Tài liệu kỹ thuật

CÔNG NGHỆ INSAR THÀNH LẬP DEM CHO KHU VỰC CÓ ĐỘ DỐC LỚN - P1

18/11/2021 GeoLink Thu Giang 0 Nhận xét

Một trong những yếu tố quan trọng làm đầu vào cho mô hình thủy văn thủy lực cũng như chiết tách hệ thống thủy văn trên lưu vực là mô hình số độ cao (DEM). Căn cứ vào DEM, các đường phân thủy, tụ thủy được phân tích để đưa vào mô hình thủy văn, đồng thời, có thể xác định được độ dốc phục vụ tính tốc độ dòng chảy, mực nước dâng thượng nguồn. Với vai trò như vậy, việc thành lập DEM nói chung, DEM vùng núi nói riêng luôn được chú trọng và quan tâm. Do đặc điểm nghiên cứu trên khu vực đồi núi trên vùng rộng, phương pháp đo đạc trực tiếp không hiệu quả. Chính vì thế, nghiên cứu thành lập DEM bằng công nghệ viễn thám sẽ giảm thiểu chi phí cũng như đẩy nhanh tốc độ thành lập DEM, đồng thời có khả năng cập nhật thông tin liên tục. Sử dụng công nghệ viễn thám thành lập DEM ở vùng đồi núi dốc thực sự là một thách thức. Một trong những công nghệ đã và đang được phát triển để thành lập DEM hiện nay là sử dụng kỹ thuật giao thoa radar (InSAR).

1. Công nghệ InSAR thành lập DEM vùng núi có độ dốc lớn

Trong những thập niên 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. 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 ALOS, ERS-1 và ERS-2, RADARSAT, JERS-1, ENVISAT... đều cho phép sử dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM [1].

Phương pháp cơ bản được sử dụng hai (02) ảnh SAR được thu nhận từ 2 vị trí khác nhau của vệ tinh nhưng cùng quan trắc một vùng trên mặt đất, giá trị pha của tín hiệu radar cho bởi ảnh thứ nhất có thể trừ đi giá trị pha của 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. 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 quá lớn nhằm tránh sự bất tương quan về mặt thời gian.

Hình 1. Nguyên lý hình học của giao thoa radar SAR

(Nguồn: Đề tài cấp Bộ Bộ TN&MT TNMT.07.35)

Thông tin độ cao được chiết tách từ quá trình giải mở pha giao thoa, pha giao thoa có thể viết như sau:

ϕ = ϕ flat + ϕtopo + ϕdefo + ϕatm + ϕnoi

Trong đó, ϕ là pha giao thoa, ϕflat là pha bề mặt của trái đất, ϕtopo là pha của bề mặt địa hình, ϕdefo là pha của dịch chuyển, ϕatm là pha trễ do tác động của khí quyển, ϕnoi là nhiễu.

Trong công thức trên, pha bề mặt của trái đất và pha nhiễu có thể được loại bỏ bởi quá trình hiệu chỉnh thông tin quỹ đạo và ứng dụng phương pháp lọc giao thoa. Khi đó, nếu ảnh giao thoa cách nhau trong khoảng thời gian ngắn thì sẽ không có dịch chuyển và độ trễ do khí quyển gây ra có thể viết:

ϕ = ϕtopo

DEM được tạo bằng cách giải pha và chuyển đổi pha sang độ cao cho từng pixel sau đó tiến hành geo-coding. Tọa độ và mỗi thành phần của InSAR DEM được xác định dựa theo đặc điểm của ảnh chính.

Cơ sở của xử lý InSAR để thành lập DEM là đo pha và tính chuyển pha về độ cao. Độ cao theo độ nhậy giao thoa radar được tính theo công thức:

 

Trong đó, B là đường đáy, θ là góc tới, α là góc xoay đường đáy, λ là bước sóng, R là khoảng cách giữa bề mặt tán xạ và ăng ten, là hình chiếu đường cơ sở.

Trên cơ sở đó, quy trình thành lập DEM bằng công nghệ InSAR được đề xuất tại Hình 2.

Hình 2. Sơ đồ thành lập DEM bằng công nghệ InSAR

(Nguồn: Đề tài cấp Bộ Bộ TN&MT TNMT.07.35)

Geolink tổng hợp từ RSC

Bình luận

VIẾT BÌNH LUẬN CỦA BẠN:

popup

Số lượng:

Tổng tiền: