Luận Văn Ứng dụng kỹ thuật insar trong xây dựng mô hình độ cao số (DEM)

TÓM TẮT: Trong những năm gần đây, kỹ thuật SAR giao thoa (Synthetic Aperture
Radar Interferometry - InSAR) đã được xem như một trong những kỹ thuật hiệu quả hỗ trợ
cho việc xây dựng và cập nhật dữ liệu của GIS. Dữ liệu độ cao số trong GIS thường lưu trữ
theo các dạng mô hình độ cao số (DEM) và được sử dụng khá phổ biến để thể hiện địa hình.
Bài báo nhằm giới thiệu khả năng ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng DEM và minh họa kết
qủa thực nghiệm đạt được tại lưu vực sông Kôn – Hà Thanh thuộc tỉnh Bình Định. Độ chính
xác của mô hình độ cao số (DEM) tạo bởi kỹ thuật InSAR được so sánh với các phương pháp
tạo DEM khác (DEM nhận được từ cặp ảnh lập thể SPOT hay ASTER).
1. GIỚI THIỆU
Cùng với sự nghiên cứu phát triển và phổ biến các ứng dụng của Viễn thám cũng như Hệ
thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information Systems), việc cung cấp và cập nhật dữ
liệu cho các ứng dụng GIS là một nhu cầu khá cấp thiết hiện nay. Mô hình độ cao số DEM
(Digital Elevation Model) thường được quản lý trong GIS dưới dạng cấu trúc dữ liệu raster, cho
phép thể hiện đơn giản, phân tích hiệu quả và tương thích với dữ liệu viễn thám. Trong hình
thức này, DEM được thể hiện như một mảng các giá trị cung cấp độ cao của bề mặt địa hình,
độ chính xác của các giá trị thể hiện phụ thuộc vào nguồn dữ liệu được sử dụng và phương
pháp để tạo DEM.
Theo các phương pháp truyền thống, DEM được xây dựng chủ yếu dựa trên đường đồng
mức của các các bản đồ đã được số hóa hoặc các kỹ thuật quan sát lập thể của ảnh hàng không
hay từ dữ liệu khảo sát địa hình thu được trực tiếp từ việc khảo sát thực địa của khu vực tương
đối nhỏ. Trong những năm 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.
Nếu chúng ta có hai ảnh SAR được thu nhận từ 2 vị trí khác nhau của vệ tinh nhưng cùng
phủ một vùng diện tích trên mặt đất, giá trị pha của tín hiệu rada cho bởi ảnh thứ nhất có thể
đem đi trừ đi gía trị pha cho bởi 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. Kỹ thuật dựa
trên độ lệch pha của tín hiệu radar để tính toán và xử lý ảnh được gọi là kỹ thuật InSAR (giao
thoa SAR - SAR interferometry).
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 ERS-1 và ERS-2, RADARSAT, JERS-1, ENVISAT . đều cho phép sử
dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM.
Trong bài báo này, chúng tôi muốn đề cập đến nội dung kỹ thuật InSAR và ứng dụng thực
nghiệm tại một khu vực đặc trưng thuộc tỉnh Bình Định.