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[国土] 资源三号卫星影像DSM制作及其在深圳堆土区监测的应用

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发表于 2016-1-5 14:40:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kaola 于 2016-1-5 14:56 编辑

资源三号卫星影像DSM制作及其在深圳堆土区监测的应用


摘要:资源三号影像在空间和时间分辨率及定位精度等方面都体现了我国民用遥感卫星的前沿技术,适中的分辨率适应用于基础地理信息数据获取、国土安全、环境监测、防灾减灾及远景规划等行业对影像数据的需求。其搭载的正视、前视、后视三线阵传感器成像满足1:5万测图精度要求的能力通过还原不同时期的数字地表模型(DSM)为深圳堆土区监测提供有利帮助。本实验通过2013年12月23日、2015年2月14日两期深圳光明新区滑坡点影像完成相应的DSM的建立,并结合土地利用变化情况、两期DSM差值(  DSM)完成其堆土区类型的识别及该时间段的土方量计算。实验表明资源三号卫星影像对深圳堆土区变化监测、识别堆土类型分析、土方量变化计算有很好的现实意义。


一、数据源
资源三号卫星是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星,用于提取DSM共3台相机,一台2.1m分辨率的全色相机和两台3.5m分辨率全色相机,按照正视、前视、后视方式排列,各视影像组合成立体相对。卫星可对中国全域实现无缝影像覆盖,回归周期为59d,重访周期为5d,单景影像成像幅宽为52km。
资源三号影像质量及精度达到国际先进水平,可满足1:5万测图精度要求和初步满足1:2.5万精度测图或1:1万精度修测。另外,通过探讨不同时期的DSM对比产生的同地区高差变化还可为城市规划和国土资源管理、研究三维城市建模、规划土地利用、地质灾害提供服务。


二、数据处理方法及流程:
国内外在此方面效果较好的软件有:PCI GXL、ENVI、Inpho、Pixel Factory、PixelGrid、DPGrid等,具体制作流程如下:

图1. 基于资源三立体像对提取DSM流程图

三、        DSM成果于深圳滑坡防控的应用

图2. DSM提取模型成果与深圳滑坡防控的应用

多时相的DSM能检测山体变化情况、结合人为堆土的造成的土地利用变化信息等,能识别新增堆土区、现存扩容堆土区、现存减缩堆土区。

四、实验测试
(1)影像选取
通过历史资源三影像查询,分别选取事发前滑坡地区的遥感影像数据两期,成像时间分别为2013年12月23日、2015年2月14日。其中光学影像成像效果如下:


图3. 2013年12月23日影像


图4. 2015年2月14日影像

(2)基于立体像对的DSM提取及分析
基于ENVI5.1的DEM Extraction Wizard模块提取两期影像的DSM,通过检验,除山体噪点较多,需人工修正外,工业区所在的平原区土地利用变化未发生改变的地区DSM误差值在-4m至4m之间,用于判断堆土区变化,该误差属于可接受范围内。具体结果如下:


图5. 2013年12月23日影像立体像对生成DSM及三维显示图
   

图6. 2015年2月14日影像立体像对生成DSM及三维显示图

通过两期的DSM影像做差值分析,并人工剔除异常值,可以得出如下
DSM图,发生滑坡地区的堆土最高值达到了63m。且三维图可明显发现,2015年2月14日的DSM反映:堆土高度已经明显高于山脚工业区。


图7. DSM差值图

(3)土方量计算
对填土范围进行圈定,堆土区占地面积约113800m2,提取两期影像对应地区的DSM,利用ArcGIS-Raster Surface-Cut Fill工具进行2013年12月23日至2015年2月14日的堆土量进行计算,得出该段时间内堆土量为3680000m3。
  
图8. 前后两期影像堆土范围示意图

(4)延伸
资源3号卫星的光学影像成像效果较好,多光谱与全色融合能达到2.1m分辨率,目视也能判读滑坡区未堆土前,土地利用为水体,堆土后土地利用为为裸土,可以识别为新增堆土区。如成像前后两期影像均为裸土,则可根据  DSM图分析其堆土的增减变化分别识别为现存扩容堆土区、现存缩减堆土区两类,通过此方法完成深圳市的三类堆土区识别。后期可结合土地利用现状解译,结合以上判断规则完成深圳全域范围的堆土区识别与变化分析。

五、结论
通过资源3号立体像对能完成对应时期DSM的提取,通过三维图显示能判断由堆土产生的地表抬升情况,结合光学影像可以准确判断该地区的土地利用变化情况。继而,利用ArcGIS的土方量计算能准确反映出该时间段新增堆土区的堆土变化情况及变化量。实验表明资源三号立体像对测量结合多光谱辅助下的土地利用现状变化分析能对深圳堆土区变化监测、识别堆土类型分析、土方量变化计算有很好的现实意义。

六、实验不足之处
(1)2015年2月14日影像由于附近有薄云、云阴影的影响导致DSM成像效果不佳特别是山体部分噪点较多,后期修改量较大;
(2)通过查询,滑坡区开始堆土时间为2014年9月份,未能找到该时期影像,不能达到较好的观测效果,且想分析深圳全域范围的DSM变化,历史存档数据也是个痛点;
(3)本文仅仅采用ENVI的工具进行实验,未能使用更加专业合理的方法进行分析,可能照成人为误差,后期可借助Erdaes LPS模块进行更深入分析,尽量减少误差。

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学习了,谢谢分享
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不错,分析得很好
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发表于 2017-10-24 07:55:04 | 显示全部楼层
学习学习,天天向上
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发表于 2017-10-25 08:15:00 | 显示全部楼层
谢谢分享,现在正在进行时,学习学习
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