径向基函数算法中插值参数对DEM精度的影响

以多重对数径向基函数插值算法中的插值参数为研究对象,选取了5种不同地貌类型的离散点数据,使用中误差度量指标,研究光滑因子、搜索点数、搜索方向对DEM插值精度的影响,给出插值参数的"最优"取值区间,消除插值参数选择的随意性,更好地指导DEM建模的运用。     

基于复杂地貌点云数据构建DEM的参数优选

针对反距离加权插值算法中的插值参数对基于野外实测点云数据构建DEM精度的影响问题,以典型冲沟地貌为例,采用平均值误差和均方根误差作为精度指标,通过改变不同权值函数,搜索方向,搜索点数以及光滑因子等参数,进行实验探究分析.实验结果表明:权指数为5,四方向搜索方式,邻域点8-12得到的插值结果较好.     

DEM插值参数优选的试验研究

插值参数是构成插值算法的基本元素,不同的插值参数产生不同的插值精度,甚至存在巨大差异。但是对于普通用户来说,选择合适的插值参数是困难的,最终导致插值参数选择的随意性。在插值算法相关内容的研究中,使用不合适的插值算法或插值参数可能存在潜在的严重后果,甚至得到完全相反的实验结论。因此,本文根据插值算法最优权重确定方法的差异,选取反距离加权插值算法、径向基函数插值算法和普通克里格插值算法的相关插值参数,进行插值参数的“优选”研究。首先根据插值参数对插值精度的不同影响,选择相关插值参数作为实验研究对象;然后选择六种不同地貌类型地区的稀疏分布的离散采样数据作为实验数据源,运用交叉验证法、相关分析、趋势面分析和方差分析等一系列实验方法,系统研究并给出实验插值参数的“最优”取值区间, 消除插值参数选择的随意性,更好地指导DEM建模的运用。     

不同DEM插值算法对提取坡度和坡向的影响研究

针对数字高程模型数据的精度与内插算法的有关问题,分别选取反距离加权插值算法、径向基函数插值算法、最近邻点插值法和克里格插值算法生成DEM。根据插值参数对插值精度的影响不同,选择插值参数为研究对象,然后运用交叉验证法与方差分析等试验方法来研究插值参数与DEM精度的关系,以便得到合理插值参数,并通过对不同插值算法生成的DEM计算坡度坡向面积,分析不同内插算法对坡度坡向的面积变化规律。通过研究发现,不同的内插算法主要是对小坡度区域(15°)有影响,而坡度较大(15°)时没产生显著的影响。不同插值算法生成的DEM提取的坡向主要在平坦地区有显著的影响。     

一种改进的移动曲面拟合DEM插值方法

针对传统曲面移动拟合法中定权方式仅以采样点与待插点的距离作为权重,而忽略采样点方向性和分布对DEM插值精度的影响问题,将Shepard加权模型引入曲面移动拟合法中进行分区定权,并在此基础上对采样点的方向性和分布进行约束,提出改进的曲面移动拟合插值方法。以湖南城市学院玉壶山作为研究对象,利用线性内插法、自然邻点插值法、曲面移动拟合法和本文方法对采样点数据进行插值生成DEM,并采用数值精度指标、等值线、坡度和坡向值以及剖面值对不同算法插值结果进行分析和评价。实验结果表明,在地貌类型为丘陵和山地的混合地区,本文方法内插出的DEM效果相对较好,DEM具有良好的连续性,能够较好地模拟出研究区的真实地形。     

离散点云构建数字高程模型的插值方法研究

针对消除DEM构建中插值方法选择的随意性问题,该文基于机载LiDAR离散点云数据,以广东省典型城区与山区为实验对象,利用克里金、反距离权重、径向基函数和自然邻域4种插值方法,对插值参数进行优选后构建DEM,使用交叉验证、相关性分析、像元统计量和三维可视化等方法进行精度分析与比较。结果表明:在城区反距离权重插值,不但可以对空值区域进行适当填充和平滑,而且对高程最大、最小值的预测精度也很高;不同插值方法在构建山区DEM时精度相差不大,插值精度可以达到厘米级,其中普通克里金插值效果最佳。对于城区与山区点云数据反距离权重插值法生成的DEM均能很好地反映地表自然形态,为今后LiDAR点云数据构建DEM选择最佳的插值算法以及插值参数提供参考。     

顾及各向异性的多参数协同优化IDW插值方法

反距离加权插值(inverse distance weighting,IDW)的精度受到空间邻近度、距离衰减系数及最邻近点数等多个参数共同的影响.然而,目前的IDW插值算法大多仅考虑单参数的调优,或对各参数独立调优,难以实现插值模型的整体优化.此外,传统的IDW插值算法没有顾及各向异性对空间邻近度的影响.本文提出一种顾及空间各向异性的多参数协同优化IDW插值算法(PIDW).首先,引入距离调节参数以及方向参数,将经典各向同性的欧氏空间距离扩展为各向异性的"椭圆"距离;然后,引入粒子群优化算法对最邻近点数、距离衰减系数、距离调节及各向异性方向的多参数进行协同优化,获得插值精度的偏差与方差在全局意义下的满意解.试验采用两个不同尺度的空间数据验证了PIDW算法的插值效果,结果表明本文的插值算法能够显著地提高各向异性环境下IDW插值算法的精度.通过与经典的IDW及其改进算法的IDW、普通克里金及顾及各向异性的普通克里金算法的比较分析,进一步证实了PIDW具有较好的插值效果.     

基于GPU的DEM并行克里格插值算法

本文借助GPU在并行浮点运算方面的巨大优势,通过对串行克里格插值算法可并行性的分析,基于并行LU分解法、并行邻域搜索方法和直接邻域比较搜索方法,提出了基于GPU的DEM并行克里格插值算法。通过对比实验可知,当插值点数较少时,并行克里格插值算法效率低于串行算法,然而,当插值点数很高时,并行克里格插值算法的效率较串行算法有了显著提高,加速的效果甚至高达102倍。     

径向基函数对干热河谷冲沟DEM构建的影响

针对当前沟谷尺度侵蚀定量化研究中构建干热河谷区沟谷DEM时主要集中在宏观尺度DEM或微DEM构建与分析,而对DEM评价指标及构建等的研究不够深入的问题,文章以云南元谋典型冲沟为例,基于径向基函数插值,以平均误差、均方根误差及高程正负偏差为指标,通过交叉验证及检查点法,对比分析不同基函数、邻域搜索点数及搜索方位对DEM插值的影响。结果表明,张力样条函数、邻域3~18个点插值效果较好;限制搜索方位降低了样本及检查点的平均误差,其他参数不敏感;构建了大比例尺冲沟DEM,能够较真实的模拟元谋冲沟地表形态。     

基于规则格网的DEM插值实验

通过地形建模,将6个地形隶属函数按照101×101,112×112,126×126,144×144,168×168,201×201,257×257 7种格网密度生成6种局部地形单元的规则格网DEM;使用反距离加权(IDW)等7种插值算法,将前6种格网密度下的DEM插值成257×257规格;从原始257×257DEM中随机抽取检查点计算残差,并对残差中误差进行分析。通过分组插值实验,运用控制变量法、方差分析等方法研究地貌类型、采样密度和插值算法对DEM插值精度的影响。     

一种分形模型的机载InSAR DEM空洞填补方法

针对如何提高机载InSAR DEM空洞填补精度和DEM对地形细节描述的难题,该文对分形模拟的中点位移插值函数做了改进。首先,提出了动态分形参数提取思路,根据选定的窗口动态提取局部分形参数,使提取的分形参数局部精度显著提高。其次,提出了分形曲面中心内插法,以正方形为图像基元,将两点信息扩展到8点信息来充分显示局部变化的细节信息;考虑到对采样点点数和位置的要求,结合距离加权平均法来弥补周围不够8点的特殊情况。最后,以国产机载X波段全极化InSAR影像提取的DEM为数据源进行了实验。实验结果表明,相比传统的中点分形内插法,该方法不仅能有效提高空洞填补精度,且能更好地描述地形的细节信息。     

不同地貌条件下AW3D30 DEM数据空洞修复方法的对比分析

DEM数据被广泛应用于多个领域,但生产过程中数据空洞的出现严重制约了其适用性。因此,对DEM数据空洞修复的研究至关重要。本文选择太原市4个不同地貌条件下的河谷、盆地、丘陵和山地试验区作为空洞区,利用ASTER GDEM数据和直接镶嵌法、反距离加权插值法及三角洲表面镶嵌法对AW3D30 DEM数据进行修复,对不同方法的修复效果进行对比分析。研究结果表明:在盆地区域,反距离加权插值法修复效果最好,三角洲表面镶嵌法次之,直接镶嵌法最弱;在起伏度稍大的河谷、丘陵和山地区域,三角洲表面镶嵌法的修复效果最好,空洞区域内部的纹理特征明显,空洞边缘区域过渡平滑,而反距离加权插值法最弱。     

数字高程模型精度评价及其问题探讨

分析了数字高程模型（DEM）精度评价中检查点“中误差”法的局限及DEM产品的实际质量问题,提出了采用等高线回放法以逼近误差的概念,以衡量DEM全域出现的最大误差。     

基于CryoSat-2测高数据的南极局部地区DEM的建立与精度评定

南极数字高程模型(DEM)是南极冰盖变化研究的基础数据,在我国南极重点考察地区Dome A及中山站至Dome A考察断面,利用新一代测高卫星CryoSat-2,对常用的几种插值方法如反距离加权、克里金、径向基函数、局部多项式和最近邻点插值方法的插值精度进行交叉比较,结果显示克里金插值方法的精度最高。利用中国第21次南极科学考察队采集的GPS数据,对克里金插值方法生成的两个区域的DEM精度进行验证。结果表明,坡度较小的Dome A区域DEM精度较高,平均高差为1.248 m,标准差为0.51 m;坡度较大的中山站至Dome A断面区域DEM精度较低,平均高程差达到3.87 m,标准差为9.358 m。     

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。     

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。     

干热河谷冲沟DEM插值误差的空间分布研究

为了分析云南元谋干热河谷典型冲沟插值误差的空间分布特征,采用反距离加权（inverse distance weighting,IDW）、局部多项式（local polynomial interpolation,LPI）、张力样条（spline with tension,ST）、析取克里格（disjunctive Kriging,DK）以及不规则三角网（triangulated irregular network,TIN）模型方法对高程采样点进行插值,用交叉验证法、相对差系数及沟谷线差异衡量其插值精度。遴选高程误差大于1 m的误差点,用变异系数（coefficient of variation,CV）、全局Moran指数和Getis-Ord G_i*指数分析其空间格局特征。结果表明:TIN和DK精度较高,IDW精度最低;高程误差均呈聚集分布,聚集程度TIN > LPI > DK > ST > IDW;高程误差均呈空间正自相关,TIN模型插值误差的自相关程度最高;误差热点位于坡度大的区域。     

嫦娥三号导航相机测图能力分析及地形重建

基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。     

一种局部稀疏地面点云与已有DEM的融合方法

机载LiDAR采集的点云数据中会存在一些局部区域地面点稀疏的情况，利用这些稀疏地面点构建DEM时会出现“三角面片化”的问题，严重影响DEM的质量。为此，本文提出了一种局部稀疏地面点云与已有DEM的融合方法：将稀疏点云作为高精度控制点，在尽量保持原始DEM的地形形态特征的前提下，通过高斯核函数加权迭代插值算法对DEM进行高程局部改正，实现稀疏点云与DEM的一致性融合。试验分析表明，融合后的点云数据得到了较好的补充，由此构建的DEM地形形态自然，在精度上相对于融合前的稀疏地面点云有一定改善，在弱精度区域的可靠性有显著提升。