机载激光雷达技术在地质灾害调查中的应用——以四川九寨沟7.0级地震为例

九寨沟7.0级地震诱发的地质灾害具有高位滑坡远程灾害的特点,传统地质灾害排查手段无法有效解决隐患的早期识别问题。本文采用机载激光雷达测量技术,快速获取九寨沟地震核心景区的激光点云数据。通过构建高精度数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM),建立三维地质灾害解译场景,利用数字地形分析、地形形态学分析和计算机图像识别等技术,综合开展九寨沟高位远程区域内隐蔽性强、随机性大的地质灾害隐患早期识别与分析。应用实践表明,机载激光雷达测量技术可以提高九寨沟地震灾区地质灾害隐患的早期识别能力,对进一步提高综合防灾减灾能力提供了一些可借鉴的思路。     

基于无人机摄影测量技术的地震地表破裂带定量参数提取 ——以1709年中卫南M7½地震为例

本文首先介绍了无人机摄影测量技术获取数字高程模型(digital elevation model,缩写为DEM)和地貌数据(正射影像)的作业流程,对比分析了三种不同质量密集点云生成的DEM在水平位置和高程上的差异;然后以1709年中卫南M7?大地震的主体地表破裂带为例,提取其上地震断层的垂直位错量和水平位移量.研究结果...     

基于InSAR技术的淮南矿区DEM重建及精度分析

对于易发生地表形变的区域,传统DEM模型如SRTM,逐渐失去其时效特性,不能准确的描述地质特征,亟待更新重建.本文基于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)采用SAR影像复数据相位信息提取地面三维信息的新技术,介绍了合成孔径雷达干涉测量数字高程模型建立的原理和方法.在此基础上,选取研究区,获取了Envisat ASAR SLC雷达影像数据,采用InSAR算法对研究区的数字高程模型进行了重建.并在研究区的形变区内外分别选取控制点,对重建DEM和SRTM进行比较分析.结果表明:对于易发生形变的特殊区域,传统DEM因失去其时效性,无法准确的描述地形特征;合成孔径雷达干涉测量可以作为此类地区DEM定期重建的有效手段.最后对重建的DEM实现三维可视化,提高了读图效率和成图质量.     

多源遥感技术在汶川震后高精度数字高程模型重建中的精度分析

汶川地震后,震中地区地表形态遭到很大破坏.在该地区开展科学研究急需高精度数字高程模型支持,重建震区数字高程模型十分必要.本文以高精度重建该地区数字高程模型为目标,综合ALOS PRISM获取的三轨立体像对、ALOS PALSAR雷达影像和欧空局发布的汶川地震ENVISAT雷达影像等资料,采用光学遥感立体测图技术、InSAR技术,并融合已有全球数字高程模型,研究建立覆盖此地区15m分辨率的数字高程模型.在利用中国地壳运动监测网络和陆态网络工程项目实测的GPS数据进行高程精度分析后表明:ALOS PRISM DEM精度优于10 m(95％置信度);ALOS PALSAR DEM精度优于10 m(95％置信度),而ENVSAT ASAR DEM在平原、丘陵地区精度优于20 m(95％置信度).研究证明:ALOS PRISM能进行高精度的地形测量,ALOS PALSAR在山区仍可获得高精度数字高程模型,ENVISAT ASAR在平原地区的精度较高.因此融合光学、雷达遥感技术完全满足获取高精度、高分辨率震区数字高程模型的需要,这为在困难地区建立高精度数字高程模型提供了一个很好的途径.     

基于摄影测量技术的房屋提取方法——以中国西部地区乡村为例

房屋的分布位置、面积和高度等信息对城乡规划、地震应急和减灾等方面具有非常重要的作用。利用星载或机载可见光遥感图像进行地物信息自动提取,是高效快速获取大面积房屋数据的重要手段。但是,当出现同物异谱或异物同谱现象,以及地物遮挡的影响时,基于光谱信息的传统地物分类或提取方法房屋提取精度较低。文中选取新疆维吾尔自治区琼哈拉峻村房屋和农田光谱信息相似的地区,利用小型旋翼无人机获取了在航向和旁向具有一定重叠度的可见光遥感图像。然后,基于摄影测量原理获得了研究区的数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)、数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和数字正射影像数据,并在此基础上通过阈值分析DSM和DEM差值提取出房屋像元及其面积和高度等信息。通过与传统监督分类法对比发现,使用摄影测量方法基于高度信息的房屋提取其用户精度和制图精度分别为88.69%和97.42%,而监督分类法提取房屋的精度分别为43.23%和85.30%,说明文中提出的方法在房屋和背景信号差别较小的区域时精度更高。     

TerraSAR-X/TanDEM-X获取高精度数字高程模型技术研究

以双星系统(TerraSAR-X/TanDEM-X)下的bistatic数据模式为例研究了差分干涉获取高精度DEM产品的融合算法和技术流程.针对不同观测几何条件下(升降轨,不同入射角)观测数据的畸变和缺失,提出一种迭代的顾及垂直基线、阴影和叠影的数据融合新方法重建高分辨率高精度的数字高程模型,并对TanDEM-X融合的DEM在不同地物属性特征下(山区及高楼林立的城区)的精度进行定量分析.本文采用了两对覆盖珠海、澳门区域的升降轨TerraSAR-X/TanDEM-X干涉对进行融合处理,并通过收集的高精度Lidar数据进行精度比较分析.此外,本文还定量分析了TanDEM-X的DEM对常规DInSAR技术的改进,并与SRTM、ASTER的结果进行对比.结果表明:提出的升降轨融合方法较单一轨道平台能够较好地改正或减弱由于几何畸变引起的高程信息缺失或错误,通过与Lidar数据的对比发现TanDEM-X的融合DEM在山区的精度较高,其残差的标准差为3.5 m,较单一轨道(升、降轨)分别降低8%和22%,能够通过迭代的方法获取高分辨率(可达2~5m)、高精度的地形信息;而针对城区密集建筑物的复杂地形来说,融合的DEM的精度稍低,残差的标准差为11.8m,但较单一轨道(升、降轨)来说有较大改进,其残差标准差分别降低了28%和22%;而在分布较为稀疏的居民区,融合的DEM能够较Lidar数据获取更好的建筑物高度及外形信息,此时的残差标准差可达5m.同时,TanDEM-X的融合DEM作为外部DEM能够较SRTM和ASTER来说更好地去除地形信息,尤其在山区及高程建筑密集分布的城区,从而利于后续的相位解缠和形变信息的精确获取和解译,为更高精度的时序InSAR形变监测提供有利条件.     

基于P5立体像对和高分辨率Google Earth影像的丽江-小金河断裂断错地貌解译

丽江-小金河断裂斜切中国西南“川滇菱块”,走向北东,为一高角度斜滑断裂.与平面遥感影像相比,通过三维影像解译断错地貌有显著的优越性.印度P5卫星数据具备真正2.5m分辨率,在制图方面,像对生成DEM以及制图精度可达1∶25000.本文依据立体像对提取DEM的原理,利用ENVI软件DEM Extraction模块提耿出了丽江-小金河断裂带P5立体像对的DEM.文中利用等高线套合分析法和剖面线法对DEM精度进行评价,结论认为,DEM精度优于1∶5万地形图等高线高程精度,而且与实时动态差分（RTK）测量结果比较一致.文章重点选取了丽江市北东方向干塘子和西南方向南溪盆地两处,将三种高程数据——从P5立体像对提取出的DEM、google earth影像地形高程和1∶5万矢量地形图等高线生成的DEM,结合Google Earth影像做成三维立体影像,较为直观地对三种高程数据进行了有效的对比,结论认为,P5立体像对生成的DEM精度最高.在室内利用高精度三维立体图对丽江-小金河断裂断层地貌进行了解译,经过野外踏勘和探槽验证,证明三维影像解译具有很高的利用价值.     

遥感与地理信息集成系统在城市活断层研究中的初步应用

遥感技术应用于地震研究中的一个重要方面是利用遥感图像的宏观性解译地震活动的构造背景。该项目主要利用遥感及GIS地理信息软件合成数字遥感图像并利用数字高程模型DEM生成三维地貌影像图，与城市房屋等数字图层叠加，建立与地理图层相连的属性数据库，实现断层与地面建筑关系的实时查询，并对用于构造背景的三维立体模型的显示、可视化飞行技术进行初步研究，以期在城市活断层研究中得到应用。     

机载LiDAR技术及其在地学中的应用

机载LiDAR技术是近10年出现的高新技术之一,能迅速获取密集的地面三维数据.机载LiDAR系统是一种主动式的对地观测系统,激光测距单元记录每一个激光发射器产生并发射一束激光脉冲,到激光脉冲接触物体而反射冉被激光接收机接收到这整个过程的时间,差分GPS确定飞机的精确位置,IMU记录飞机飞行姿态,通过将时间、位置、姿态这三种数据进行联合计算得到地物的实际高程信息.机载LiDAR数据处理主要包括航迹确定、三维空间坐标计算、噪声剔除、滤波和拼接等.国内外对LiDAR的硬件、软件和算法都开展了大量研究,并且将其广泛应用到各个领域,如地形测量、断层调查、灾害调查等.     

基于网络/基站RTK移动摄影测量数据的垂向精度分析

移动摄影测量技术SfM（Structure from Motion）的发展使活动构造研究中快速获得野外中小区域内高精度DEM数据更便捷,DEM数据精度是目前活动构造与测量领域较关注的问题。本文通过对比非RTK模式无人机摄影测量并结合地面控制点（GCPs）生成的SfM DEM数据与基于RTK移动摄影测量技术获取的RTK-SfM DEM数据差异,重点分析搭载RTK模块的移动摄影测量技术获取的DEM数据在垂向上的精度。数据采集、处理与对比结果表明:在添加地面控制点后的非RTK模式无人机摄影测量生成的DEM数据中,除测量区域边缘照片较少而产生畸变外,大部分地区畸变率较小;基于移动RTK技术摄影测量获取的高程数据畸变率更小,且与非RTK模式无人机摄影结合地面控制点生成的高程数据存在约0.85 m的系统高程误差,减去该误差后,点云对比结果表明二者95%以上的点垂向误差均＜0.05 m;搭载RTK模块的移动摄影测量技术获取的DEM数据在垂向上具有更高的精度,且节省了时间与人工成本。     

基于LiDAR数据开展活动断层填图的实验研究——以新疆独山子背斜-逆冲断裂带为例

机载LiDAR技术为描绘活动构造相关构造地貌和最新的地表形变提供更精确的基础数据。如何将LiDAR新技术、新数据应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等方面,是今后活动构造研究领域的一个重要的发展方向。文中以新疆天山北麓的独山子背斜-逆冲断裂带为试验区,开展了基于LiDAR数据的活动构造填图实验研究。首先,采用机载LiDAR技术进行数据采集,获得点云密度为6.6个/m2、平均点间距为0.39m的LiDAR原始数据;其次,利用试验区内12个测量精度可达mm级的GPS静态测量点评估LiDAR的相对垂直精度为0.12m、均方差值为0.078m;最后,对密度为6.4个/m2的地面点云数据进行DEM最佳分辨率评估,利用反距离权重算法获得0.5m分辨率的数据高程模型(DEM)。该分辨率的DEM数据足以完成独山子背斜-逆冲断裂带的精细构造地貌特征的确定以及高精度的空间解译。文中仅使用DEM可视化工具从不同虚拟的视角、不同色度或其他处理方式来识别微构造地貌、划分地貌面和确定断层位置等,宏观上获得与前人通过航片解译和野外调查一致的断裂分布特征,微观上较前者具有更高的精细程度。此外,数据采集、数据质量检验、数据处理及数据应用等技术和方法适用于其他能够获得LiDAR地形数据的活动断裂研究工作。     

利用CryoSat-2波形数据建立南极Lambert冰川流域DEM

Lambert冰川-Amery冰架系统是南极冰盖最大的冰流系统之一,对南极冰盖物质平衡研究有着重要的作用.数字高程模型(DEM)是进行南极冰盖研究的基础.本文基于CryoSat-2 L1b波形数据,研究建立了Lambert冰川流域高分辨率DEM.测高卫星返回波形在冰盖区域存在变形,需进行波形重跟踪处理.利用交叉点分析方法对重心偏移法(OCOG)、阈值法和β参数法等常用的波形重跟踪方法对不同类型的CryoSat-2波形的适用性进行了研究.最后,利用克里金插值方法建立了500 m分辨率的Lambert冰川流域DEM——LAS DEM (Lambert Glacier-Amery Ice Shelf system DEM).利用ICESat卫星测高数据和GPS地面实测数据对LAS DEM进行精度验证,并与另外两种基于CryoSat-2数据的南极DEM进行了对比.结果表明:LAS DEM的整体精度约为0.295±2.7 m,优于另外两种CryoSat-2 DEM;在冰盖内陆地区,LAS DEM的高程误差在2 m之内;在Amery冰架上,LAS DEM的精度优于1 m.     

基于无人机摄影测量技术研究有无地面控制点的差异性在地震方面的应用

利用无人机摄影测量技术获取影像数据,在集成SfM算法的Photoscan软件上进行影像的处理,通过定量分析有无地面控制点生成的DEM精度,进一步明确了其在水平位置和垂直高程上的差异;对比两种情况下在数据获取、处理过程和结果精度的优缺点,探讨了两者在地震不同方面的应用前景.结果 表明:在无控制点的情况下,影像数据获取简易,处理时间较短,处理结果水平位置(XY)误差＜2.00 m,垂直高程(Z)绝对值误差超过了100.00 m但在局部范围内的相对高程值误差＜0.5 m,适用于地震应急现场无人机震后影像的快速获取、处理和分析;在有控制点的情况下,影像数据获取复杂、处理时间较长,但处理结果精度高,水平位置和垂直高程误差均＜5 cm,适用于活动构造的定量研究和微地貌的精细解译及定量分析,可见有无地面控制点在地震不同方面具有良好的发展前景.     

嫦娥一号激光测距数据及全月球DEM模型

激光高度计是搭载在CE-1上的主要载荷之一, 用于月球表面的地形测量. 2007年11月28日02点22分, 激光高度计成功获得第一个探测数据, 截止到2008年12月4日, 总共获取了约912万个探测数据, 数据覆盖全月面. 我们利用这些探测数据制作了空间分辨率为3 km的全月DEM模型, 月表地形地貌特征反映明显, 地形细节表达层次分明、清晰可辨. DEM模型的平面定位精度为445 m (1σ), 高程测量精度为60 m (1σ). 根据这一DEM模型, 测得月球表面最大高差为19.807 km, 最高点位于Engel’gardt撞击坑东缘(158.656°W, 5.441°N, +10.629 km), 最低点位于Antoniadi撞击坑底部(172.413°W, 70.368°S, -9.178 km). 通过比较, CE-1的激光高度计DEM模型, 在精度和分辨率上明显优于美国ULCN2005, 与日本SELENE激光高度计DEM模型相当, 测量到的最高点与SELEN结果相似, 但CE-1数据新发现了比SELEN结果更低的最低点.     

基于CryoSat-2测高数据的全南极冰盖DEM的建立与精度评估

数字高程模型(DEM)是南极冰盖变化研究的基础,由于现场实测数据的稀缺,卫星测高数据是南极地区构建DEM的'主要数据来源.CryoSat-2是新一代用于极地冰盖、海冰监测的测高卫星,本文利用2012-12-2015-01两个完整周期的CryoSat-2测高数据建立一个新的南极冰盖DEM.坡度是影响卫星测高精度的重要因素之一,利用改进的重定位方法对CryoSat-2数据进行坡度改正.插值方法是影响DEM精度的重要因素,通过对几种常用插值方法的比较,最后选用克里金插值方法对测高数据进行插值,建立了1km分辨率的南极DEM.在88°S以南的CryoSat-2数据空白区,利用南极数字数据库(ADD)的等高线数据对DEM进行填补,建立了全南极冰盖DEM.利用ICESat卫星测高数据、IceBridge航空测高数据以及GPS地面实测数据对新建立的CryoSat-2 DEM进行精度验证,并与Bamber 1 km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及JLB97 DEM等四种国际上常用的南极DEM进行比较.结果表明:新建立的CryoSat-2 DEM的整体精度约为0.730±8.398 m;在冰弯顶部区域,DEM精度优于1 m;在冰架上,DEM精度约为4 m;在内陆冰盖大部分地区,DEM精度优于10 m;在地形复杂的山区和沿海边缘地区,DEM误差超过150 m.     

融合无人机DEM的SBAS-InSAR矿区沉陷监测研究——以武安某矿区为例

小基线集合成孔径雷达干涉测量技术(Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar, SBAS-InSAR)因其能够减弱时空失相干、大气延迟效应的影响而在矿区监测中应用广泛.然该技术仍需用到外部参考数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)来去除地形相位,故DEM的精度会直接影响其监测结果的精度,而大范围高精度DEM往往获得困难,且成本较高.为在控制成本的同时得到精度更高的监测结果,本文以武安市某矿区为例,将局部高精度无人机点云生成DEM与大范围的航天飞机雷达地形测绘任务DEM(Shuttle Radar Topography Mission DEM,SRTM DEM)相融合,结合融合结果并利用SBAS-InSAR技术和Sentinel-1 A数据进行监测和分析.结果表明：(1)使用融合DEM作为外部参考DEM所得SBAS-InSAR局部矿区监测结果较原始DEM提高了2～3 mm的监测精度;(2)在使用融合DEM所得的监测结果中,不同地物类别上的点有着不同的监测精度,其中农田土路上...     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球数字高程模型

利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.     

五台山北麓断裂繁峙段晚第四纪活动性研究

五台山北麓断裂位于山西地堑系北部。本文以五台山北麓断裂繁峙段的地质地貌为研究对象,分别在繁峙县的大峪村和岗里村两地断裂沿线进行了无人机测量。利用三维结构的运动重建技术(Structure from Motion,SfM)进行影像数据处理,得到高精度点云数据,并通过进一步处理获得了分辨率达0.5m的高清断错地貌正射影像(DOM)和数字高程模型(DEM)。通过对典型地区的详细野外调查和挖掘探槽等手段对该段晚第四纪的活动性进行研究,发现断层晚第四纪以来的活动主要是以正倾滑运动为主。同时在五台山北麓断裂沿线的大峪村、岗里村等地进行了断错地貌分析和晚第四纪滑动速率计算,得到约20ka以来的断层垂向滑动速率为0.4—0.6mm/a,近18ka以来该段发生过至少两次古地震事件。古地震事件和滑动速率分析表明,五台山北麓断裂晚第四纪,尤其是全新世以来活动强烈,且不同段落存在明显的活动性差异。     

DEM数据拼接对重力地形改正的影响及效果

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)在中大比例尺重力地改中广泛应用,但对于数据处理中的多种插值算法的有效融合,并提高精度和处理速度,一直没有得到有效解决.基于 ArcGIS10、GeoIPAS3.0、Geosoft 的 DEM 拼接所用插值方法各异,插值精度各有差别,Suffer8在数据拼接时有最近邻居插值法、双线性插值法、立方卷积插值法三种插值方法,有Average、Begin、Last、Minimum、Maximum 六种交迭方法.本文提出一种基于改进的双线性插值法DEM数据拼接方法,与Suffer8双线性插值法运算方法相比,处理精度更高,并有效规避了离差点缺陷.将其用于山东省栖霞市臧家庄幅1:5万重力中区地改,证明该方法处理效率更高,快速精确.     

应用低空航测技术识别宣化盆地南缘断裂带

利用无人机低空航测技术,对宣化盆地南缘断裂带崞村南部区段断裂带陡坎进行高分辨率数字地形影像采集与识别应用。通过结合当地地形地貌与无人机低空遥感分辨率高、实时性好、自主性强等特点,开展本次低空航测遥感技术在活动断裂带区域识别应用,结合实地野外踏勘实例对断层陡坎完成验证。结果显示,该区域断层陡坎位于宣化盆地南缘处黄土台地上,在3 km×1.5 km的遥感影像采集矩形区域内分辨率达0.8 m/pix以上。利用photoscan软件得到数字正射影像(DOM)和数字高程模型(DEM)数据,解译得到高度为数米至十余米不等断层陡坎。综合证明,应用低空航测观测技术可有效识别确定活动断层陡坎位置、量化观测陡坎等有关地形地貌现象,结合传统野外现场踏勘,能够实现构造宏观信息向精准信息追踪,完成应用低空航测技术识别断层空间位置及活动信息。