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激光雷达和InSAR:并非所有的遥感都是相同的

摘要:激光雷达适合模拟地表地形或城市设施。InSAR测量地形或建筑物随时间的变形,二者可以互补

  很多人认为激光雷达InSAR有相同的技术路径,是直接竞争的技术。虽然它们都是可用于测量地形和 3D 结构的遥感技术,但它们的测量对象是不同的。激光雷达非常适合模拟地表地形或城市基础设施。InSAR 用来测量地形或建筑物随时间的变形,所以它们是互补的。您可以使用激光雷达创建基础 DEM 或 DSM,然后使用 InSAR 来查看沉降区域的地形如何以毫米精度随时间变化。

  他们的关键区别在于:一个表达地表地形与一个表达地表运动。现在更多人能够了解各自的优势、各自的局限性以及如何同时使用激光雷达InSAR 的优势。

  激光雷达能够获取精确的 3D X、Y 和 Z 坐标,能够提供密集 3D 土地覆盖数据,使我们能够有一系列应用:例如林业、城市规划、地形地貌测绘、采矿、滑坡和公共事业。

  InSAR 是一种提供平面测量和高度测量的一维或二维技术。垂直分量会引起误解,导致人们认为 InSAR激光雷达一样是在测量高程。不同之处在于,InSAR的垂直测量与地面上某个点的高程变化相关,而不是与真正的Z坐标相关。

  InSAR不会告诉你某物的高度,但它会告诉你某物的运动。InSAR 能够同时获取数十万个点,对于任何测量点,它可以以毫米级精度告诉我们它是否在移动、它的移动方向(向上、向下或水平)以及移动是否正在加速。它还可以提供数周、数月、数年或数十年的位移细节。

  除了测量运动而不是纯粹的高度之外,InSAR 还基于卫星图像,对重要的感兴趣区域 (AOI) 在单个场景中覆盖,并且每周覆盖一次。使用激光雷达测量大面积或频繁重复的变化成本太高且不切实际,并且它产生的精度约为 10 厘米而不是毫米。InSAR更适合大面积、高频率和高精度变形测量。

  然而,InSAR 无法实现与激光雷达相同的空间覆盖,因为它受植被的影响更大。这使得激光雷达成为许多可交付成果的更好测绘工具,例如 DEM、植被调查、建筑高度、公用事业线路调查以及诸如矿山废物堆等材料的建模和体积测量。

  InSAR 涉及定期检查来自同一地理区域内卫星的SAR反向散射信号相位。相位的差异是目标与卫星之间距离变化的直接结果,这是由于每次通过时地面上点的位置略有不同。从空间中相似的位置拍摄的两张SAR 图像会产生干涉图,它通过代表地面运动变化的彩色条纹图案来说明图像之间的相位差。

  InSAR 独特的数据追溯能力,30 年时间不仅可以为基于激光雷达的DEM提供历史背景,还有助于改变土地管理和假定为稳定地面的观点。

  其实,由于小运动有可能导致重大事件和潜在的大规模破坏,了解地表不稳定性对于地质灾害管理、城市沉降、采矿、土木工程、石油和天然气或水务公用事业至关重要。

  自 1993 年首次开发 InSAR 技术以来,分析、测绘和监测地质灾害(如滑坡)一直是 InSAR 的主要应用,现在仍然如此。尽管 InSAR 不是用于应对突然、迅速的滑坡的工具,但它在检测和监测“缓慢滑坡”或持续威胁的深层、缓慢移动的滑坡方面非常有效。InSAR 的速度细节还使用户能够分析随时间推移的土地运动,并可能根据历史运动预测滑坡可能如何继续运动。再加上不易受到地表破坏并且可以穿透植被的激光雷达,用户可以创建全面的滑坡图并标记不稳定区域。

  节选自LiDAR mag,作者:Mary Jo Wagner

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