Download miễn phí Ứng dụng kỹ thuật insar trongxây dựng mô hình độ cao số (DEM)
Đểbắt đầuxử lý theokỹ thuật InSAR, chúng tacần chọn hai ảnh SAR thíchhợp.Cơ
sở đểlựa chọn các ảnh chủyếudựa trên chiều dài đường đáy – khoảng cách giữa hai
anten khi thu ảnh và khoảng thời gian thu nhận giữa hai ảnh. Chiều dài đờng đáy được
chọn phụ thuộc vàotừng ứngdụng và độ phân giảicủadữ liệu. Vídụ,với ảnh ERS-1 &
2, đường đáy 150m – 300m được dùng cho các ứngdụng địa hình, 30m - 50m cho các
ứngdụng phát hiện biến đổibềmặt, và khoảng 5m cho các nghiêncứu chuyển độngbề
mặt như biếndạnglớpvỏ trái đất, chuyển động địa chất, chuyển độngbăng trôi, Mặt
khác, khoảng thời gian thu nhận giữa hai ảnh phải không qúalớn nhằm tránhsựbất
tơngquan vềmặt thời gian
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT INSAR TRONG XÂY DỰNGMÔ HÌNH ĐỘ CAO SỐ (DEM)
Hồ Tống Minh Định, Lê Văn Trung
Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM
1. GIỚI THIỆU
Cùng với sự nghiên cứu phát triển và phổ biến các ứng dụng của Viễn thám cũng như
Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information Systems), việc cung cấp và
cập nhật dữ liệu cho các ứng dụng GIS là một nhu cầu khá cấp thiết hiện nay. Mô hình độ
cao số DEM (Digital Elevation Model) thường được quản lý trong GIS dưới dạng cấu
trúc dữ liệu raster, cho phép thể hiện đơn giản, phân tích hiệu quả và tương thích với dữ
liệu viễn thám. Trong hình thức này, DEM được thể hiện như một mảng các giá trị cung
cấp độ cao của bề mặt địa hình, độ chính xác của các giá trị thể hiện phụ thuộc vào nguồn
dữ liệu được sử dụng và phương pháp để tạo DEM.
Theo các phương pháp truyền thống, DEM được xây dựng chủ yếu dựa trên đường
đồng mức của các các bản đồ đã được số hóa hay các kỹ thuật quan sát lập thể của ảnh
hàng không hay từ dữ liệu khảo sát địa hình thu được trực tiếp từ việc khảo sát thực địa
của khu vực tương đối nhỏ. Trong những năm gần đây, radar khẩu độ tổng hợp SAR
(Synthetic Aperture Radar) đã được phát triển khá mạnh với ưu thế cho phép thu ảnh có
độ phân giải cao và từ hai ảnh thu được bởi kỹ thuật SAR, có thể xây dựng được DEM
dựa trên việc sử dụng thông tin pha của tín hiệu radar.
Nếu chúng ta có hai ảnh SAR được thu nhận từ 2 vị trí khác nhau của vệ tinh nhưng
cùng phủ một vùng diện tích trên mặt đất, giá trị pha của tín hiệu rada cho bởi ảnh thứ
nhất có thể đem đi trừ đi gía trị pha cho bởi ảnh thứ hai để có được độ lệch pha của 2 ảnh
SAR. Ảnh mới tạo ra chứa độ lệch pha được gọi là ảnh giao thoa. Giá trị còn lại (độ lệch
pha) cho bởi ảnh mới có thể kết hợp với thông tin về quỹ đạo để xác định độ cao của mỗi
pixel trên ảnh. Kỹ thuật dựa trên độ lệch pha của tín hiệu radar để tính toán và xử lý ảnh
được gọi là kỹ thuật InSAR (giao thoa SAR - SAR interferometry).
Ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng DEM đã được đưa ra lần đầu tiên bởi
Graham năm 1974 và kỹ thuật này được Zebker và Goldstein ứng dụng đầu tiên cho dữ
liệu thu được từ bộ cảm SAR đặt trên máy bay vào năm 1986. Sau đó, kỹ thuật được tiếp
tục phát triển bởi Li và Goldstein (1990), Rodriguez và Martin (1992), Zebker (1994)…
Các ảnh hiện nay nhận được từ các vệ tinh ERS-1 và ERS-2, RADARSAT, JERS-1,
ENVISAT... đều cho phép sử dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM.
Trong bài báo này, chúng tui muốn đề cập đến nội dung kỹ thuật InSAR và ứng dụng
thực nghiệm tại một khu vực đặc trưng thuộc tỉnh Bình Định.
2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Lưu vực sông Kôn - Hà Thanh thuộc tỉnh Bình Định, là tỉnh duyên hải Nam Trung
Bộ Việt Nam, cách TP.HCM 644km và 1060km từ Hà Nội. Đây là khu vực thường
xuyên bị ảnh hưởng trực tiếp của lũ lụt, do đó có nhiều mô hình lũ đã được nghiên cứu
nhằm giám sát, giảm thiểu các thiên tai. Dữ liệu DEM là một trong những dữ liệu quan
trọng cung cấp dữ liệu cần thiết cho các mô hình này.
Hình 1. Khu vực nghiên cứu
Dữ liệu sử dụng là ảnh của ERS-1 (Earth Resources Satellite-1) và ERS-2 được cung
cấp bởi Cơ quan không gian Châu âu (ESA), hai vệ tinh này được phóng vào quỹ đạo
tháng 07/1991 và 04/1995. Mỗi scence ảnh bao phủ một khu vực có bề rộng 100 km2 với
độ phân giải 30m. Hai vệ tinh này hổ trợ cho nhau trong việc thu ảnh tại cùng một khu
vực chỉ cách nhau 1 ngày. Đây là một ưu điểm nổi bật so với ảnh nhận từ các hệ thống vệ
tinh khác do sự tương quan giữa hai ảnh thu được tại một khu vực rất lớn, tạo điều kiện
tốt cho các ứng dụng trong giao thoa SAR. Hình 2 thể hiện hai ảnh ERS SAR SLC
(Single Look Complex) của khu vực nghiên cứu.
a. SAR SLC (ERS-1: 12 – 04 -1996)
b. SAR SLC (ERS–2: 13 -04 -1996)
Hình 2. Hai ảnh ERS SAR SLC (B = 117m)
Để so sánh độ chính xác của DEM nhận được từ kỹ thuật INSAR, một bộ dữ liệu
DEM được xây dựng từ bản đồ địa hình được sử dụng để so sánh. Đồng thời đánh giá độ
chính xác của dữ liệu DEM của ảnh ASTER so với DEM tạo từ kỹ thuật InSAR.
3. KỸ THUẬT INSAR
Để bắt đầu xử lý theo kỹ thuật InSAR, chúng ta cần chọn hai ảnh SAR thích hợp. Cơ
sở để lựa chọn các ảnh chủ yếu dựa trên chiều dài đường đáy – khoảng cách giữa hai
anten khi thu ảnh và khoảng thời gian thu nhận giữa hai ảnh. Chiều dài đường đáy được
chọn phụ thuộc vào từng ứng dụng và độ phân giải của dữ liệu. Ví dụ, với ảnh ERS-1 &
2, đường đáy 150m – 300m được dùng cho các ứng dụng địa hình, 30m - 50m cho các
ứng dụng phát hiện biến đổi bề mặt, và khoảng 5m cho các nghiên cứu chuyển động bề
mặt như biến dạng lớp vỏ trái đất, chuyển động địa chất, chuyển động băng trôi,… Mặt
khác, khoảng thời gian thu nhận giữa hai ảnh phải không qúa lớn nhằm tránh sự bất
tương quan về mặt thời gian.
Sau khi chọn xong ảnh, chúng ta chồng hai ảnh lên nhau và tính độ lệch pha.
Hình 3. Cấu hình hình học InSAR
Độ lệch pha f giữa hai ảnh cùng bao phủ một yếu tố bề mặt được Li và Goldstein
[1990] tính như sau:
4 ( sin cos )4 ( ) h vB Br p q qp df
l l
-
= = (1)
Trong đó: λ là bước sóng của bộ cảm SAR, δr là độ lệch khoảng cách
Bh, Bv là hai thành phần theo phương đứng và phương ngang của đường đáy
θ là góc nhìn
Dựa trên δr độ lệch khoảng cách; θ góc nhìn thay đổi dọc theo ảnh và độ lệch pha
giữa hai vị trí bộ cảm khi thu, cao độ của một điểm (pixel) tính theo phương trình sau:
sin
4
rh
B
l q
f
p
D = D (2)
Trong đó: r là khoảng cách từ anten S1 đến điểm tính, B là đường đáy
Dựa vào phương trình quan hệ này, cao độ được tính cho mọi pixel của ảnh để tạo
DEM.
Hình 4. Qui trình xử lý kỹ thuật InSAR
Trình tự kỹ thuật InSAR gồm các bước cơ bản sau đây:
Bước 1: Đăng ký ảnh
Thực hiện chồng lên nhau vùng phủ chung của hai ảnh thu nhận từ hai anten của bộ
cảm SAR. Dữ liệu ảnh cần cho bước xử lý này là ảnh SAR SLC, SLC là dữ liệu ảnh phức
bao gồm hai band: band chứa thông tin biên độ và band chứa thông tin pha.
Đăng ký ảnh được thực hiện theo hai bước: đăng ký sơ bộ với độ chính xác 1 pixel và
đăng ký chính xác với độ chính xác khoảng 1/8 pixel.
Bước 2: Tạo ảnh giao thoa
Hai ảnh SAR kết hợp tạo ảnh SAR giao thoa để cung cấp thông tin về chiều thứ ba
(độ cao) của vật thể và đo sự dịch chuyển của vật thể giữa hai ảnh thu nhận.
Sau khi đăng ký, ảnh giao thoa phức được tạo bằng phép nhân liên hợp mỗi pixel
phức của ảnh thứ nhất với cùng pixel phức tương ứng của ảnh thứ hai. Cường độ của ảnh
giao thoa đo lường mức độ tương quan chéo của các ảnh.
Thực hiện lọc nhiễu và làm phẳng pha cho ảnh giao thoa nhằm giúp cho việc giải bài
toán mở pha dễ dàng hơn. Thực hiện giảm nhiễu bằng cách dùng một phép lọc cho toàn
ảnh, phép lọc này tương tự như phép lọc trung bình, ngoại trừ chúng được dùng cho hàm
phức thay vì chỉ là trên biên độ.
SLC 1
SLC 2
Đăng ký ảnh
Tạo ảnh giao thoa
Lọc nhiễu
Làm...