專利名稱：基于干涉測(cè)量數(shù)據(jù)和其他類型數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)融合來生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
管理者對(duì)在國(guó)際民用航空組織(ICAO)制定的《航空國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程建議》中 述及的為了管理航空基地并涉及到標(biāo)準(zhǔn)航空站覆蓋區(qū)域的準(zhǔn)確三維地理信息數(shù)據(jù)的需求 成為航空安全管理委員會(huì)的主要需求之一。當(dāng)前的建議提出了與位于航空基地(機(jī)場(chǎng)或其他航空站)周邊環(huán)境中的障礙物 (特別是其位置和高度)相關(guān)的安全問題，這需要在機(jī)場(chǎng)障礙圖(AOC)和精確進(jìn)場(chǎng)地形圖 (PATC)中說明，以滿足在ICAO的附錄4、附錄14和附錄15中規(guī)定的要求。這些圖是由民用航空管理者或者管理航空站的管理者來管理的。其設(shè)計(jì)和技術(shù)說 明書在世界范圍內(nèi)由ICAO規(guī)范，在葡萄牙由INAC(葡萄牙民用航空管理局)規(guī)范?，F(xiàn)今，由于涉及到航空運(yùn)輸市場(chǎng)的安全限制的增加，需要一種機(jī)場(chǎng)障礙物圖的快 速更新方法。從精密進(jìn)場(chǎng)地形圖(PATC)或機(jī)場(chǎng)障礙物圖(AOC)的誕生時(shí)起至其更新時(shí)，涉 及障礙物的大多數(shù)研究時(shí)斷時(shí)續(xù)的持續(xù)進(jìn)行了數(shù)年。即使是就在一個(gè)小的調(diào)查區(qū)域上獲得 的常規(guī)障礙物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而言使用實(shí)際的達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技術(shù)，即航空激光掃描與 激光探測(cè)和測(cè)距(ALS/LiDAR)，那么，通常在前面的兩個(gè)時(shí)刻之間也獲得一年或更長(zhǎng)的時(shí)間 窗。這使得在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成時(shí)數(shù)據(jù)往往被廢棄，并且也不能滿足在ICAO的附錄15第10章 第10. 6段規(guī)定的關(guān)于大型和特大型調(diào)查區(qū)域的地形和障礙物數(shù)據(jù)的可用性的截止期限。
背景技術(shù)：
在機(jī)載激光雷達(dá)(迄今為止在這種應(yīng)用類型的領(lǐng)域中使用的達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展 水平的技術(shù))和空載合成孔徑雷達(dá)平臺(tái)之間的權(quán)衡分析，表明飛行器的航行高度明顯低于 衛(wèi)星，因此，機(jī)載激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集步驟總體上增加了幾個(gè)不便之處，其經(jīng)常地或者是 系統(tǒng)地與數(shù)據(jù)采集步驟相關(guān)聯(lián) 在用于數(shù)據(jù)采集的激光雷達(dá)航行時(shí)的機(jī)場(chǎng)操作中的嚴(yán)格限制由于所需飛行高度 低而產(chǎn)生高危的操作； 在航班起飛和抵達(dá)過程中，尤其是在交通量大的機(jī)場(chǎng)，也會(huì)由于必需機(jī)場(chǎng)操作的 延遲而產(chǎn)生巨大延遲；·在某些情況下，激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集被限制在白天的航班。處理機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)花費(fèi)的時(shí)間是極大的(一般對(duì)于很小的調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域來 說多于6個(gè)月，對(duì)于中到大型的調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域來說幾乎兩年或更多)，即使對(duì)于小的覆蓋 區(qū)域也需要分析數(shù)十億的點(diǎn)，并且修正它們?nèi)康钠普`差，這是由于它是三維環(huán)境中基 于點(diǎn)的應(yīng)用，其對(duì)于在所有采集點(diǎn)之間的關(guān)于與飛機(jī)的飛行路徑相關(guān)聯(lián)的誤差進(jìn)行空間校 正過程，并且現(xiàn)在在對(duì)于同一監(jiān)控區(qū)域的不同時(shí)期內(nèi)采集的的不同點(diǎn)帶之間執(zhí)行另一個(gè)校 正步驟是必需的。雖然采集機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理是使用先進(jìn)的數(shù)字設(shè)備進(jìn)行的，但 是它幾乎是一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的進(jìn)行的，并且由于要處理大量數(shù)據(jù)該處理很慢，凸顯了使用這 種類型的遠(yuǎn)程傳感器的另一個(gè)缺點(diǎn)，即其導(dǎo)致了數(shù)據(jù)生成的高成本。在Mksono T.等人的《印度尼西亞地圖的未來先進(jìn)邊緣雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)》(“The future ofmaps of Indonesia :Benefit of leading edge radar interferometry technology"), ((Myj1H 地圖2003，技術(shù)趨勢(shì)2003》中，提及了涉及在計(jì)算上付出的努力的局限性，從而暗示了在 Oytawa (EUA)進(jìn)行的對(duì)來自印度尼西亞的一個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)的處理。由于其核心區(qū)域是基于柵格結(jié)構(gòu)(光柵模型)而不是基于點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，所以從空載 平臺(tái)采集的數(shù)據(jù)不需要特殊化的硬件來進(jìn)行技術(shù)處理。因此，使用基于光柵的模型背后的 目的是保證對(duì)于代表一小覆蓋區(qū)域的每一像素，有其等于在該像素區(qū)域內(nèi)最高物體的數(shù)位 (該數(shù)位為其在當(dāng)前聚焦區(qū)域的高度)?？茖W(xué)界中聲稱，大的或者巨大的覆蓋區(qū)域(例如一 個(gè)國(guó)家的整個(gè)領(lǐng)土)的調(diào)查在使用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)時(shí)是不能實(shí)行的，而空載傳感器代表 了一種適當(dāng)?shù)奶娲?，并且還有一種低成本解決方案，即，空載遠(yuǎn)程傳感器提出一種關(guān)于數(shù)據(jù) 采集過程的低成本解決方案。ALS/LiDAR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是近垂直遙感單元。空載合成孔徑雷達(dá)平臺(tái)為側(cè)向掃描 系統(tǒng)，從而將其本身呈現(xiàn)為用于這種具體的應(yīng)用類型-用于航空目的的障礙物數(shù)據(jù)的一個(gè) 優(yōu)點(diǎn)。例如，任意具有大的高度發(fā)展的小區(qū)域物體，比如在源自激光雷達(dá)的數(shù)字表面模型 DSM中的30米高的天線，顯示很小的探測(cè)區(qū)域，而對(duì)于同樣的掃描物體，當(dāng)使用側(cè)向掃描雷 達(dá)系統(tǒng)時(shí)，由于其傾斜距離感測(cè)特性，就能得到大得多的探測(cè)區(qū)域。另外，在激光雷達(dá)遙感技術(shù)中使用的能量的帶寬通常很小(通常接近紅外線)，這 受到大氣條件的嚴(yán)重影響，從而在高度數(shù)據(jù)中引起無法檢測(cè)的誤差，這與空載合成孔徑雷 達(dá)技術(shù)相反，因?yàn)槠淇梢栽谒刑鞖鈼l件下運(yùn)行，不管是白天或者黑夜。由于飛行器的航行高度頻繁變化，因此激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的精度沿著所研究的區(qū)域發(fā) 生變化。而且，附連到飛行器上的用于攜帶激光雷達(dá)系統(tǒng)的硬件的慣性GPS系統(tǒng)，相比于源 自太空交通工具的誤差而言，難于精確計(jì)算源自飛行器沿著其縱軸的運(yùn)動(dòng)的誤差(通常稱 為側(cè)傾(roll)引起的誤差)。加上由于濕度和懸浮在大氣中的小顆粒物(懸浮塵粒)引 起的返回信號(hào)的可變性，機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)精度以輻射測(cè)量精度而不是真實(shí)海拔精度來描 述。已經(jīng)知曉一些生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法。例如在Garrity C.的《使用機(jī)載干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá)(IFSAR)制作數(shù)字地圖》， ("Digital Cartographic Production Using Airborne Interferometric Synthetic ApertureRadar(IFSAR)，，)，阿拉斯加北坡，2005和Saksono Τ.等人的《印度尼西亞地圖 的未來先進(jìn)邊緣雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)》(〃 The future of maps of Indonesia Benefit of leading edge radar interferometry technology，，，)，在亞^HIi也圖 2003，技術(shù) 趨勢(shì)2003中，基于80年代以來科學(xué)界的描述，描述了合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的原理，其中展現(xiàn) 了 INTERMAP所做的一項(xiàng)關(guān)于為獲得數(shù)據(jù)來生成數(shù)字表面模型(MDQ和數(shù)字地形模型(DTM) 的服務(wù)的實(shí)現(xiàn)的工作，但是很難應(yīng)用于航空目的。并且如果該服務(wù)在2003年實(shí)現(xiàn)，那么由 于沒有任何數(shù)據(jù)更新程序以合理的成本在一年或更少的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的事實(shí)，在2010年，使 用該論文中所描述的技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率就成本/收益比而言就不夠高效。在 Garrity C.的《使用機(jī)載干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá)(IFSAR)制作數(shù)字地圖》，阿拉斯加北坡， 2005中，提到了在SAR傳感器中反復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集，從而顯示了很好的空間分辨率，但是 如果采集的數(shù)據(jù)被用于航空目的，在合理的時(shí)間窗內(nèi)為一整個(gè)國(guó)家的全部領(lǐng)土收集信息將幾乎是不能實(shí)行的，因?yàn)檫@篇論文提到了置于機(jī)載平臺(tái)的合成孔徑雷達(dá)的使用(IFSAR-機(jī) 載干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá))。并且，由于不滿足ICAO的附錄15，第10章中的數(shù)字要求，在 該論文中提出的方法不足以應(yīng)用于航空目的，并且由于數(shù)據(jù)更新過程僅安排了 5年，這難 于與一些已存在的像TERRASAR-X或者RADARSAT的太空合成孔徑雷達(dá)傳感器或者甚至是像 SENTINEL的那些未來系統(tǒng)所提供的調(diào)查相比較。同時(shí)，在同一篇論文中很短的篇幅涉及到 Lansat 7和AVHRR數(shù)據(jù)的使用，但是對(duì)于本發(fā)明的情況，主要目的是探測(cè)涉及新障礙物的 存在的高度變化，而不是建立整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)字表面模型(DSM)。在 Al ves等人的“〈〈Fundamentos do processamento interferometrico de dados deradar de abertura sintetica)), Anais XIV Simposio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Natal, Brasi 1, INPE，7227-72 頁，2009”中描述了合成孔徑雷達(dá)的數(shù)學(xué)原理，并 且雖然提到了在變形領(lǐng)域中的使用，但這里的主要目的與處理來自合成孔徑雷達(dá)的圖像所 使用的技術(shù)無關(guān)，因?yàn)檫@些技術(shù)已經(jīng)存在，而是只有由置于空載平臺(tái)的合成孔徑雷達(dá)捕獲 的數(shù)據(jù)以及其與遠(yuǎn)程采集的其他類型數(shù)據(jù)的融合的處理才在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其能夠在 很短的時(shí)間期間內(nèi)生成和更新機(jī)場(chǎng)障礙圖，這是使用所有前面的參考文獻(xiàn)中提到的基于置 于機(jī)載傳感器中的合成孔徑雷達(dá)的使用的技術(shù)所不可能實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)與作為當(dāng)前達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技術(shù)的機(jī)載激光掃描和激光 探測(cè)及測(cè)距(ALS/LiDAR)傳感器的使用相比較時(shí)，除去其他優(yōu)點(diǎn)不說，不需要停止或者暫 停機(jī)場(chǎng)運(yùn)行，這被認(rèn)為是主要的優(yōu)點(diǎn)之一。在第二階段中分析地理信息系統(tǒng)(GIQ環(huán)境中 的地理參考數(shù)據(jù)以有效地更新和提供機(jī)場(chǎng)障礙圖AOC的自動(dòng)化過程的實(shí)現(xiàn)，也是本發(fā)明的 另一個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。在這一階段中，從I3RISM-ALOS(用于立體測(cè)繪的全色遙感儀器-先進(jìn)的 陸地觀測(cè)衛(wèi)星)或SP0T-5 (多遍掃描)得到的立體視法映象也能夠與DSM的使用空載合成 孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量生成的立體視法映象整合在一起，以增強(qiáng)在所產(chǎn)生的圖中顯示的障礙物 的置信水平。除了涉及到數(shù)據(jù)采集過程和機(jī)場(chǎng)障礙圖的制作的問題之外，用于管理在本發(fā)明的 范圍內(nèi)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而創(chuàng)建的工具將能夠在任何機(jī)場(chǎng)在其他的活動(dòng)中協(xié)助管理職員，特 別是計(jì)劃、分區(qū)、以及甚至是對(duì)人造物體進(jìn)行許可，其中所有提到的活動(dòng)都僅僅基于ICAO 的附錄4、14和15。由于其離地面的距離，空載傳感器軌道遠(yuǎn)比飛行器航行軌道“穩(wěn)定”得多，并且 其數(shù)據(jù)采集能夠被認(rèn)為對(duì)于很廣闊的區(qū)域而言幾乎與在ICAO的附錄15，第10章所提出 的-eTOD即電子地形和障礙物數(shù)據(jù)-中的一樣瞬時(shí)，這個(gè)廣闊的區(qū)域通常包括在一單一圖 像中對(duì)于任意給定機(jī)場(chǎng)或者一個(gè)國(guó)家的整個(gè)領(lǐng)土所分析的整個(gè)區(qū)域。這一事實(shí)設(shè)想了任何 表現(xiàn)在數(shù)據(jù)(圖像)中的誤差都在每條傾斜距離線掃描處均勻分布，從而在執(zhí)行圖像幾何 校正步驟時(shí)展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)。至于激光雷達(dá)，對(duì)于整個(gè)調(diào)查區(qū)域，時(shí)常是在一周之內(nèi)的不 同日子里獲得數(shù)個(gè)點(diǎn)“帶”或點(diǎn)“云”，并且這一事實(shí)能在那些點(diǎn)集合之間引入嚴(yán)重的幾何誤 差，非常難以解決。前面所有的關(guān)于在本發(fā)明范圍之內(nèi)所使用的實(shí)際的達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技 術(shù)的局限性，增強(qiáng)了該所提出方法的優(yōu)勢(shì)，其為了與ICAO的附錄4、附錄14、附錄15嚴(yán)格一 致的航空目的即為了研制低成本方法以及快速獲得障礙物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該方法基于空載合成 孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)的使用來采集地形和障礙物數(shù)據(jù)。
使用與每年一次用激光雷達(dá)更新機(jī)場(chǎng)障礙圖的相同的錢，本發(fā)明中可以完成常常 是更可靠的在航空站周圍的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查區(qū)域內(nèi)的三維地理參考信息數(shù)據(jù)的更新，甚至幾乎是 按照需求的一年內(nèi)數(shù)次或者根據(jù)任何航空站基地的管理人員決定的周期，而實(shí)際上不會(huì)影 響機(jī)場(chǎng)運(yùn)行。如果機(jī)場(chǎng)運(yùn)行需要在數(shù)據(jù)采集過程中停止一段給定的時(shí)間，那么高成本將會(huì) 間接的與當(dāng)前達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技術(shù)即機(jī)載激光雷達(dá)遙感系統(tǒng)的使用相關(guān)聯(lián)。將本發(fā)明與當(dāng)前達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技術(shù)相比較時(shí)，另一個(gè)毫無疑問的抵觸 的創(chuàng)新方面是，如果需要的話可進(jìn)行障礙物數(shù)據(jù)每周一次的更新，這是一個(gè)根據(jù)地形障礙 物數(shù)據(jù)數(shù)字要求對(duì)大多數(shù)要求調(diào)查區(qū)域應(yīng)當(dāng)克服垂直精度問題的話題。ICAO建議障礙物數(shù) 據(jù)應(yīng)當(dāng)說明在給定的航空站周邊區(qū)域內(nèi)是“永久性”還是“暫時(shí)性”的障礙物(如前面提及 的要求最高的區(qū)域)，例如，在機(jī)場(chǎng)周圍的建筑場(chǎng)所擺放一天的起重機(jī)，其可能在機(jī)場(chǎng)障礙 圖中顯示數(shù)年，直到安排另一項(xiàng)用于數(shù)據(jù)更新的激光雷達(dá)工作。因?yàn)椴杉瘮?shù)據(jù)的時(shí)間分辨 率在使用空載SAR干涉測(cè)量遙感系統(tǒng)時(shí)被提高，本發(fā)明由于其較高的更新速度而在現(xiàn)實(shí)和 說明的障礙物之間具有好得多的聯(lián)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提到一種基于依據(jù)高度測(cè)量精確度和空間分辨率的數(shù)字表面模型(DSM) 的存在的創(chuàng)新方法，該數(shù)字表面模型與第一反射表面即建筑物頂部、遠(yuǎn)程通信天線頂部、橋 的頂部等相對(duì)應(yīng)，該方法對(duì)于很廣闊的覆蓋區(qū)域(例如一個(gè)國(guó)家的整個(gè)領(lǐng)土)在很短一 段時(shí)間內(nèi)(小于6個(gè)月)使用空載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)，以及其與由遠(yuǎn)程傳感器采 集的其他類型的數(shù)據(jù)的融合，建立特別是高分辨率光學(xué)圖像、多光譜和高光譜圖像。在這個(gè) 方法的第一步中，依據(jù)歐洲空中交通管制組織(EUR0C0NTR0L)的WGS84實(shí)施手冊(cè)(WGS84)， 完成了保持在被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)任何預(yù)先存在的數(shù)據(jù)從模擬到數(shù)字格式的轉(zhuǎn)換。在第二步中， 建立了光柵模型并且與新的數(shù)字表面模型(DSM)相比，新DSM是通過置于空載平臺(tái)中的合 成孔徑雷達(dá)所獲取的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的干涉測(cè)量處理得到的，該光柵模型在應(yīng)用了陸地變化檢測(cè) 協(xié)議之后標(biāo)識(shí)出新的障礙物并在更新的機(jī)場(chǎng)障礙圖中說明。在初始DSM之后得到的后來的 DSM是使用從置于空載平臺(tái)的合成孔徑雷達(dá)的干涉測(cè)量處理中得到的數(shù)據(jù)和被認(rèn)為將對(duì)該 目的有用的其他類型的數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)融合建立的。在建立此精確的數(shù)字表面模型(DSM) 之后，它將被整合進(jìn)自動(dòng)化陸地變化探測(cè)協(xié)議，從而以數(shù)字格式在很短的時(shí)間周期(根據(jù) 要求為一個(gè)月或者更少)內(nèi)更新和播報(bào)這些機(jī)場(chǎng)障礙圖。此方法也將允許覆蓋如在ICAO 的附錄15，第10章中說明的4個(gè)領(lǐng)土區(qū)域的電子地形和障礙物數(shù)據(jù)組的采集和持續(xù)更新， 這對(duì)于適應(yīng)航空駕駛員座艙或者基于地面的系統(tǒng)或功能是必要的。此創(chuàng)新思想是基于應(yīng)用置于空載平臺(tái)的傳感器的空載合成孔徑雷達(dá)的使用，而不 是基于機(jī)載激光掃描/和激光探測(cè)及測(cè)距傳感器ALS/LiDAR的使用，后者是人們所知曉的 用于此類型應(yīng)用的目前達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水平的技術(shù)，是在根據(jù)ICAO的《航空國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和 操作規(guī)程建議》的被稱為《障礙物》的用于地形和障礙物數(shù)據(jù)采集的技術(shù)。被認(rèn)為是障礙物 的所采集的地形和障礙物數(shù)據(jù)集合需要在機(jī)場(chǎng)障礙圖中說明，與ICAO的附錄15，第10章中 的《電子地形和障礙物數(shù)據(jù)》所規(guī)定的要求嚴(yán)格一致。在試圖使用目前達(dá)到最新技術(shù)發(fā)展水 平的技術(shù)來在很短時(shí)間周期(少于6個(gè)月)內(nèi)執(zhí)行這樣的調(diào)查時(shí)，大型區(qū)域的監(jiān)控(例如， 對(duì)于區(qū)域1，需要調(diào)查一個(gè)國(guó)家的整個(gè)領(lǐng)土)被認(rèn)為是不可行的，其要考慮到采集包含在同一覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有必要航空信息。從而，簡(jiǎn)言之，本發(fā)明呈現(xiàn)出下列優(yōu)點(diǎn)·它大大減少了花費(fèi)在采集地形和障礙物數(shù)據(jù)上的時(shí)間；·它減少了生成新的機(jī)場(chǎng)障礙圖(AOC)的時(shí)間；·它減少了已存在機(jī)場(chǎng)障礙圖(AOC)的更新時(shí)間；·它避免了在地形和障礙物數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集期間對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的中止； 它滿足在ICAO的附錄15，第10章(eTOD)中所規(guī)定的對(duì)與調(diào)查區(qū)域1和2有關(guān) 的地形和障礙物數(shù)據(jù)的數(shù)字要求；·它使得地形和障礙物數(shù)據(jù)可在任意大氣環(huán)境下進(jìn)行；·它降低了機(jī)場(chǎng)障礙圖(AOC)的生成鏈/更新的復(fù)雜性；·它使得將數(shù)據(jù)采集用于根據(jù)ICAO的附錄15第10章第10. 1節(jié)給出的列表中的 涉及航空學(xué)的應(yīng)用成為可能。


本說明是關(guān)于附圖作出的，其沒有任何限制性地示出-圖1是預(yù)存數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換的示圖；-圖2是陸地變化探測(cè)的示圖；-圖3a，b，c，d和e展現(xiàn)了典型光柵模型和必要的覆蓋過程。詳細(xì)說明由圖1可知，通過數(shù)字化點(diǎn)、線和多邊形，并確保任何現(xiàn)有圖像被轉(zhuǎn)化為光柵格式 (例如在其他類型圖像之間的正校正圖像)，將模擬格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。然而，由 于已經(jīng)以數(shù)字格式存在的數(shù)據(jù)元素通常對(duì)應(yīng)在某一段時(shí)間上獲取的具體數(shù)據(jù)，所以就需要 對(duì)它們進(jìn)行分析，這使得建立與要監(jiān)控的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成為必要。不管是在 數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)的情形中，還是在已經(jīng)以數(shù)字格式存在的數(shù)據(jù)的分析中，所有的組合信息 組成作為以光柵格式在陸地變化探測(cè)算法中輸入的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)字表面模型(DSM)。所有 這些數(shù)據(jù)文件涉及數(shù)字表面模型的初始時(shí)期(Ttl),并且被用于與在新時(shí)期(Tcw或者后續(xù)時(shí) 期)獲取的新數(shù)據(jù)相比較。基于前面的轉(zhuǎn)換過程，使用基礎(chǔ)數(shù)字表面模型(DSM)來以光柵 格式探測(cè)陸地變化，得到一矢量文件(矢量機(jī)場(chǎng)障礙圖)，僅用于結(jié)果的覆蓋目的。該基礎(chǔ)數(shù)字表面模型(DSM)與源自由置于空載平臺(tái)的合成孔徑雷達(dá)傳感器采集 的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)的高度測(cè)量信息結(jié)構(gòu)相比較(見圖幻。而后，在合理地共同注冊(cè)以及地理 參照所有分析數(shù)據(jù)之后，應(yīng)當(dāng)裁剪圖像，以確保被監(jiān)控的整個(gè)區(qū)域被正確標(biāo)識(shí)(對(duì)被監(jiān)控 區(qū)域的圖像裁剪)。一般來說，在Ttl和Tcw時(shí)期(或后續(xù)時(shí)期)獲得的光柵數(shù)據(jù)可能會(huì)呈現(xiàn)出輕微的 水平偏移量(亞像素水平)和不同的空間分辨率。為了在應(yīng)用陸地變化探測(cè)協(xié)議時(shí)得到最 佳結(jié)果，應(yīng)當(dāng)確保所比較的兩個(gè)光柵模型都必須在行和列方向具有相同數(shù)量的像素，表征 同樣的被監(jiān)控區(qū)域(所謂的再采樣步驟)。在實(shí)施再采樣步驟之后，激活陸地變化探測(cè)步驟，比較兩個(gè)數(shù)字表面模型(來自 不同時(shí)期)中的高度(或海拔)。兩個(gè)模型之間的算術(shù)差的結(jié)果在某一閾值內(nèi)將生成第三 光柵模型，其中與模型的每一像素相關(guān)聯(lián)的數(shù)位表征不能穿透，或者是對(duì)障礙物表面新穿透的標(biāo)識(shí)，以及在所分析的機(jī)場(chǎng)的三維障礙物表面之上的穿透量。如前所述，隨后用矢量格 式的機(jī)場(chǎng)障礙圖覆蓋被認(rèn)為是障礙物的物體的光柵圖像。此覆蓋之后，還確認(rèn)了新的障礙物。如果它們表示在Ttl和Tcw時(shí)期(或后續(xù)時(shí)期) 之間的新障礙物，那么該確認(rèn)過程甚至可以簡(jiǎn)單地通過視覺驗(yàn)證得到(或者通過進(jìn)一步的 用于兩季之間比較的數(shù)據(jù)融合技術(shù)確認(rèn))。例如，如果存在由新的建筑物引起的新穿透，該 信息必須在機(jī)場(chǎng)障礙圖中更新和說明。但如果無論任何原因這種現(xiàn)象與新的障礙物不對(duì) 應(yīng)，那么涉及到關(guān)注像素的信息就必須保持在Ttl時(shí)期內(nèi)，并且進(jìn)行評(píng)估，以了解在陸地變化 探測(cè)協(xié)議中有這樣的障礙物標(biāo)識(shí)的原因。為了標(biāo)識(shí)障礙物(其位置和高度)，對(duì)下列地理參 照數(shù)據(jù)實(shí)施覆蓋過程 根據(jù)在ICAO的附錄4、附錄14和附錄15中的現(xiàn)有信息，為與航空基地有關(guān)的強(qiáng) 制監(jiān)控區(qū)域建立三維表面(參見圖3頂部的例子)； 如需要，通過合并數(shù)字表面模型(先前的和新的)和其他諸如I3RISM-ALOS (用于 立體測(cè)繪的全色遙感儀-先進(jìn)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星)或SP0T-5(多遍掃描)的其它立體圖像獲得
三維表面。最后，隨著完全被確認(rèn)的Tcw時(shí)期的新的機(jī)場(chǎng)障礙圖數(shù)據(jù)，所有的障礙物數(shù)據(jù)就可 以播報(bào)給所需要的機(jī)構(gòu)。預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與在ICAO的附錄15中提出的要求很接近，即，就垂直精度而言在 10米和3米之間(可能與最低值、也就是3米更接近，該最低值被定義為本發(fā)明能達(dá)到的 最大垂直精度，與在ICAO的附錄15，第10章-eTOD-針對(duì)區(qū)域2中提出的要求最高的要求 相一致)。在執(zhí)行單獨(dú)數(shù)據(jù)更新操作所需的時(shí)間(預(yù)期持續(xù)一周)和這個(gè)方法所確保的精 度之間的權(quán)衡，將會(huì)是本申請(qǐng)的設(shè)想之一。這意味著涉及到與機(jī)場(chǎng)運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的安全問題 的巨大進(jìn)步(不會(huì)被打斷/中止和從障礙物得到更接近地面實(shí)際的數(shù)據(jù))。即使只達(dá)到了 5米的垂直精度，由于在機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全性的提高，本申請(qǐng)相較于任何當(dāng)前的方法也會(huì)有重大 的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵跈C(jī)場(chǎng)障礙圖中說明的障礙物數(shù)據(jù)庫(kù)在很短的時(shí)間周期內(nèi)更新。使用早前描述的用于航空目的的該發(fā)明，通過置于空載平臺(tái)的合成孔徑雷達(dá)的干 涉測(cè)量過程，獲得數(shù)字表面模型(DSM)的質(zhì)量的改進(jìn)。有兩個(gè)涉及到地形和障礙物的數(shù)據(jù) 要求的不同區(qū)域(依據(jù)ICAO的附錄14和15)，標(biāo)注為區(qū)域1和區(qū)域2 (在ICAO的附錄15 中有幾何描述)。對(duì)于區(qū)域1，對(duì)于障礙物30米的數(shù)字垂直精度為該數(shù)字要求。對(duì)于區(qū)域2 的情況，對(duì)于障礙物3米的數(shù)字垂直精度為規(guī)定的數(shù)字要求?？紤]到熟知的使用空載合成 孔徑雷達(dá)傳感器采集的數(shù)據(jù)時(shí)達(dá)到的估計(jì)精度，對(duì)區(qū)域2指示的精度值展現(xiàn)得多少有些野 心勃勃。然而，3米的垂直精度是本發(fā)明要達(dá)到的目的之一，為了其在這些區(qū)域中的每一個(gè) 上的合適標(biāo)識(shí)，根據(jù)在ICAO的附錄15中的指示，其也遵從了穿透涉及區(qū)域1和2的障礙物 表面的障礙物數(shù)據(jù)的90%的置信水平。對(duì)于在ICAO的附錄15中所列的其余區(qū)域的情況，特別是區(qū)域3和區(qū)域4，雖然本 發(fā)明的結(jié)果達(dá)不到關(guān)于依據(jù)ICAO的附錄15所需絕對(duì)垂直精度所要求的置信水平，但是由 于當(dāng)來自空載合成孔徑雷達(dá)傳感器的數(shù)據(jù)沿著不同的連續(xù)時(shí)期被分析時(shí)得到較高的垂直 相對(duì)精度(垂直毫米精度)，本發(fā)明也能對(duì)那些區(qū)域?qū)嵤?br> 權(quán)利要求
1.一種基于置于空載平臺(tái)中的合成孔徑雷達(dá)和由遠(yuǎn)程傳感器獲得的其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 融合來生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于以下步驟-將位于被監(jiān)控區(qū)域中的預(yù)存數(shù)據(jù)從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式； -將數(shù)據(jù)矢量化； -分析已經(jīng)是數(shù)字格式的數(shù)據(jù)；-建立作為以光柵格式在算法中輸入以探測(cè)陸地變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)字表面模型 (DSM)；-比較關(guān)于最初時(shí)期的數(shù)字表面模型和之后及時(shí)得到的新數(shù)據(jù)； -比較基礎(chǔ)數(shù)字表面模型(DSM)和高度測(cè)量信息的結(jié)構(gòu)，該高度測(cè)量信息源自置于空 載平臺(tái)中的合成孔徑雷達(dá)傳感器獲得的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)； -共同注冊(cè)以及地理參照數(shù)字表面模型(DSM)； -裁剪圖像，以確保待監(jiān)控的整個(gè)區(qū)域被正確識(shí)別；-對(duì)光柵模型進(jìn)行再采樣以與最初和后續(xù)的時(shí)期作比較，以使其在行與列上展示相同 數(shù)量的像素，從而表征同樣的被監(jiān)控區(qū)域；-探測(cè)陸地變化，以比較源自不同時(shí)期的兩個(gè)數(shù)字表面模型(DSM)中的海拔，從而生成 第三矩陣模型；-用機(jī)場(chǎng)障礙圖覆蓋被認(rèn)為是障礙物的物體的光柵圖像； -確認(rèn)新的障礙物；以及 -向主管機(jī)關(guān)播報(bào)新的機(jī)場(chǎng)障礙圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，數(shù)據(jù)矢量化的是點(diǎn)到點(diǎn)、每 一行和每一多邊形地保持的，從而將現(xiàn)有的圖像轉(zhuǎn)化為光柵格式。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，對(duì)圖像進(jìn)行正校正。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，第三光柵模型是先前模 型之間的高度測(cè)量差的結(jié)果，其中與這個(gè)第三模型的每一像素相關(guān)聯(lián)的數(shù)位表示不能穿 透，或者是在障礙物表面中的新穿透的標(biāo)識(shí)，以及在所分析機(jī)場(chǎng)的三維障礙物表面之上的 穿透量。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，在最初(Ttl)和之后(Tcw) 的時(shí)期之間的新障礙物的確認(rèn)是通過使用其他補(bǔ)充數(shù)據(jù)融合技術(shù)來視覺驗(yàn)證或核查而實(shí) 現(xiàn)的，用于比較兩個(gè)時(shí)期。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，標(biāo)識(shí)障礙物，其位置和高 度通過使用下列地理參照數(shù)據(jù)的覆蓋過程獲得-根據(jù)在ICAO的附錄4，附錄14和附錄15的現(xiàn)有信息，為與航空基地有關(guān)的強(qiáng)制監(jiān)控 區(qū)域建立三維表面；-如需要，通過合并先前的和新的這兩個(gè)數(shù)字表面模型(DSM)和立體圖像(用于立體 測(cè)繪的全色遙感儀一先進(jìn)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星(PRISM-AL0Q或者SP0T-5 (多通道))，獲得三維表
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法，其特征在于，就垂直精度而言結(jié)果的 精度固定在10米和3米之間。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種基于干涉測(cè)量數(shù)據(jù)和其他類型數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)融合來生成機(jī)場(chǎng)障礙圖的方法。其特征在于以下步驟將預(yù)存的被調(diào)查區(qū)域的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式；將數(shù)據(jù)矢量化；分析已經(jīng)是數(shù)字格式的數(shù)據(jù)；生成作為輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便以光柵格式為陸地變化探測(cè)算法所使用的數(shù)字表面模型(MDS)；比較最初數(shù)字表面模型和在后續(xù)時(shí)期獲得的新數(shù)據(jù)；比較基礎(chǔ)數(shù)字表面模型(DSM)和高度測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該高度測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)源自置于空載平臺(tái)中的合成孔徑雷達(dá)獲得的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)；注冊(cè)以及地理參照數(shù)字表面模型(DSM)；裁剪圖像，以確保整個(gè)被調(diào)查區(qū)域被正確標(biāo)識(shí)；對(duì)光柵模型進(jìn)行再采樣以與在最初和后續(xù)的時(shí)期之間獲得的那些模型相比較，以在行或列上展示相同數(shù)量的像素，表征同樣的被調(diào)查區(qū)域；探測(cè)陸地變化，比較從不同時(shí)期獲得的兩個(gè)數(shù)字表面模型(DSM)中的海拔，以生成第三光柵模型；用矢量格式的機(jī)場(chǎng)障礙圖覆蓋被認(rèn)為是障礙物的物體的光柵圖像；確認(rèn)新的障礙物；以及向相關(guān)機(jī)關(guān)播報(bào)新的機(jī)場(chǎng)障礙圖。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102141616SQ201010602679
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者H·J·M·奧利韋拉, M·A·F·羅德里格斯 申請(qǐng)人:Ana-機(jī)場(chǎng)葡萄牙股份有限公司