InSAR 技术匹配DSM 产品的对比与分析

黄 波，赵 淮，朱仁义

（1. 自然资源部第一地理信息制图院，陕西 西安 710054）

数字表面模型（DSM）是指包含地表建筑物、桥梁、植被等高度的地面高程模型，是最真实地表达地面起伏情况的一种产品[1]。目前，基于光学数据生产DSM产品的工艺流程已比较成熟，成果质量也能达到1∶50 000 的精度要求；但光学数据存在一定的盲区和未覆盖区域，从而制约了DSM产品的全域性。SAR数据具有全天时、全天候工作成像的能力以及抗云雾干扰和穿透某些地物表面的特点[2]，能获取较丰富的地面信息，这一特性很好地弥补了光学数据的不足；加之近年来越来越多搭载SAR传感器的卫星被成功发射并投入使用，使其成为目前研究最多的工作方式[3]。

鉴于此，本文以德国TanDEM-X干涉测量下的数据为原始数据，以中西部某区域为实验区，选取4款主流匹配软件进行DSM 产品生产测试；通过基线估算、干涉图生产、滤波和相干性计算、相位解缠等步骤[4]，从硬件需求、软件操作、运行效率、精度检测、晕渲效果等方面仔细对比分析了DSM匹配的结果，验证了InSAR技术匹配DSM产品的可行性与可靠性。

1 测试区域和数据来源

1）测试区域。测试区域位于中西部地区，地貌类型包括平地、丘陵、山地和高山地，地物要素丰富，涉及的城市人工建筑物密集、自然植被多样、水域丰富、交通复杂。

2）测试原始数据。TanDEM-XSAR 数据采用X波段微波信号（波长为0.031 m）[5]，升轨和降轨两套数据。

3）外部参考数据。外部参考数据采用重采样后分辨率为10 m的SRTM数据，由美国奋进号航天飞机用雷达测图技术获取的60°N～56°S间陆地地表80%面积的数据，经NASA“喷气推进实验室”处理完成[6]，高程基准为大地高。

4）精度检测数据。精度检测数据采用1∶50 000地形图数据中的控制点数据。

5）晕渲展示软件。晕渲展示软件采用ArcGIS 软件图像增强工具。

2 软件测试情况

2.1 硬件需求

测试采用的处理 器 为 Inter（R）Xeno（R）CPU E5-1650 v4 @3.60GHz， 内 存 为 32.0 GB， 64 位 操作系统。根据测试结果，本文整理了4 款软件对硬件的需求以及软件操作和运行效率，如表1所示。

表1 4款软件对比分析表

2.2 晕渲效果

根据测试区的地形地貌，结合光学DOM 数据，本文分别罗列了4 款软件在平地、丘陵地、山地和高山地的晕渲效果以及地物表达的精细度，具体如表2~4所示。

表2 平地晕渲效果

2.3 精度检测

本文基于1∶50 000 地形图数据中的控制点数据，选择了38个控制点进行精度检测。控制点分布和检测结果如图1、表5所示。

表5 控制点分布与精度检测结果/m

图1 控制点分布示意图

3 软件综合评价

根据客观测试的结果，本文从硬件需求、软件操作、运行效率、精度检测、晕渲效果等方面对4 款主流软件进行了综合评价。

表3 丘陵地晕渲效果

A 软件能进行升轨数据融合，相互补充解缠错误区域，并能根据不同地形分别设置参数，提高匹配精度；但前期需要对每一景地形类别进行分析确定。从精度检测和晕渲效果来看，地物表达较丰富，精度也较高，噪声相对较少，后期人工编辑工作量较少，能较好地应用于实际生产中。B 软件一键操作，无需设置任务参数；但匹配结果存在条纹状纹理，山区更明显，建议增加升降轨融合互补功能，优化算法，剔除条纹状纹理。C 软件可添加外部辅助数据（如全球植被覆盖数据），且匹配过程中的每个步骤均生成相应的过程文件，方便查看过程结果；但运行环境不稳定，易死机。由于解缠区域较大，且存在大量残差点[7]，掩膜区域直接使用外部参考DEM 数据，导致匹配DSM存在多块补丁现象，建议增加升降轨融合互补功能，掩码文件先经过人工编辑，再有针对性地进行批量替补，提高数据质量，避免匹配结果出现大量的跳变。D 软件的界面交互性较好，但不能进行批量匹配，地貌细节丢失较严重，平坦区域鳞片状、山地区域斜纹状较严重，建议增加升降轨融合互补功能，优化算法，丰富地貌细节，剔除异常晕渲。

表4 山地、高山地晕渲效果

4 结 语

本文选取中西部某一丰富地形地貌区域为测试区，采用德国TanDEM-X 干涉测量的升轨和降轨数据，以SRTM 为外部参考数据，从硬件需求、软件操作、运行效率、精度检测、晕渲效果等方面对4 款主流匹配软件进行了测试，并利用控制点进行精度检测和对比分析，甄选了较合适的匹配软件。测试不仅对匹配软件进行了细致的对比分析，而且对生产流程和参数设置进行了梳理，验证了InSAR技术匹配DSM产品的可行性和可靠性，很好地弥补了光学数据的局限性，保证了大区域DSM产品的完整性，进而为相关行业提供较高精度的全域性DSM产品。