复杂地形条件下星载LiDAR与InSAR DEM平面位置校正

张锦瑞; 朱建军; 万阿芳; 王烽; 邹明普; 付海强

doi:10.13203/j.whugis20240148

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

复杂地形条件下星载LiDAR与InSAR DEM平面位置校正

摄影测量与遥感 | 更新时间：2026-11-06

- 复杂地形条件下星载LiDAR与InSAR DEM平面位置校正
- Terrain-Considerate Registration Method of Spaceborne LiDAR with InSAR DEM
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第5期页码：1004-1013
- 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：
  
  张锦瑞，硕士，主要从事InSAR DEM数据处理研究。zhangjr@csu.edu.cn
  朱建军，博士，教授。zjj@csu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42227801);湖南省自然资源厅科技项目(20240109CH)
- DOI：10.13203/j.whugis20240148
  中图分类号： P237
- 收稿：2025-01-14，
  
  纸质出版：2026-05-05
- 稿件说明：
移动端阅览
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

罗莉，王斌，周立鹏 . 基于多源数据的广域滑坡隐患数字地形分析［J］. 北京测绘， 2024 ， 38 （ 4 ）： 596 - 602 .

LUO Li ， WANG Bin ， ZHOU Lipeng . Digital Terrain Analysis of Wide-Area Landslide Hazards Based on Multisource Data ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2024 ， 38 （ 4 ）： 596 - 602 .

侯旭娟，邓筱曈，花卫华，等 . 基于自适应生成对抗网络的DEM超分辨率重建方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2026 ， 51 （ 3 ）： 557 - 566 .

HOU Xujuan ， DENG Xiaotong ， HUA Weihua ， et al . DEM Super-Resolution Reconstruction Method Based on Adaptive Generative Adversarial Network ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2026 ， 51 （ 3 ）： 557 - 566 .

张先慧，杨飞 . 森林场景下不同径向基函数插值DEM精度的分析［J］. 北京测绘， 2025 ， 39 （ 4 ）： 522 - 527 .

ZHANG Xianhui ， YANG Fei . Analysis of DEM Accuracy Using Different Radial Basis Function Interpolation in Forest Scenarios ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2025 ， 39 （ 4 ）： 522 - 527 .

郑志 . 基于亚米级立体卫星影像的三维地形智能提取［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 3 ）： 616 .

ZHENG Zhi . Intelligent Extraction of 3D Terrain Based on Sub-Meter Satellite Stereos ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 3 ）： 616 .

张双成，王杰，李涛，等 . 陆地探测一号卫星用于干涉测量精度验证与分析：以大同市为例［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2187 - 2197 .

ZHANG Shuangcheng ， WANG Jie ， LI Tao ， et al . Accuracy Verification and Analysis of the Interferometry of Lutan-1 Satellite： A Case Study of Datong ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2187 - 2197 .

吴福，廖泽源，何娜，等 . 面向茂密植被山区地质灾害调查的LiDAR点云密度优化［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2026 ， 51 （ 4 ）： 751 - 761 .

WU Fu ， LIAO Zeyuan ， HE Na ， et al . LiDAR Point-Cloud Density Optimization for Geohazard Surveys in Densely Vegetated Mountainous Areas ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2026 ， 51 （ 4 ）： 751 - 761 .

谌一夫，李帅，张东方，等 . 自适应空间密度滤波的ICESat-2激光雷达测深［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 1 ）： 83 - 96 .

CHEN Yifu ， LI Shuai ， ZHANG Dongfang ， et al . ICESat-2 LiDAR Bathymetry Based on Adaptive Spatial Density Filtering ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 1 ）： 83 - 96 .

朱本鑫，张胜凯，肖峰，等 . 基于ICESat-2卫星测高数据的东南极Totten冰川流域高程变化研究［J］. 测绘地理信息， 2025 ， 50 （ 4 ）： 48 - 53 .

ZHU Benxin ， ZHANG Shengkai ， XIAO Feng ， et al . Research on Elevation Change of the Totten Glacier Drainage Basin in East Antarctica Based on ICESat-2 Satellite Altimetry ［J］. Journal of Geomatics ， 2025 ， 50 （ 4 ）： 48 - 53 .

尹飞，张西步，张悦，等 . ICESat-2数据在煤矿塌陷区水深测量中的应用［J］. 北京测绘， 2025 ， 39 （ 9 ）： 1245 - 1250 .

YIN Fei ， ZHANG Xibu ， ZHANG Yue ， et al . Application of ICESat-2 Data in Water Depth Measurement of Coal Mine Subsidence Areas ［J］. Beijing Surveying and Mapping ， 2025 ， 39 （ 9 ）： 1245 - 1250 .

席梦丹，张永洪 . 基于GF-3精细条带数据生产DEM的精度分析［J］. 测绘标准化， 2024 ， 40 （ 2 ）： 101 - 106 .

XI Mengdan ， ZHANG Yonghong . Accuracy Analysis of DEM Producing from GF-3 Fine Stripmap Data ［J］. Standardization of Surveying and Mapping ， 2024 ， 40 （ 2 ）： 101 - 106 .

井亚舟，段鹏飞，李碧岑，等 . “句芒”号卫星超光谱探测仪设计与系统验证［J］. 中国空间科学技术， 2023 ， 43 （ 6 ）： 142 - 149 .

JING Yazhou ， DUAN Pengfei ， LI Bicen ， et al . Design and Verification of the Spectrometer On“Gou Mang” Satellite ［J］. Chinese Space Science and Technology ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 142 - 149 .

BESL P J ， MCKAY N D . A Method for Registration of 3-D Shapes ［J］. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence ， 1992 ， 14 （ 2 ）： 239 - 256 .

ROSENHOLM D A N ， TORLEGARD K . Three-Dimensional Absolute Orientation of Stereo Models Using Digital Elevation Models ［J］. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing ， 1988 ， 54 （ 10 ）： 1385 - 1389 .

张同刚，岑敏仪，冯义从 . 用于无控制DEM匹配的LZD和ICP算法的比较［J］. 中国图象图形学报， 2006 （ 5 ）： 714 - 719 .

ZHANG Tonggang ， CEN Minyi ， FENG Yicong . Comparison of LZD and ICP Algorithms in DEM Matching Without Control Points ［J］. Journal of Image and Graphics ， 2006 （ 5 ）： 714 - 719 .

陈柏行，朱庆，胡翰 . 基于GLAS激光测高数据的ZY-3全球DEM精度评估方法［J］. 地理信息世界， 2019 ， 26 （ 6 ）： 70 - 73 .

CHEN Bohang ， ZHU Qing ， HU Han . ZY-3 Global DEM Accuracy Evaluation Method Based on GLAS Laser Altimetry Data ［J］. Geomatics World ， 2019 ， 26 （ 6 ）： 70 - 73 .

WEI S D ， JIANG Y H ， DU B ， et al . Large-Scale Combined Adjustment of Optical Satellite Imagery and ICESat-2 Data Through Terrain Profile Elevation Sequence Similarity Matching ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2024 ， 17 ： 19771 - 19785 .

NUTH C ， KÄÄB A . Co-Registration and Bias Corrections of Satellite Elevation Data Sets for Quantifying Glacier Thickness Change ［J］. The Cryosphere ， 2011 ， 5 （ 1 ）： 271 - 290 .

丁夏萌 . 基于开源数据的资源三号境外DEM高程精度评价研究［D］. 兰州：兰州交通大学， 2023 .

DING Xiameng . Research on Elevation Accuracy Evaluation of Resource-3 Overseas DEM Based on Open Source Data ［D］. Lanzhou ： Lanzhou Jiaotong University ， 2023 .

杨帅，杨娜，陈传法，等 . 顾及数据配准的江西省SRTM DEM精度评价和修正［J］. 地球信息科学学报， 2021 ， 23 （ 5 ）： 869 - 881 .

YANG Shuai ， YANG Na ， CHEN Chuanfa ， et al . Accuracy Assessment and Improvement of SRTM DEM Based on ICESat/GLAS Under the Consi-deration of Data Coregistration over Jiangxi Province ［J］. Journal of Geo⁃Information Science ， 2021 ， 23 （ 5 ）： 869 - 881 .

赵羲，霍瑞，陈亦卓，等 . ICESat-2高程信息辅助下的北极冰区航线规划［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1610 - 1620 .

ZHAO Xi ， HUO Rui ， CHEN Yizhuo ， et al . Route Planning in the Arctic Ice Region Assisted by ICESat-2 Elevation Information ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1610 - 1620 .

XU W F ， LI J ， PENG D L ， et al . Comparison of Five Methods for Improving the Accuracy of SRTM3 DEM and TanDEM-X DEM in the Qinghai-Tibet Plateau Using ICESat-2 Data ［J］. International Journal of Digital Earth ， 2024 ， 17 （ 1 ）： 2391036 .

刘卓，李佳，张翔，等 . 利用TanDEM-X影像和ICESat-2高程数据获取南极高精度数字高程模型［J］. 测绘通报， 2022 （ 4 ）： 72 .

LIU Zhuo ， LI Jia ， ZHANG Xiang ， et al . Obtaining High-Precision Digital Elevation Model in Antarctica Based on TanDEM-X Images and ICESat-2 Data ［J］. Bulletin of Surveying and Mapping ， 2022 （ 4 ）： 72 .

HUESO GONZALEZ J ， BACHMANN M ， SCHEIBER R ， et al . Definition of ICESat Selection Criteria for Their Use as Height References for TanDEM-X ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2010 ， 48 （ 6 ）： 2750 - 2757 .

DUONG H ， LINDENBERGH R ， PFEIFER N ， et al . ICESat Full-Waveform Altimetry Compared to Airborne Laser Scanning Altimetry over the Netherlands ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2009 ， 47 （ 10 ）： 3365 - 3378 .

高志良，解明礼，巨能攀，等 . 堆积层滑坡多源遥感动态演变特征分析研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 8 ）： 1482 - 1491 .

GAO Zhiliang ， XIE Mingli ， JU Nengpan ， et al . Multi-Source Remote Sensing Dynamic Deformation Monitoring of Accumulation Landslide ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 8 ）： 1482 - 1491 .

李圣雨 . 无靶标LiDAR/IMU/Camera时空标定关键技术研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2400 .

LI Shengyu . Key Technologies for Targetless LiDAR/IMU/Camera Spatiotemporal Calibration ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， 50 （ 11 ）： 2400 .

GRUBER A ， WESSEL B ， HUBER M ， et al . Operational TanDEM-X DEM Calibration and First Validation Results ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2012 ， 73 ： 39 - 49 .

RIZZOLI P ， MARTONE M ， GONZALEZ C ， et al . Generation and Performance Assessment of the Global TanDEM-X Digital Elevation Model ［J］. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing ， 2017 ， 132 ： 119 - 139 .

ABDALATI W ， ZWALLY H J ， BINDSCHADLER R ， et al . The ICESat-2 Laser Altimetry Mission ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2010 ， 98 （ 5 ）： 735 - 751 .

COLESANTI C ， WASOWSKI J . Investigating Landslides with Space-Borne Synthetic Aperture Radar （SAR） Interferometry ［J］. Engineering Geo⁃logy ， 2006 ， 88 （ 3/4 ）： 173 - 199 .

NOTTI D ， HERRERA G ， BIANCHINI S ， et al . A Methodology for Improving Landslide PSI Data Analysis ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2014 ， 35 （ 6 ）： 2186 - 2214 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

星载温室气体激光雷达技术发展与展望

干涉合成孔径声纳局部相干法复图像配准

线性变化消光S‑RVoG模型的多基线PolInSAR森林高度反演

大众智能终端GNSS有意干扰检测技术研究现状与展望

海洋目标辐射基准传递不确定度研究进展