可知地形坡度角对基线去相关有一定的影响,而基线去相关又直接影响测高精度。总之,地形坡度角的变化对高程精度有一定的影响。关于这一点,笔者根据矿区的开采沉陷变化特征,做了详细分析。
3.2影响InSAR DEM精度的误差曲线
根据3.1的分析,以ERS1/2数据为例做出了相位误差、基线长度、基线倾角和高程精度的误差曲线,为今后分析基于InSAR技术的DEM精度问题提供了一定的依据。
式中,,基线倾角分别取0-110°,假设地表平坦。令、、分别为相位误差传播系数和基线长度误差传播系数。根据推导出的误差公式,分析得出不同基线距情况下,相位误差传播系数和基线长度误差传播系数与基线倾角的关系如图2、图3所示:
图2 相位误差对高程精度的影响规律
Fig.2 The influence law of The Phase error to height accuracy
图3 基线长度误差对高程精度的影响
Fig.3The influence law of base length error to height accuracy
由以上两幅图可知:整体趋势是基线长度越短,倾角越大,基线长度误差对高程的影响越大,而且基线短,对倾角的变化比较敏感,反之基线越长测高精度越高,并且随倾角的变化,精度变化不明显。总之,基线倾角在0~60°,基线长度在1000~1200范围内,测高精度较高,当基线倾角达到110°时,测高误差最大。这项分析,可供研究人员在实际应用中选择基线参数。
这几项分析都是从InSAR测高系统原理,以及参数出发考虑的,所分析的影响规律,是在考虑地表平坦,并没有发生变形的情况下得出的。
4矿区地形变化对DEM精度的影响分析
矿区大量开采造成地表沉陷,会引起地形坡度的变化。地形坡度变化对InSAR测高精度存在一定的影响。
笔者经过大量数据分析得出,对于山区和丘陵地区的矿区,地形起伏较大,矿区开采沉陷引起的地形变化对InSAR测高影响可以忽略,而平原区域矿区的地貌特征主要受地层和采掘条件决定,其地面坡度和坡向有着自身的特点。根据开采沉陷地表移动规律知道:开采水平矿层时,当地下采掘面积达到一定的尺寸,即达到充分采动条件下,地表呈现出下沉盆地。下沉盆地形态如图4所示:
图4 地表移动盆地示意图
Fig.4 The sketch map of subsidence trough subsidence basin
开采沉陷一方面引起了坡向的变化,变化为和;另一方面引起了地面坡度的变化,从盆地的边界到拐点,地表成凸形,地面坡度从;从拐点至盆地平底边界,地表成凹形,地面坡度从;盆地的平底部分坡度近似为0。其中为地表最大倾斜变形值。
根据实践经验开采沉陷引起的最大坡度变化一般不会超过5°,坡向多为和。根据文献[7]中坡度对测高精度影响的统计结果,可知在坡度范围内随坡度增大测高精度明显下降;坡向范围内比坡向测高精度低。
基于以上分析不难得到,由于坡度的变化导致InSAR在矿区中测高精度明显的具有分区性:从盆地边界至拐点测高精度从高到低,从拐点至盆底边缘,测高精度从低到高,且拐点附近测高精度最差,边界和盆底精度最高;坡向测高精度比精度高。
5结论
本文从InSAR测高原理出发,利用误差理论知识,推导了测高精度与相位误差,测高精度与基线长度,基线倾角的关系;分析了地形坡度角对高程精度的影响之间的关系。最后针对矿区开采沉陷变化特征,探讨了因矿区开采沉陷引起的地形变化对InSAR DEM精度的影响。得出的结论主要有以下两点:
(1)基线参数(基线长度和基线倾角)对高程精度的影响规律是基线长度越短,倾角越大,基线长度误差对高程的影响越大,而且基线短,对倾角的变化比较敏感,反之基线越长测高精度越高,并且随倾角的变化,精度变化不明显。
(2)矿区开采沉陷变化引起的地形坡度变化对InSAR 测高精度的影响具有分区性:从盆地边界至拐点测高精度从高到低,从拐点至盆底边缘,测高精度从低到高,且拐点附近测高精度最差,边界和盆地底精度最高;坡向测高精度比精度高。
此外,由于InSAR数据处理步骤繁多,主要包括配准、去平地效应、相位解缠、基线估计。这几个步骤,紧密相连,任何一个环节的误差,将会导致最终DEM精度的降低。在进行综合分析时,这方面的误差也应该考虑。
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