

柯坪推覆构造系是西南天山前陆褶皱冲断带的重要组成部分，研究它的构造变形对于认识西南天山以及内陆造山过程具有重要意义(冉勇康等，2006;杨晓平等，2006)。但是，由于该区域自然条件恶劣，无河流冲沟切穿巨大褶皱山系，大量人工野外产状实测难度极大，且前陆冲断带往往地势陡峭复杂，受高陡岩层的影响，浅层构造的地震资料响应几乎为空白，仅靠地质图上有限的地层产状难以对构造形态进行约束，导致构造解释的不确定性增加(管树巍等，2003，2007;Hubert-ferrafi et al.，2007)。

前人于20世纪60年代提出了利用航片测量产状的方法(Tator，1960)，利用航片提取地层产状的主要方法有:目视估算法、立体模型测量法(朱亮璞，1994)、地形地质图法、线性投影图解法(陈华慧等，1984)等。目视估算法是根据岩层三角面的形态特征定性地目估岩层产状;立体模型测量法是利用航空相片立体像对在立体镜下建立立体模型，测量视倾角，根据M.H.彼得鲁谢维奇等人推荐的经验公式换算得到真实倾角(朱亮璞，1994);地形地质图法是将岩层界线手绘到地形图上计算倾角，此方法适用于大比例尺地形地质图，且要求在测量范围内岩层产状稳定、无小褶皱或断层干扰(徐开礼等，1989);线性投影图解法又称波尔什尼亚科夫法，即利用透明纸作图解算地层产状(董月华，1998)。这些方法繁琐且精度不高，人为因素的干扰较大，对先验知识和人员要求较高，效率偏低。

随着数字摄影测量等技术的快速发展，利用高分辨率遥感影像、数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)及数字摄影测量等多种手段相结合的方法测量地表岩层产状，已经在构造地质学的定量化研究中得到广泛应用(Berger et al.，1992;Lai et al.，1998;Bilotti et al.，2000;刘杨，2003;Hubert-Ferrari et al.，2007)。Berger等(1992)利用SPOT卫星立体像对进行了地表地层产状提取的研究;美国普里斯顿大学利用航空立体像对和DEM获取的近地表产状和构造信息，约束二维地震反射剖面，并通过研究台湾等地区的构造变形，确定了褶皱、断层的三维构造形态;陈宁华等(2007，2008)利用CORONA像对提取近地表岩层产状，结合其他资料，确定了南天山秋里塔格中段地表精细的构造变形几何形态;宫会玲(2009)利用SPOTHRS提取的DEM开展了安宁河断裂的识别，通过分析微地貌的特点，对安宁河断裂两侧阶地的晚第四纪以来的构造变形进行了研究。本文利用P5立体像对与GeoEye-1相结合的方法提取了近地表地层产状，得到了比较可靠的结果，野外验证显示该方法具有可行性。

1 数据选择与预处理

P5(IRS-P5)卫星是印度于2005年发射的遥感制图卫星，它搭载了2个分辨率为2.5m的全色波段摄像仪，具备真正2.5m的分辨率，获取的地面同一位置的影像像对时差仅为52s，辐射效应基本一致，有利于立体观察和影像的匹配。同时，影像数据的量化值为10位，大大增加了影像的信息量，增强了对比度，提高了地物的识别和影像的匹配能力。获取的像对数据主要用于地形图制图、高程建模等方面，生成的DEM以及制图精度可达1/25000(王树根，2009)，国内学者对利用该卫星影像提取的DEM的精度也进行了试验评估，得到的精度范围为2～7m不等(赵利平等，2007;文学虎等，2008;范兴旺等，2010)。但由于P5为全色的灰度影像，缺乏多光谱数据，影响了地层边界划分与岩层三角面的选取，而TM、ETM+等多光谱影像的空间分辨率精度难以满足测量要求，QuickBird、IKONOS等高分辨率多光谱影像的价格昂贵。基于以上考虑，本文选用了Google Earth(GE)上免费的GeoEye-1高分辨率多光谱影像。GeoEye-1是GeoEye公司于2008年发射的商业对地成像卫星，该卫星具有分辨率高、测图能力强、重访周期短的特点。其全色影像的空间分辨率为0.41m，多光谱影像的空间分辨率为1.65m，定位精度达到3m。考虑到GE的DEM精度低且不具备空间分析功能，故从GE上将GeoEye-1影像下载下来，并将其与P5正射影像匹配到同一坐标系下;进而对纠正匹配好的影像进行图像增强与变换处理，突出影像的纹理和对比度，以提高其图像识别能力。

2 基于P5立体像对的DEM提取及结果评价

立体像对提取DEM的实质是将摄影过程几何反转，获得地面点的高程值，生成DEM。其原理如图1所示，S1、S2是相当于人的双眼的两个摄影站，它们之间的距离为空间摄影基线B，地面目标 A、B、C、D，分别经过 S1、S2 后形成像点 a1、b1、c1、d1(位于 P1图像上)和 a2、b2、c2、d2(位于P2图像上)，根据P1和P2两幅图像中同名点2条反向投影光线，采用前方交会可以确定地面点的高程值(关元秀等，2008;马素颜，2009)。利用高分辨率遥感影像的立体像对提取DEM，主要包括立体像对的相对定向和绝对定向。相对定向是通过解算相对定向元素，恢复摄影成像瞬间立体像对左右像片之间相对位置和姿态的过程，其原理是基于立体像对同名光线成对相交的特性，构造相对定向元素的条件式，列方程组求解出相对定向元素(柴登峰等，2007)。绝对定向是把像方空间坐标系的坐标转换为有地面参考的坐标，获得具有地面参考坐标的数据。但是出于技术保密的考虑，P5卫星不提供严格的传感器物理模型，只提供包含卫星星历及姿态数据等有理函数信息的RPC(Rational Polynomial Coefficients，简称RPC)文件。本文采用普遍适用于高分辨率遥感影像的基于RPC文件的有理函数模型(Rational Function Model，简称RFM)进行几何定位，它是通过有理多项式比值将地面点三维坐标与其对应的二维像点坐标联系起来的一种模型。理论上讲，只用RPC文件内的参数就可以实现像对的相对定向、绝对定向和DEM的提取，但RPC文件参数的精度受制于卫星星历和姿态数据的精度，为了进一步提高RFM的精度，本文加入了地面控制点(Ground Control Point，简称GCP)。实际上，即使GCP数量不多，也可以大大提高数据精度，仅需3个精确或者4个分布良好、精度可靠的GCP，模型的绝对定位精度即可达到2m以内，6～8个GCP就可以达到最优精度(赵利平等，2007;范兴旺等，2010;王红平等，2010)。本文采集了17个有效GCP(图2和表1)，主要分布在牧民的房子拐角(西北或者东北，便于准确定位)、羊圈、大路的交叉点、路坝转折处等，其绝对水平精度和垂直精度均在0.5m以内，主要用于绝对定位(11个)和误差检验(6个)。

图1 基于立体像对提取DEM的原理示意图(据关元秀等，2008;马素颜，2009修改)Fig.1 Schematic diagram of extracting DEM based on stereo images(adapted from GUAN Yuan-xiu et al.，2008;MA Su-yan，2009).

本文利用ERDAS 9.2的数字摄影测量系统Leica Photogrammetry Suite(简称LPS)平台提取DEM。其原理是利用共线方程数学模型，根据输入的GCP和同名点以及RPC文件，计算平面到大地坐标之间的映射关系，主要包括相对定向、绝对定向、核线影像生成、DEM的生成及编辑等。用检查点法和目视检查法对DEM的误差评估结果表明，提取的DEM中误差在5m以内，满足产状测量的要求。

3 基于GeoEye-1影像的地层划分

图2 17个有效GCP的分布图Fig.2 Distribution of seventeen GCP points.

地层产状的提取除了依赖高精度DEM之外，还与地层边界线以及地层内部岩层三角面的准确识别和提取有关。但由于P5像对是全色波段的灰度图像，对于岩性的识别能力弱，难以准确提取地层边界线，影响测量点选取的准确性和地层产状的提取。研究区岩性的差异在GeoEye-1多光谱影像上表现为色调和纹理的明显不同(图3)，本文结合1/20万地质图，采用二维和三维相结合的方法对跨褶皱山系的出露地层进行了边界划分(图4)。研究区出露的主要地层为古生界和新生界，缺失中生界，主要包括寒武系灰白色灰岩、奥陶系浅灰绿色砂页岩、志留系绿色砂岩及页岩、泥盆系红色(砖红色)砂岩及页岩、上新统-下更新统砾岩及砂砾岩、中更新统—全新统碎屑砾石，部分区域出露石炭系、二叠系。

图3 GeoEye-1影像与DEM的叠加显示(左图为沿倾向图，右图为沿走向图)Fig.3 Overlay map of DEM and GeoEye-1 image(the left is dip map，the right is strike map).

由于后期的构造改造，同一时代形成的地层内部的近地表地层产状往往会发生变化，Geo-Eye-1影像不仅可以准确提取不同时代的地层界线，而且可以有效区分同时代地层内部地层露头宽度＞5m的地层，本文在地层内部对色调差异性较大的地层产状进行了产状测量，部分结果如表2所示。无论是在地层边界处还是地层内部，岩层三角面的准确识别对于地层产状的精确提取均具有重要意义。一般说来，岩层三角面具有规模相对较大，沿沟谷和地层走向分布的特点，影像上表现为沿地层走向延伸的色带或者色线分布，通常不切割地层;这些特点有别于断层三角面，断层三角面一般规模相对较小，线性分布明显，且与地层走向无关，常表现为切割不同时代的地层。

4 地层产状的提取及应用

根据GeoEye-1多光谱影像划分地层边界和识别岩层三角面的结果，在岩层三角面上选择用于产状提取的测量点，然后用三点法提取地层产状。三点法提取产状的原理是在同一岩层三角面上选择非共线的三点，根据其三维坐标信息计算其产状，即利用影像的纹理色调等信息差异准确地选择同一岩层界线上的3个点，获取点的平面坐标，再根据与影像相匹配的DEM获取点的高程值，最后，利用点的三维坐标值计算地层产状。其数学解算方法和过程如下(陈宁华等，2007)。根据3个点的三维坐标(x，y，z)，可以确定空间惟一平面，其平面方程可表示为

其中(A，B，C)为平面的法线向量，通过测量平面上非共线3个点的三维坐标，可以确定惟一平面，其倾角θ和走向φ分别为

图4 地层的划分Fig.4 Classification of the stratigraphy.

但是，在某些区域岩层三角面不发育或地层边界线不清楚的情况下，可以根据实际需要采集多个测量点，用多点拟合的方法计算其产状，以消除或降低由于选点不准所带来的误差(刘杨等，2003)。设共有n个点参与平面的拟合，平面方程可表示为

过i点垂直于水平面的直线与拟合平面相交点的高程值为Zi，设

则当S(x，y)最小时，由A、B、C所确定的平面为最佳拟合平面，对式(5)进行求导，整理可得如下方程

根据方程求出A、B、C的值，然后利用公式(2)和(3)，解算平面的产状。

根据三点法(或多点拟合)法原理可知，产状测量的关键在于测量点的精确选取，其精度主要取决于影像和DEM的精度。根据影像光谱特征、空间特征、岩层的接触关系和构造形态等，在地层边界处或地层内部岩层三角面上选点时，尽可能将点分布在岩层的V形三角面发育较好、等高线较平直、产状稳定、两侧岩层色调反差较大、V形山谷或山脊附近(高差较大，可以消除部分系统误差)、河谷两侧(便于野外验证)等位置。而满足以上条件的点毕竟极为有限，对岩层三角面发育不好、色调差异不明显的区域，尽可能多地准确选择有效点，用多点拟合的方法提高精度。选点时，将点与P5灰度图像叠加显示，尽可能避免选择位于阴影区域的点。为了提高精度和效率，在找线选点时，将DEM与正射影像叠加显示的立体透视图作为参考，以弥补二维视觉的不足。将测量点的三维坐标导入MATLAB环境下，根据公式通过编程进行产状的提取，并查看提取结果，排除倾角和倾向与其他结果明显不一致的值。然后，选择通达性相对较好的路线，进行产状的野外验证。本文随机抽取了93个产状(部分倾角提取值和实测值对比见表2)进行对比分析，结果表明倾角误差均＜6°，其中85%的误差＜4°，中误差＜3°，在可以接受的范围之内。

地层产状提取误差产生的主要原因包括地形、地质构造、DEM的精度、影像与DEM的匹配度、点的选取等因素(刘杨等，2003)。误差相对偏大的地层主要是上新统—更新统和泥盆系，前者的误差主要是由倾角较平缓、岩层三角面不发育等因素引起的，后者的误差与岩石的能干性较差、侵蚀严重、岩层三角面不发育等因素有关。除此之外，由于褶皱区经受了强烈的挤压隆升作用，导致局部地层变形较大，而影像提取的产状和实测的产状位置存在出入，会引起局部产状误差。影像校正、匹配过程中也可能产生误差，降低DEM与影像的匹配度，从而对地层界线划分和测量点选择的准确性和精度产生影响。多点拟合法增加了产状测量和结果验证的不确定性。

基于提取的近地表地层产状，结合区域地质图和石油地震反射剖面等资料，本文绘制了一条柯坪推覆构造系第1排褶皱山系的地质剖面(图5)。从图5可以看出，每一套地层都有近地表地层产状进行约束，断层和褶皱的浅部形态得到了有效的控制。现今的柯坪逆断裂-褶皱带由于上盘地层冲断暴露于地表，遭受强烈的风化剥蚀作用，褶皱受到极大破坏而形成单斜山系(Allen et al.，1999;王国林等，2009)。逆冲断层已冲出地表，压在新生代地层之上，形成上陡下缓的“犁形”断层。结果显示地层产状对浅层构造形态进行了有效的约束和控制，弥补了由于高陡岩层的影响导致浅层构造的地震资料响应几乎为空白的不足。

图5 柯坪推覆构造的地质剖面Fig.5 Geological profile of Kalpin thrust tectonic.

5 结果和讨论

以P5立体像对和GeoEye-1多光谱影像为数据源，以柯坪推覆构造系为实验区，根据数字摄影测量原理，进行了近地表地层产状提取的尝试，取得了以下初步认识:

(1)利用P5立体像对提取的DEM和根据GeoEye-1多光谱影像识别与划分的地层界线结果，满足地层产状的测量要求。

(2)野外实测产状的验证结果表明，利用上述本文方法提取的该区域近地表地层倾角误差均＜6°，其中85%的误差在4°以内，中误差在3°以内，在定量研究可以接受的范围之内。

(3)实践表明，基于P5立体像对与GeoEye-1影像相结合提取近地表地层产状的方法具有可行性，有效控制了浅层构造的形态，减少了构造分析的不确定性，对柯坪的构造变形研究具有重要意义。

虽然本文通过高分辨率遥感影像的定量研究，一定程度上降低了不利自然条件的影响，提高了工作效率，但是还有值得进一步探讨的方面。由于区域条件限制，利用P5像对提取DEM的野外控制点和检验点相对较少，且山区易形成阴影区，这些都会影响DEM的提取、定位精度和精度评价。从GE上下载的GeoEye-1影像校正存在误差，影响测量点的准确定位，增加了产状提取的不确定性。

致谢 感谢中国地震局地质研究所陈立春副研究员和魏占玉博士在产状提取中给予的指导和帮助，感谢审稿专家提出的宝贵意见和建议。

柴登峰，张登荣.2007.高分辨率卫星影像几何处理方法［M］.杭州:浙江大学出版社.

CHAI Deng-feng，ZHANG Deng-rong.2007.Geometric Rectification Methods of High Resolution Satellite Image［M］.Zhejiang University Press，Hangzhou(in Chinese).

陈华慧.1984.遥感地质学［M］.北京:地质出版社.

CHEN Hua-hui.1984.Geological Remote Sensing［M］.Geological Publishing House，Beijing(in Chinese).

陈宁华.2008.基于影像的构造定量分析:以库车前陆冲断带为例［D］:［学位论文］.杭州:浙江大学.

CHEN Ning-hua.2008.Quantitative structural analysis based on Corona imagery:A case study in the Kuqa foreland fold-thrust belt，southern Tianshan Mountains，China ［D］.Dissertation.Zhejiang University，Hangzhou(in Chinese).

陈宁华，汪新，杨树峰.2007.基于CORONA影像的浅层地层信息定量提取［J］.浙江大学学报(工学版)，41(4):662—667.

CHEN Ning-hua，WANG Xin，YANG Shu-feng.2007.Quantitaitve extraction of shallow stratum information based on Corona imagery［J］.Journal of Zhejing University(Engineering Science)，41(4):662—667(in Chinese).

董月华.1998.遥感地质学［M］.武汉:中国地质大学.

DONG Yue-hua.1998.Geological Remote Sensing［M］.China University of Geosciences，Wuhan(in Chinese).

范兴旺，翁永玲，胡伍生，等.2010.IRS-P5立体像对提取 DEM及精度评价［J］.遥感技术与应用，25(4):547—551.

FAN Xing-wang，WENG Yong-ling，HU Wu-sheng，et al.2010.DEM extraction and accuracy assessment based on IRS-P5 stereo iamges［J］.Remote Sensing Technology and Application，25(4):547—551(in Chinese).

宫会玲.2009.安宁河断裂带晚第四纪变形的数字地形分析［D］:［学位论文］.北京:中国地震局地质研究所.

GONG Hui-ling.2009.The digital terrain analysis of late Quaternary deformation of Anninghe Fault zone［D］.Dissertation.Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing(in Chinese).

管树巍，汪新，杨树锋，等.2003.南天山库车秋里塔格褶皱带三维构造分析［J］.地质论评，49(5):464—473.

GUAN Shu-wei，WANG Xin，YANG Shu-feng，et al.2003.3-D structural analysis on the Kuqa's anticline zone of thesouthern Tianshan Mountains，China［J］.Geological Review，49(5):464—473(in Chinese).

管树巍，李本亮，何登发，等.2007.晚新生代以来天山南、北麓冲断作用的定量分析［J］.地质学报，81(6):725—744.

GUAN Shu-wei，LI Ben-liang，HE Deng-fa，et al.2007.Late Cenozoic active fold-and-thrust belts in the southern and northern flanks of Tianshan［J］.Acta Geologica Sinica，81(6):725—744(in Chinese).

关元秀，程晓阳.2008.高分辨率卫星影像处理指南［M］.北京:科学出版社.

GUAN Yuan-xiu，CHENG Xiao-yang.2008.Guidelines for High Resolution Satellite Images［M］.Science Press，Beijing(in Chinese).

刘杨.2003.利用遥感技术进行浅表地质构造重建的方法研究［D］:［学位论文］.北京:中国石油勘探开发研究院.

LIU Yang.2003.Application of remote sensing in the shallow geological structure rebuilding ［D］.Dissertation.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Beijing(in Chinese).

马素颜.2009.基于高分辨率卫星遥感数据提取DEM方法研究［D］:［学位论文］.上海:华东师范大学.

MA Su-yan.2009.Research on the extraction of DEM based on high resolution remotely-sensed data［D］.Dissertation.East China Normal University，Shanghai(in Chinese).

冉勇康，杨晓平，徐锡伟，等.2006.西南天山柯坪推覆构造东段晚第四纪变形样式与缩短速率［J］.地震地质，28(2):179—193.

RAN Yong-kang，YANG Xiao-ping，XU Xi-wei，et al.2006.Deformation pattern and shortening rates in the east part of Kalpin thrust system in southwest Tianshan during late Quaternary ［J］.Seismology and Geology，28(2):179—193(in Chinese).

王国林，李曰俊，孙建华，等.2009.塔里木盆地西北缘柯坪冲断带构造变形特征［J］.地质科学，44(1):50—62.

WANG Guo-lin，LI Yue-jun，SUN Jian-hua，et al.2009.Structural deformation characteristics of the Kalpin thrust belt，NW Tarim［J］.Chinese Journal of Geology，44(1):50—62(in Chinese).

王红平，刘修国，罗红霞，等.2010.基于RPC模型的IRS-P5影像正射校正［J］.地球科学-中国地质大学学报，35(3):485—489.

WANG Hong-ping，LIU Xiu-guo，LUO Hong-xia，et al.2010.IRS-P5 satellite image ortho corrections using PRC model［J］.Earth Science-Journal of China University of Geosciences，35(3):485—489(in Chinese).

王树根.2009.摄影测量原理与应用［M］.武汉:武汉大学出版社.

WANG Shu-gen.2009.The Principles and Application of Photogrammetry ［M］.Wuhan University Press，Wuhan(in Chinese).

文学虎，鲁小丫，倪文辉.2008.利用P5影像更新基础地理信息数据的探讨［J］.遥感信息，3:74—76.

WEN Xue-hu，LU Xiao-ya，NI Wen-hui.2008.Discussion on the updating of fundamental geographic information based on P5 imagery［J］.Remote Sensing Information，3:74—76(in Chinese).

徐开礼，朱志澄.1989.构造地质学(第二版)［M］.北京:地质出版社.

XU Kai-li，ZHU Zhi-cheng.1989.Structural Geology(Version 2)［M］.Geological Publishing House，Beijing(in Chinese).

杨晓平，冉勇康，宋方敏，等.2006.西南天山柯坪推覆构造带的地壳缩短分析［J］.地震地质，28(2):194—204.

YANG Xiao-ping，RAN Yong-kang，SONG Fang-min，et al.2006.The analysis for curst shortening rate of Kalpin thrust tectonic zone，southwestern Tianshan，Xinjiang，China ［J］.Seismology and Geology，28(2):194—204(in Chinese).

赵利平，刘凤德，李健，等.2007.印度测图卫星IRS-P5定位精度初步研究［J］.遥感信息，2:63—68.

ZHAO Li-ping，LIU Feng-de，LI Jian，et al.2007.Preliminary research on position accuracy of IRS-P5 ［J］.Remote Sensing Informtion，2:63—68(in Chinese).

朱亮璞.1994.遥感地质学［M］.北京:地质出版社.

ZHU Liang-pu.1994.Geological Remote Sensing［M］.Geological Publishing House，Beijing(in Chinese).

Allen M B，Vincent S J，Wheeler P J.1999.Late Cenozoic tectonics of the Kepingtage thrust zone:Interactions of the Tien Shan and Tarim Basin，northwest China［J］.Tectonics，18(4):639—654.

Berger Z，Lee T H，Anderson D W.1992.Geologic stereo mapping of geologic structure with SPOT satellite data［J］.AAPG Bulletin，76:10—120.

Bilotti F，Shaw J H，Brennan P A.2000.Quantitative structural analysis with stereoscopic remote sensing image［J］.AAPG Bulletin，84(6):727—740.

Hubert-ferrafi A，Suppe J，Gonzalez-Mieres R，et al.2007.Mechanisms of active folding of the landscape(southern Tianshan，China)［J］.Journal of Geophysical Research，112，B03S09.

Lai K Y，Nagano S，Kawaba K.1998.Construction and analysis of interpreted fracture planes through combination of satellite image derived lineaments and digital elevation model data［J］.Comput Geosci，24:573—583.

Tator B A.1960.Photo Interpretation in Geology，Manual of Photographic Interpretation［M］.American Society of Photogrammetry，Washington D C，169—342.

ATTITUDE EXTRACTION OF SHALLOW STRATUM BASED ON P5 STEREO IMAGES AND GEOEYE－1 IMAGE

LIU Hua-guo1，2)RAN Yong-kang1)LI An1)XU Liang-xin1)LI Feng1，2)
1)National Center for Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)China Earthquake Disaster Prevention Center，Beijing 100029，China

In this paper，P5 stereo images and GeoEye-1 image are firstly processed and analysed in order to extract digital elevation model(DEM)and divide stratum.The perpendicular root mean square of extracted DEM is within 5meters in residual elevation report using methods of check point and visual inspection.According to the stratigraphic classification，measure points which are located at boundary or inner stratum are chosen at regions with better triangular facet of rock and stable attitude，and then the attitude of stratum is extracted using three-dimensional data of the measure points through programming in MATLAB environment based on three-point method or multiple-point fitting method.Based on field survey，the measurement residual of dip angles is within 6 degrees，and 85%are less than 4 degrees.And the root mean square of the angles is less than 3 degree.At the same time，seasons of residual generation are concluded，including geological structure，topography，accuracy of DEM，matching degree of DEM and images，the location of chosen point and so on.It is suggested that the method of stratigraphic attitude extraction using P5 stereo images and GeoEye-1 image is less restricted by worse natural conditions.Not only can the method restrict the profile of shallow tectonics，but also can cover the shortage of attitude of stratum and have great significance for reducing uncertainty of Kalpin thrust tectonic deformation research.It provides a new way for quantitative research of structural geology，and also provides references for similar regions.

P5 stereo images，GeoEye-1 image，digital elevation model，attitude extraction

P315.2

A

0253-4967(2011)04-0951-12

2011-08-22收稿，2011-11-04改回。

国家自然科学基金(40872130)与财政部重大专项“我国地震重点监测防御区活动断层地震危险性评价”共同资助。

* 通讯作者:冉勇康，研究员，电话:010-62009213，E-mail:ykran@263.net。

刘华国，男，1982年生，2011年毕业于中国地震局地质研究所，获构造地质学硕士学位，研究实习员，主要从事活动构造、工程地震等方面的研究，电话010-82028100-3098，E-mail:cedpclhg@163.com 或 dzslhg@163.com。