Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM

ZHANG Jinrui; ZHU Jianjun; WAN Afang; WANG Feng; ZOU Mingpu; FU Haiqiang

doi:10.13203/j.whugis20240148

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Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 51, Issue 5, Pages: 1004-1013(2026)
- 作者机构：
  
  1.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙，410083
  2.湖南省第一测绘院，湖南长沙，410114
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20240148
  CLC： P237
- Received：14 January 2025，
  
  Published：05 May 2026
- 稿件说明：
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张锦瑞,朱建军,万阿芳，等.复杂地形条件下星载LiDAR与InSAR DEM平面位置校正[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(5):1004-1013.

ZHANG Jinrui,ZHU Jianjun,WAN Afang,et al.Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(5):1004-1013.
张锦瑞,朱建军,万阿芳，等.复杂地形条件下星载LiDAR与InSAR DEM平面位置校正[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(5):1004-1013. DOI：10.13203/j.whugis20240148

ZHANG Jinrui,ZHU Jianjun,WAN Afang,et al.Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(5):1004-1013. DOI：10.13203/j.whugis20240148

摘要

星载激光雷达(light detection and ranging

LiDAR)与合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar

InSAR)技术生成数字高程模型(digital elevation model

DEM)的融合在林下地形估计、树高反演、DEM精度评价及修正等方面均有广泛的应用，实现二者的有效配准是融合应用的关键前提。现有的配准模型并未充分考虑不同地形因素影响下的平面偏移量与高程改变量变化情况。提出一种基于地形坡度的定权模型，并将现有配准模型线性化，利用最小二乘平差的方法求解偏移量。为验证配准方法的有效性，选取西班牙4个具有不同地形条件和地表覆盖类型的实验区进行测试。实验结果表明，配准后4个实验区的高程向均方根误差分别达到0.931 m、1.381 m、1.034 m、4.526 m，与配准前相比，精度分别提升33.02%、8.78%、37.67%、10.00%。实验结果验证了所提方法对复杂地形下星载LiDAR与InSAR DEM配准的有效性。

Abstract

Objectives

The fusion of spaceborne light detection and ranging (LiDAR) and interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is widely used in understory terrain estimation

tree height inversion

digital elevation model (DEM) accuracy evaluation and correction

etc. However

due to limitations in onboard platforms

imaging technology and data processing

the deviations still exist in plane position and height measurement of InSAR DEM. Therefore

the effective registration of spaceborne LiDAR and InSAR DEM is the key premise of the fusion application.

Methods

We propose an improved registration model which fully considers the changes in plane offset and elevation variation under different topographic factors. The proposed model includes a stochastic model and a functional model. The stochastic model is proposed based on the relationship between changes in terrain slope and plane offset

while the functional model linearizes the original registration model. Finally

the plane offset can be solved by the registration model with the least squares adjustment method. In order to verify the validity of the registration method

four test areas with different terrain conditions and land cover types in Spain are selected for testing.

Results

The experimental results show that root mean square error (RMSE) of height difference after registration in these four test areas reach 0.931 m

1.381 m

1.034 m and 4.526 m

respectively. Compared with the accuracy before registration

the accuracy after registration is improved by 33.02%

8.78%

37.67% and 10.00%

respectively. For a canopy height of 15 m compared to 5 m

the contribution of slope greater than 45° to the overall registration of elevation changes in these four test areas reach 72%⁃99%

while the registration accuracy decreases from 33.02%

8.78%

37.67%

10.00% to 20.60%

-0.27%

35.89%

4.62%

respectively.

Conclusions

The proposed method weakens the systematic error variation of height deviation caused by plane offset under the influence of terrain slope and aspect. The experimental results verify the effectiveness of the proposed model for the registration of spaceborne LiDAR and InSAR DEM in complex terrains.

关键词

Keywords

references

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