基于资源三号卫星数据的地表三维变化检测——以内蒙古准格尔露天煤矿为例

摘要

我国煤炭资源丰富，随着煤炭的不断开采，矿区地表发生了巨大的变化，这些变化给矿区及其周边地区的环境造成了极大影响，为了保证矿区及其周边地区的可持续发展，必须对矿区地表变化进行有效检测。然而现有的变化检测方法大多是二维变化检测，没有考虑到地表高程的变化，而目前的三维变化检测方法还不够成熟。随着我国第一颗民用三线阵立体测图卫星—资源三号卫星的成功发射，利用资源三号卫星可以获取高精度立体影像的优势，研究如何利用资源三号卫星数据进行矿区地表的三维变化检测，准确快速地提取出地表的三维变化信息，成为人们的重点研究方向。
　　本文在研究大量现有的三维变化检测理论和方法的基础上，针对目前三维变化检测方法的优势与存在的问题，探索了基于资源三号卫星数据的三维变化检测方法，并以内蒙古准格尔露天煤矿为研究区进行了三维变化检测实验，本文主要研究内容包括以下几个方面:
　　1)利用资源三号卫星立体影像数据，采用三线阵影像匹配与DSM提取方法制作了研究区2012-2016年五期数字表面模型（Digital Surface Model，DSM），然后将这五期的DSM依次两两相减，分别得到2012-2013年、2013-2014年、2014-2015年、2015-2016年的高程差值影像。
　　2)采用基于概率统计原理的自适应阈值方法确定变化阈值，从而在高程差值影像上提取出发生变化的区域，结合数字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)进行研究区的三维变化检测。
　　3)采用离散化积分方法计算变化区域的面积和土方量，对重点变化区域进行三维变化统计和分析，并对三维变化检测结果的精度进行评价，实现准格尔露天煤矿的地表三维变化检测。
　　实验结果表明:该方法不仅可以直观地显示出变化区域的三维场景，对研究区发生变化的位置、范围、变化程度有一个准确的了解，将常规遥感变化检测方法从二维平面升华至三维空间，而且能够定量计算出变化区域的面积和土方量，可应用于矿区或者地质灾害区域的遥感动态监测中。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 变化检测研究现状分析

1．2．2 基于三线阵影像数据构建DSM技术研究现状分析

1．3 论文的研究内容和技术路线

1．4 论文章节安排

第2章 三线阵影像匹配与DSM提取理论

2．1 影像预处理

2．2 基于多影像多基线多重匹配特征的影像匹配

2．2．1 特征点匹配

2．2．2 格网点匹配

2．2．3 特征线匹配

2．2．4 全局匹配

2．3 三角网内插、三维重建与DSM生成

2．3．1 三角网内插

2．3．2 三维重建与DSM生成

2．4 基于多影像多基线多重匹配特征的影像匹配的优势

2．5 本章小结

第3章 三线阵影像匹配与DSM提取实验

3．1 资源三号卫星简介

3．2 研究区概况

3．3 利用PixelGrid软件制作DsM的流程

3．3．1 建立工程文件

3．3．2 连接点匹配

3．3．3 区域网平差

3．3．4 DSM生成

3．4 影像匹配与DSM提取实验

3．5 DSM精度评定

3．6 本章小结

第4章 地表三维变化检测与分析

4．1 变化检测流程

4．2 变化检测方法

4．2．1 变化检测方法分类

4．2．2 本文采用的变化检测方法

4．3 内蒙古准格尔露天煤矿地表三维变化检测

4．3．1 DSM和DOM的生成

4．3．2 数据预处理

4．3．3 差异图像的获取

4．3．4 变化阈值的确定

4．3．5 变化区域的检测与提取

4．4 实验结果与分析

4．4．1 变化区域定量计算—面积和土方量计算

4．4．2 重点变化区域的统计与分析

4．4．3 三维变化检测精度评价

4．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果