数字高程模型地形描述精度量化模拟研究

在首先提出数字高程模型（DEM）地形描述误差（Et)概念的基础上，以我国5个不同地貌类型区为试验样区，采用比较分析的方法，研究EDEM地形描述误差的成因、影响因素、量测方法以及误差的数学模拟途径。统计分析的结果证明DEM地形描述误差与DEM空间分辨率及其地面粗糙度之间存在着线性相关关系，回归分析结果显示，DEM地形描述误差Et的均方差RMS值可以表达为DEM水平分辨率（R）与地面垂直曲率（V）的函数：RMS Et=(0.0063V 0.0066)R-0.022V 0.2415。该结果可用以估算估算所建立的DEM的地形描述精度，也为确定适宜的DEM分辨率提供了理论依据。     

填挖方量计算的精度评定

指出填挖方量计算的主要误差来源是DEM误差，分析了DEM的产生过程，对DEM误差来源作了分类讨论，最后提出一种比较合理，快速的精度评定方法。     

1∶10000及1∶50000比例尺DEM信息容量的比较——以陕北韭园沟流域为例

运用比较分析与数理统计的方法,以1:10000DEM为基准,探讨在黄土丘陵沟壑区1:50000地形图所建立的数字高程模型描述地表形态的精度特征。样区为陕北绥德县韭园沟流域,基本技术平台为ARC/VIEW地理信息系统软件,研究结果表明,在该地区内,利用1:50000DEM所提取的降水累积量、地面坡度、地面坡向3种地形因子都不同程度地存在着误差。该研究成果对于DEM应用精度的估算与误差的纠正,都有一定的指导意义。     

基于重构等高线的格网细化模型

以规则格网DEM为基础,利用回放等高线与原等高线进行比较,提出两个误差指标和一种格网细化模型,以生成多分辨率的格网DEM,并提高DEM的等高线精度。针对该模型的两个关键步骤,进行了较为详细的论述。通过对一幅实际地形数据进行试验,比较不同方法得出的DEM等高线精度,为DEM精度研究,特别是多分辨率DEM精度研究,提供了一种新的方法和思路。     

小波派生多尺度DEM的精度分析

利用陕北5 m分辨率DEM数据为基本数据,对Haar小波派生出一系列更低分辨率DEM进行复合精度分析。通过等高线套合、数据中误差以及表面重合指数等方法,分析其高程采样误差与空间分布;通过分析对比其在所提取的地面坡度、沟谷网络等地形因子上的差异,分析其地形描述误差。研究结果显示:小波派生多尺度DEM在精度的颓减上呈现指数形的变异规律,当达到三级重构DEM(40 m分辨率)时,其精度仍优于1:5万(25 m分辨率)DEM。该结果对于实现地形的有效简化与掌握多尺度DEM不确定性规律具有一定的意义。     

基于随机过程的格网DEM精度场模型

针对目前DEM格网精度从理论上难于统一量化描述问题,提出一种基于随机过程的格网DEM（grid digital elevation model, grid DEM）精度场模型,该模型从随机过程理论入手,借助DEM的统一插值模型,建立了DEM两类误差（噪声误差和逼近误差）的数学表达,并分析了构成DEM误差的各个分量的数学意义。与已有的模型相比,该模型实现了传统DEM两类误差的统一描述,此外,该模型适用任意插值方式生成的格网DEM的精度评价。     

地形信息的LoD建模及精度分析

对细节层次模型(LoD模型)不同层次之间的精度进行研究.提出用于分层的简化比率概念,建立表示LoD不同层次精度的分辨率误差模型,选取5种典型地貌区域进行实验,得到不同地貌区域的误差拟合公式.根据这些公式,可内插得到各种分辨率比率的误差.同时,利用逆公式,又能由误差确定相应的分辨率比率.最后,对不同地貌类型不同化简算法的模型化简误差进行分析研究.研究成果为评价LoD模型精度提供新的方法,也为简化DEM模型时选择适宜的分辨率提供科学依据.     

插值条件下格网DEM坡度计算模型的噪声误差分析

针对目前DEM（Digital Elevation Model, DEM）数字地形分析的精度评价多数不考虑DEM误差的空间自相关性或仅仅采用经验的自相关性模型问题,本文从DEM插值入手,从理论上推导了插值条件下格网DEM邻域窗口内坡度噪声误差的空间自相关性模型以及坡度精度模型,并选取典型的插值方法和坡度差分算法,从实验角度分析了在顾及和不顾及空间自相关性两种情况下的格网DEM坡度计算模型的噪声精度,实验结果表明：坡度精度受DEM噪声误差的空间自相关性影响较大,并与DEM插值方法和坡度计算模型中的差分算法有关。     

紫金矿区"资源三号"卫星立体影像提取DEM精度评价

作为我国首颗高分辨率立体测绘卫星,"资源三号卫星"(ZY-3)为大区域立体测绘提供了可能.以紫金矿区为研究区,利用ZY-3立体影像提取数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),评价了山区地形条件下该卫星的立体测绘能力.结果显示,无地面控制点情况下DEM精度在20 m以内,1个控制点便可以将DEM的精度提高至5.2 m,3～5个控制点可使DEM的精度达到4.8 m.分析3～8个控制点生成的DEM的精度,结果显示,单个检查点的系统误差对总误差影响较大,随机误差对总误差贡献较小.在有控制点的情况下,ZY-3立体影像能够满足山区地形1:50000 DEM测绘的精度要求.     

国产资源三号测绘卫星DSM数据质量评价--以高海拔山区为例

为了评价国产资源三号测绘卫星DSM数据精度,在顾及地貌类型的情况下,以涵盖平原、台地、丘陵等地貌的高海拔山区为研究案例,并以1∶1万实测地形图DEM为假定真值,以90m分辨率SRTM DEM为评价参照,从高程精度和地形描述精度两个方面,对15m分辨率ZY-3DSM进行精度评价分析。研究结果表明:ZY-3DSM高程精度优于SRTM DEM,前者高程中误差仅为后者的1/6;就地形描述精度来讲,ZY-3DSM与SRTM DEM相比,其地形描述精度更接近理论值,前者RMS Et实际值仅为理论值0.99倍,而后者的实际值却是理论值5.13倍。由此看来,ZY-3DSM数据精度整体上高于SRTM DEM。     

DEM空间尺度对岷江上游流域特征提取的影响

DEM分辨率是描述DEM地形精确程度的一个重要指标,同时也是决定DEM使用范围的一个主要影响因素。此处以岷江上游流域为研究区,Arc GIS为技术支撑,分析DEM空间尺度对流域特征提取的影响。首先,采用7组不同分辨率的DEM数据,通过5类不同特征参数的提取来进行DEM尺度效应的定量分析。其次,借鉴坡度中误差法思想和信息熵理论,综合分析高程、坡度和地面粗糙度来确定该地区DEM研究的分辨率合理范围。结论表明:随着DEM栅格大小的不断增大,高程区间和坡度随之减小;地面粗糙度的减小表现出地形的平坦化;信息熵所包含的内容减少;河网总长度和河网密度也随之变短变稀疏。文中岷江上游流域特征提取研究的DEM最佳空间分辨率区间为30~60 m。     

基于ICESat-2 ATLAS数据的DEM高程精度评价

为探究ASTER GDEMV3、SRTM1 DEM和AW3D30 DEM 3种开源DEM数据的高程精度,本文以高精度ICESat-2 ATLAS测高数据为参考数据,利用GIS统计分析、误差相关分析及数理统计对DEM的高程精度进行对比评价。结果表明：①AW3D30的质量最稳定;SRTM1 DEM在平原精度最高;在高原山地精度由高到低依次为AW3D30 DEM、ASTER GDEMV3、SRTM1 DEM。②DEM数据高程精度受地表覆盖影响较大,且与地形因素密切相关,在相同地表覆盖的两个研究区中DEM数据高程精度表现情况不一致,SRTM在平原地表覆盖下精度表现最好,平均误差为3.15 m,AW3D30 DEM在山地地表覆盖下精度表现最好,平均误差为7.61 m。③坡度对DEM数据的高程精度影响较大,在两个研究区3种DEM数据的高程误差均随坡度的增加而增加;坡向对DEM数据的高程精度影响较小,未发现明显的规律。     

基于DEM量算耕地坡度的误差分析

坡度是最基本的地形因子之一。本文介绍了基于DEM的坡度计算方法,对坡度分级统计中的误差来源分类进行分析,并实验分析其DEM精度,以及各误差因素对坡度统计计算的影响。     

Effect of Contour Intervals and Grid Cell Size on the Accuracy of DEMs and Slope Derivatives

Digital Elevation Models (DEMs) are indispensable tools in many environmental and natural resource applications. DEMs are frequently derived from contour lines. The accuracy of such DEMs depends on different factors. This research investigates the effect of sampling density used to derive contours, vertical interval between contours (spacing), grid cell size of the DEM (resolution), terrain complexity, and spatial filtering on the accuracy of the DEM and the slope derivative. The study indicated different alternatives to achieve an acceptable accuracy depending on the contour interval, the DEM resolution and the complexity of the terrain. The effect of these factors on the accuracy of the DEM and the slope derivative was quantified using models that determine the level of accuracy (RMSE). The implementation of the models will guide users to select the best combination to improve the results in areas with similar topography. For areas with variable terrain complexity, the suggestion is to generate DEMs and slope at a suitable resolution for each terrain separately and then to merge the results to produce one final layer for the whole area. This will provide accurate estimates of elevation and slope, and subsequently improve the analyses that rely on these digital derivatives.     

基于Coons曲面的规则格网DEM表面模型

内插是数字高程模型的核心问题。目前的内插模型主要是由离散的格网数据构建的连续曲面,直接以点推面,可能存在较大的地形误差。本文建立的Coons曲面DEM表面模型,首先利用离散的格网数据构造与格网边界相对应的地形剖面曲线的拟合曲线,再基于拟合曲线构建DEM表面模型。实验表明：Coons曲面DEM表面模型是一种高精度的DEM表面模型,其地形模拟误差比直接基于格网数据建立的双线性内插、样条函数内插和移动曲面拟合法的误差都小,实际地形模拟误差与双线性模型相比减少15％-28％,且精度随着构建边界拟合曲线所用格网点的增多而逐渐提高。     

基于双线性内插规则格网DEM地形误差模型

双线性DEM表面模型的精度包括:使用双线性建模方法从格网量测数据传递过来的误差和地形表面的线性表达导致的精度损失。从理论上推导并证明了地形线性表达的误差极值是格网分辨率与地形坡度乘积的常数倍。并根据地形说明了,在不同地形时常数c的不同取值。     

Effect of sensor modelling methods on computation of 3-D coordinates from Cartosat-1 stereo data

The orbital and the rational polynomial coefficients (RPC) models are the two most commonly used models to compute a three-dimensional coordinates from an image stereo-pair. But it is still confusing that with the identical user provided inputs, which one of these two models provides more accurate digital elevation model (DEM), especially for mountainous terrain. This study aimed to find out the answer by evaluating the impact of used models on the vertical accuracy of DEM extracted from Cartosat-1 stereo data. We used high-accuracy photogrammetric DEM as the reference DEM. Apart from general variations in statistics, surprisingly in a few instances, both the DEMs provided contrasting results, thus proving the significance of this study. The computed root mean square errors and linear error at 90% (LE90) were lower in case of RPC DEM for various classes of slope, aspect and land cover, thus suggesting its better relative accuracy.     

机载LiDAR点云密度对DEM精度的影响

机载激光雷达技术(LiDAR)作为一项先进的遥感技术,是植被覆盖区DEM获取的重要手段之一,而不同地形坡度条件及点云密度对DEM产品质量有重要影响。本文以辽宁省某市的机载LiDAR数据为基础,选取5种不同地形坡度的点云数据,通过随机、等间距及基于曲率3种不同的点云抽稀方法,按照点云保留率为80%、60%、40%、20%和10%共5个不同梯度的抽稀倍数对原始点云进行抽稀简化处理,生成与之对应的DEM并对其进行精度评价,以此研究地形坡度、点云抽稀方法、抽稀倍数对DEM精度的影响。结果表明,DEM精度与地形坡度呈负相关关系,即RMSE随地形坡度升高不断增加;基于曲率的抽稀方法在地形坡度＞30°时,相较于其他两种方法RMSE较小,具有明显优势;40%的点云保留率是平衡DEM精度与数据存储效率的一个节点,当点云保留率<40%时,DEM的高程RMSE会迅速增大。该研究对于利用机载LiDAR进行大范围DEM生产具有一定的指导和借鉴意义。