基于地表不变特征的矿区DEM变化检测

Digital Elevation Model (DEM) derived from the images of domestic high resolution stereo mapping satellite can provide reference data for related scientific research. It is also of great significance for ground deformation monitoring, surrounding environment planning and management in mining area. As the complication of changes in mining area, the non-rigorousness of multi-temporal DEMs co-registration can lead false or inaccurate changes, and affect the further analysis and application. This project proposes a method of invariable ground features and terrain feature primitives for DEMs registration and ground deformation detection, using the DEMs derived from stereo images and precision analysis in some typical mining areas. The contents include: 1) the extraction of terrain feature primitives of point, line, and face with different scales; 2) the measurement of similarity for terrain feature primitives and the selection of invariable ground features; 3) the integration model of DEM co-registration and change detection based on the invariable ground features. Combining the variable features from the cognominal terrain feature primitives and the overall changes from the co-registration, spatial-temporal changes of DEM in mining area are analyzed. The research results will be valuable for the application of China’s stereo images derived DEMs in mining areas, and also for the integration of multi-source data.

利用国产高分辨率立体测图卫星影像建立数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM），可为相关科学研究提供基准数据，对矿区地表变形监测与周边环境规划与治理具有重要意义。由于矿区地形复杂多变，开采扰动会导致不同时相DEM配准不严格而出现虚假变化，影响进一步分析与应用。针对上述问题，本项目以典型矿区内立体影像DEM为实例，基于矿区点、线、面等多基元地表不变特征开展DEM配准与变化检测研究。内容包括：1）不同尺度条件下矿区点、线、面等多基元特征的提取；2）地形特征基元的相似度测量与地表不变特征选取；3）基于地表不变特征的DEM配准与变化检测整体解算模型。联合同名地形特征基元提取的变化特征与DEM整体变化进行矿区地表DEM变化时空分析，通过本项研究，将进一步扩展国产影像DEM及其他多源数据在矿区环境变化监测中的集成应用。

利用国产高分辨率立体测图卫星影像建立数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM），可为相关科学研究提供基准数据，对矿区地表变形监测与周边环境规划与治理具有重要意义。在矿区地形复杂多变的条件下，开采扰动会导致不同时相DEM配准不严格而出现虚假变化，影响进一步分析与应用。本课题立足于矿区地形DEM变化检测应用，针对矿区地形特点与DEM特征选择与匹配难点，利用周期性卫星立体影像研究DEM的变化，开展了开采扰动条件下矿区点、线、面等多基元地形特征提取，地形特征基元的相似度测量与不变特征选取，以及利用地表不变特征进行DEM配准与变化检测的研究，形成了一套以矿区点、线、面等多基元地表不变特征为基础的矿区DEM变化检测方法。本课题主要研究成果有：（1）利用国产卫星影像及其生成的DEM为主要数据来源，建立了获取矿区地形与变形特征的方法流程；（2）根据不同DEM数据源与矿区地形特点，分析并获取了开采条件下地表不变特征的点、线、面等表现形式；（3）提出了点、线、面等地形特征基元的相似度测量方法与不变特征判断方法；（4）提出了基于地形特征基元的DEM配准模型；（5）通过不同时相间地形的对比，实现了矿区整体地形变化的检测，建立了矿区区域级地形DEM时变模型；（6）实现了矿区典型区域地形变化特征的提取与趋势分析。研究成果进一步扩展了国产影像DEM及其他多源数据在矿区环境变化监测中的集成应用,对于提高现有DEM精度和复杂地表DEM的变化检测具有非常重要的意义。随着大量的、高分辨率、周期性覆盖我国的国产卫星遥感影像数据的不断获取，利用周期性卫星立体影像研究DEM的变化，不仅是三维变化检测的有力补充，也为其他相关科学研究提供更为准确的基准数据。