بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به محدودیت هایی که در روش های سنتی تولید نقشه های توپوگرافی کوچک مقیاس 1:10000 - تا - 1:50000 از مناطق وسیع وجود دارد، لذا نیاز به استفاده از روشی نو به منظور تولید این نوع محصوالت، احساس می شود. از جمله این محدودیت ها می توان به شرایط جوی و اتمسفری اشاره کرد که داده های ماهواره ای راداری بسیار کمتر تحت تاثیر آن ها قرار دارند که این موجب تسهیل در امر تولید مدل رقومی ارتفاعی بدون توجه به این عامل بازدارنده با استفاده از این داده ها می شود.
این مقاله به مطالعه دقیق این موضوع می پردازد و استفاده از روش تداخل سنجی راداری را برای تولید مدل رقومی ارتفاعی با استفاده از داده های دو ماهواره TerraSAR-X و TanDEM-X در باند ایکس بررسی می کند. در مرحله اول تصاویر مختلط تک منظر به تصاویر مختلط چند منظر تبدیل می شوند. در مرحله دوم عملیات متناظرسازی بر روی دو تصویر اعمال می شود.در مرحله سوم، تداخل نما تشکیل می گردد.
در مرحله چهارم میزان همدوسی - همبستگی - محاسبه و اثر زمین مسطح حذف می شود. در مرحله پنجم به منظور کاهش تاثیر شبه نویز اسپکل، از فیلتر تطابقی استفاده شد. در مرحله ششم بازیابی فاز انجام شد. در مرحله هفتم فاز ناشی از تنها توپوگرافی به ارتفاع تبدیل شد.در نهایت مدل رقومی ارتفاعی تولید شده به روش تداخل سنجی راداری برای ارزیابی دقت با مدل ارتفاعی رقومی موجود در مقیاس 1:50000 مقایسه گردید. نتایج تحقیق نشان داد که تکنیک تداخل سنجی توانایی باالیی در تولید مدل رقومی ارتفاعی منطقه مورد مطالعه در مقیاس 1:50000 و با دقتی مشابه مدل رقومی ارتفاعی مرجع دارد. ضریب همبستگی 96 درصد، بیانگر این مدعی است.
واژههای کلیدی: مدل رقومی ارتفاعی، تداخل سنجی، ضریب همبستگی، TerraSAR-X، TanDEM-X
مقدمه
مدل رقومی ارتفاعی ، آرایه ای از سلول های مربعی پیکسل می باشد. هر پیکسل دارای ارزش ارتفاعی است که اطالعات سه بعدی سطح زمین را نشان می دهد می تواند به حل مشکالت تئوری و عملی در علوم زمینی کمک کند. به عنوان مثال، DEM ها می توانند نقش مهمی در مدل سازی هیدرولوژیکی، مطالعات زمین شناسی، تحلیل فجایع - زلزله، رانش زمین و ... - ، کاربردهای کشاورزی و ... ایفا کنند روش های رایج تولید DEM شامل نقشه برداری کالسیک ، فناوری فاصله یابی و شناسایی نوری سنجش از دور اپتیکی - مرئی و تداخل سنجی راداری می شوند.
دقت DEM بدست3 آمده از روش نقشه برداری کالسیک بسیار باالست اما به علت حجم کار زیاد، بسیار طاقت فرسا و زمان بر می باشد. همچنین استفاده از سنجش از دور اپتیکی به علت محدودیت در قدرت تفکیک مکانی و تاثیر شدید شرایط جوی بر روی تصاویر آن باعث شده که به سختی بتوان به دقت قابل قبول با استفاده از این روش، رسید . از جمله معایب روش LIDAR می توان به محدودیت در اخذ داده به لحاظ باندی - فقط در یک طول موج خاص - و همچنین پوشش منطقه ای - فقط یک منطقه خاص اشاره کرد.
اما تکنیک InSAR که از داده های ماهواره ای راداری برای تولید DEM استفاده می کند، به علت در دسترس بودن، هزینه پایین، به ندرت تحت تاثیر شرایط جوی بودن به خصوص در باندهای C، L و X در رابطه با اخذ داده، پتانسیل باالیی را در بدست آوردن این محصول با دقت باال در مناطق وسیع از خود نشان داده است.ظهور فناوری تداخل سنجی راداری به دهه 1960 برمی گردد، زمانی که گروهی از پژوهشگران با استفاده از اطالعات فاز به بررسی ناهمواری های زمین در مقیاسی وسیع پرداختند. لی و گلداستین در سال 1990 به منظور تحلیل اثر باز مکانی و نویز بر روی دقت مدل رقومی ارتفاعی از داده های ماهواره سیست استفاده کرده و مفهوم بهترین باز مکانی را ارائه دادند.
پاسکازیو در سال 2002 روش بازسازی مدل رقومی ارتفاعی را از شیب های تند و ناپیوسته زمین، توسعه داد فورنارو در سال 2005 با استفاده از داده تداخل سنجی که شامل چندین باز مکانی به هم پیوسته بود، موفق به تولید مدل رقومی ارتفاعی با دقت سانتیمتر شد. در سال 2007، مرکز هوا فضای آلمان اولین ماهواره سنجش از دور راداری خود را به نام TerraSAR-X در باند X با موفقیت به فضا پرتاب کرد. همچنین این ماهواره با فراهم آوردن داده های با قدرت تفکیک مکانی و زمانی باال، پژوهشگران را قادر به بررسی پدیده های درون زمین و کاربردهای InSAR می سازد.
این سازمان در سال 2010 ماهواره دیگری را در همین باند و به نام TanDEM-X به فضا پرتاب کرد که به همراه ماهواره قبلی یک شکل پروازی خاصی را با یکدیگر تشکیل دادند. داده هایی که توسط این دو ماهواره اخذ می شوند، بصورت همزمان و از یک مکان می باشند. لذا مشکل عدم همبستگی در زمان و مکان که در داده های معمول تداخل سنجی وجود دارد، در داده های این دو ماهواره وجود نداشته و همین امر سبب شده است که استخراج DEM در مقیاس وسیع و با سرعت باال امری تضمین شده باشد. هم اکنون، پژوهشگران بر روی استخراج DEM با استفاده از داده های این دو ماهواره و ارزیابی دقت آن مطالعه می کنند و به نتایج خوبی هم رسیده اند.
منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه شهر Bin county واقع در استان Shaanxi که در شمال کشور چین قرار دارد. موقعیت جغرافیایی آن نیز از عرض 34°54 تا 35°28' و طول 107°52 تا 108°21' می باشد. توپوگرافی آن در قسمت جنوب غربی آن شدیدتر است.
تصاویر ماهواره ای
دو تصویر یکی مربوط به ماهواره TerraSAR و دیگری مربوط به ماهواره TanDEM در باند X طول موج برابر با 3 سانتیمتر - و با قدرت تفکیک مکانی 3 متر اخذ شد. این دو ماهواره با فاصله 500 متری از یکدیگر تشکیل یک سیستم دو آنتنه تک-گذر می دهند. ماهواره TerraSAR قادر به اخذ تصاویر از هر مکان در زمان دلخواه و در هر شرایط آب و هوایی می باشد. همچنین اخذ تصاویر با باز زمانی صفر و پیشبینی بسیار دقیق مداری، باعث می شود خطاهای ناشی از ناهمبستگی زمانی، تاخیر اتمسفری، اطالعات مداری غیر دقیق اثری بر فاز اینترفرومتری حاصل از تصاویر این ماهواره نداشته باشند.
اصول استخراج DEM بوسیله TSX/TDX
عملکرد ترکیبی این دو ماهواره بصورت bistatic می باشد. یعنی سیگنال ارسال شده توسط یک آنتن، به وسیله هر دو آنتن دریافت می گردد. برای بدست آوردن اطالعات توپوگرافی الزم است که اختالف فاز دو سیگنال بازگشتی محاسبه شود. همچنین چون باز زمانی در حالت bistatic تقریبا صفر می باشد، بنابراین می توان از تاثیرات اتمسفر، ناهمبستگی زمانی و مداری بر روی فاز اینترفرومتری چشم پوشی کرد و با تسهیل در امر تفسیر فاز تداخل سنجی، به اطالعات دقیق تری از توپوگرافی رسید.
