利用ICESAT/GLAS激光测高数据评估SRTM数据精度

提出利用ICESAT卫星搭载的GLAS激光雷达数据进行SRTM数据的高程精度评价,选择青藏高原东北缘作为研究区,综合利用GIS空间分析方法,计算在不同高程分带和坡度分带上SRTM数据高程精度,并分析其变化规律。结果表明,ICESAT/GLAS与SRTM高程数据间存在明显的相关关系。该地区SRTM数据高程总体精度为5.3m,随着海拔升高,坡度的增大,高程精度呈降低的趋势。在祁连山高山区（4600m-4700m）误差达到12.3m,在40°-50°的坡度带上误差为18.9m,略高于SRTM的标称精度。     

AW3D 30 m DSM数据质量分析及部分典型区域精度验证

对AW3D30的绝对高程精度,特别是在我国典型区域的绝对高程进行验证分析,对于后续该数据集的应用具有参考价值,对于我国自主的全球高精度DSM数据生产也有一定的借鉴意义。本文选取了我国4种典型区域,以SRTM、部分高精度野外控制点以及ICESat/GLAS为辅助参考数据,对AW3D30进行了精度验证。采用地理信息系统(GIS)空间统计分析方法选取平均误差、标准差、中误差等参数指标进行精度验证,同时,分析了坡度、地表覆盖等因素对精度的影响。结果表明:AW3D30的高程精度与坡度有很明显的相关性,坡度较大地区高程精度较差,但在坡度小于5°时其高程精度可达5.0 m,在坡度小于1°时高程精度可达到3.0 m。地表覆盖类型也会对精度造成一定的影响,其中,林地影响对精度的影响最明显,而人造地表的影响最小。     

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。     

多源DEM融合的高差拟合神经网络方法

本文侧重于介绍智能化摄影测量机器学习的高差拟合神经网络方法。观测手段和处理方式等限制导致全球高质量无缝DEM数据的缺乏,进而制约了它在水文、地质、气象及军事等领域的应用。本文提出了一种基于高差拟合神经网络的多源DEM融合方法,尝试融合全球DEM产品SRTM1、ASTER GDEM v2和激光雷达测高数据ICESat GLAS。首先,根据ICESat GLAS的相关参数及与DEM数据的高程差值,结合坡度自适应的思想设置高差阈值对ICESat GLAS进行滤波,剔除异常数据点。然后,以ICESat GLAS数据为控制点,利用神经网络模型拟合ASTER GDEM v2的误差分布。以地形坡度信息和经纬度坐标作为网络输入,ICESat GLAS和ASTER GDEM v2的高程差值作为目标输出,训练得到预测高差,将其与ASTER GDEM v2高程值相加即可获得校正结果。最后,引入TIN差分曲面的方法,利用校正后的ASTER GDEM v2高程值对SRTM1的数据空洞进行填充,融合生成空间无缝DEM。本文通过随机选取数据进行真实试验,对模型进行了精度验证,并给出了处理结果的定量评价和目视效果。结果表明,不论是空洞还是整体区域,本文方法相比其他DEM数据集和其他方法的处理结果都能够在RMSE上表现出优势,同时,本文提出的方法能够有效克服ASTER GDEM中异常值的影响,得到空间无缝DEM。     

基于星载激光雷达和雷达高度计数据的南极冰盖表面高程制图

南极数字高程模型DEMs(Digital Elevation Models)是研究极区大气环流模式,南极冰盖动态变化和南极科学考察非常重要的基础数据。目前,科学家已经发布了五种不同的南极数字表面高程模型。这些数据都是由卫星雷达高度计,激光雷达和部分地面实测数据等制作而成。尽管如此,由于海洋与冰盖交接的南极冰盖边缘区随时间的快速变化,有必要根据新的卫星数据及时更新南极冰盖表面高程数据。因此,我们利用雷达高度计数据(Envisat RA-2)和激光雷达数据(ICESat/GLAS)制作了最新的南极冰盖高程数据。为提高ICESat/GLAS数据的精度,本文采用了五种不同的质量控制指标对GLAS数据进行处理,滤除了8.36%的不合格数据。这五种质量控制指标分别针对卫星定位误差、大气前向散射、饱和度及云的影响。同时,对Envisat RA-2数据进行干湿对流层纠正、电离层纠正、固体潮汐纠正和极潮纠正。针对两种不同的测高数据,提出了一种基于Envisat RA-2和GLAS数据光斑脚印几何相交的高程相对纠正方法,即通过分析GLAS脚印点与Envisat RA-2数据中心点重叠的点对,建立这些相交点对的高度差(GLAS-RA-2)与表征地形起伏的粗糙度之间的相关关系,对具有稳定相关关系的点对进行Envisat RA-2数据的相对纠正。通过分析南极冰盖不同区域的测高点密度,确定最终DEM的分辨率为1000 m。考虑到南极普里兹湾和内陆地区的差异性,将南极冰盖分为16个区,利用半方差分析确定最佳插值模型和参数,采用克吕金插值方法生成了1000 m分辨率的南极冰盖高程数据。利用两种机载激光雷达数据和我国多次南极科考实测的GPS数据对新的南极DEM进行了验证。结果显示,新的DEM与实测数据的差值范围为3.21—27.84 m,其误差分布与坡度密切关系。与国际上发布的南极DEM数据相比,新的DEM在坡度较大地区和快速变化的冰盖边缘地区精度有较大改进。     

念青唐古拉山冰川高程变化的ICESat监测

针对青藏高原冰川高程变化研究较少的问题,该文提出一种大范围区域的冰川高程变化监测方法。基于ICESat激光高度计数据,联合利用SRTM DEM数据,计算念青唐古拉山脉冰川的高程变化,进而反演冰川的冰量变化。结果显示,念青唐古拉山冰川高程在2003—2009年间平均减薄速率为(0.53±0.47)(m·a~(-1)),估算得到冰量年均减少(0.32±0.28)km~3,总体呈逐年减少趋势,证明冰川一直处于消融状态。拉萨和当雄气象站的资料表明,冰川消融主要是由于当地气温升高。     

SRTM(1″)DEM在流域水文分析中的适用性研究

高精度的数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据是流域水文分析应用的基础。美国地质调查局新发布了全球高分辨率数字高程数据产品,其空间分辨率为1″(约为30 m)。为评价该数据在流域水文分析中的适用性,以鹤壁汤河流域为实验区,以机载LiDAR DEM数据为参考,统计了SRTM(1″)数据的高程误差,分析了坡度、坡向、地表覆盖等对误差的影响;在基于地形的水文分析中,统计分析了SRTM(1″)数据误差对地形湿度指数、坡度坡长因子以及汇流动力指数等地形指数计算的影响;最后选取流域汇水区面积、最长水流路径长度、形状系数、弯曲度系数等流域特征参数对两种DEM数据提取结果进行了对比。研究表明SRTM(1″)DEM数据具有较高的精度,原始数据均方根误差为5.98 m,在消除平面位移误差后减小为4.32 m。基于地形的水文分析表明SRTM DEM与LiDAR DEM计算结果具有一定的差异,地形湿度指数平均值略高,坡度坡长因子和汇流动力指数平均值偏低,离散度偏小,这与SRTM DEM在微地貌以及高坡度地形区存在失真相关。两种DEM数据提取流域特征参数差异较小。上述研究表明SRTM DEM(1″)数据在流域水文分析中具有较大的应用潜力。     

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。     

南极冰盖DEM机载测高验证与分析——以西南极Thwaites冰川为例

利用冰桥计划(IceBridge)在西南极Thwaites冰川的机载激光测高数据,对ICESat卫星测高数据和目前国际常用的4种南极DEM,包括Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2DEM和JLB97DEM的精度进行了验证和分析。结果表明,ICESat卫星测高数据和ICESat DEM有着较高的高程可靠性,其与冰桥计划机载测高数据的平均高程差小于5m,标准差小于15m。Bamber 1km DEM高程可靠性相比ICESat卫星测高数据和ICESat DEM低一些。JLB97DEM、RAMPv2DEM与冰桥计划机载测高数据之间的标准差超过30m,尤其在坡度较大的区域,高程可靠性低。     

一种基于重复轨道高程数据的坡度估计算法

根据ICESat/GLAS重复轨道高程数据,提出了地形坡度计算模型和算法。算法的关键步骤是在多个重复轨道中选出参考重复轨道(RT)和比较重复轨道(CT),并找到参考重复轨道上的参考起始脚点(RSF)和比较重复轨道上的比较起始脚点(CSF)。利用ICESat卫星在2003~2009年经过北京地区的地面轨道420时获得的数据进行实验,计算得到不同重复轨道的坡度估计值的差值,以及坡度差值的均方根和标准方差。结果显示,不同轨道间得出的坡度差值的均方根和标准方差会随着该轨道与参考轨道之间距离变化率的增大而增大。将坡度计算结果绘制在北京地图上,并且与图像地图进行对比,可以看出二者结果的一致性。将计算结果和基于SRTM高程数据的坡度进行了对比,验证了本文结果的可靠性。     

一种计算机辅助设计数据与GIS数据转换方法

针对GIS数据与计算机辅助设计(CAD)数据之间的差异性,以及现有转换方法存在的问题,该文提出了一种计算机辅助设计数据处理方法——采用空间数据操作引擎(FME)和Arc Map联合使用的方法。该方法能够较好地解决计算机辅助设计数据向GIS数据转换的难题,实现了对计算机辅助设计数据的批量转换和处理。以某市的地形图为数据源进行实例论证,实验结果显示运用该文所提方法能够更好地处理计算机辅助设计数据,为计算机辅助设计地形图的转换提供了可行的方案;特别是对转换出来的数据进行了拓扑重建、附属性值以及多边形数据分类处理,能够更好地保持数据的精度和完整性,更有利于数据的入库。     

Three dimensional data structure and data model

3D GISs were developed simultaneously in the late 1980s in a number of different disciplines.The development of these 3D GISs can not yet meet all needs for new representations and analytical tools in 3D envir onments.In this paper,the data structures,especially solid-based data representa tions are introduced.Then,a typical object-oriented data model is put forth to show a new data model.And at last,two data access methods are proposed to make the data model clear.     

数传通道遥测数据处理方法研究

天绘卫星在轨运行期间, 星务数据存储模块负责存储整星遥测数据, 并协同相机数据通过数传通道传到地面。本文根据数传通道遥测数据的格式, 提出一种处理遥测数据的方法, 该方法从地面站接收数传通道下传数据, 提取出整颗星遥测数据, 并通过电气地面支持设备对在轨遥测数据进行处理, 便于后期对整星遥测数据的分析。     

基于元数据的科学数据汇交研究

科学数据共享过程中如何把国家设立的科学技术研究项目的数据汇交上来,形成数据仓库,是实现科学数据共享的前提。本文根据国内科学数据的调研结果,提出了科学数据汇交系统的总体框架和科学数据汇交平台的设计,详细阐述了数据汇交过程中的工作流程和技术流程,初步设计了汇交网络体系的结构和功能。     

Controlling data uncertainty via aggregation in remotely sensed data

Aggregation may be used as a means of enhancing remotely sensed data accuracy, but there is a tradeoff between loss of information and gain in accuracy. Thus, the choice of the proper cell size for aggregation is important. This letter explores the change in data accuracy that accompanies aggregation and finds an increase in image thematic accuracy with increasing cell size, resulting from 1) reduction in the impact of misregistration on thematic error and 2) mutual cancelation of inverse classification errors occurring within the same cell. A model is developed to quantify these phenomena. The model is exemplified using a vegetation map derived from an aerial photo. The model revealed a major reduction in effective location error for cell sizes in the range of 3-10 times the size of mean location error; reduction in effective classification error was minor.     

Integration and Sharing of Geo-spatial Data Based on Data Engine

Through analyzing the principle of data sharing in the database system, this paper discusses the principle and method for integrating and sharing GIS data by data engine, introduces a way to achieve the high integration and sharing of GIS data on the basis of VCT in VC , and provides the method for uniting VCT into RDBMS in order to implement a spatial database with object-oriented data model.     

基于NetCDF数据模型的海洋环境数据三维可视化研究

针对海洋环境数据多维、多格式及动态性等特点,本文在全面分析NetCDF数据模型的原理、数据组织及其调度方法的基础上,基于大范围三维虚拟场景,设计了符合NetCDF标准典型海洋环境要素的三维动态渲染模型,实现了海洋环境要素数据的三维动态可视化表达与分析。实验表明,本文方法为复杂海洋现象的表达、变化规律分析以及趋势预测等研究提供强有力的可视化辅助工具。     

ShapeFile格式数据与地理信息交换格式数据转换

本文在对Shapefile数据格式分析的基础上,提出了ShapeFile格式数据向地理信息交换格式数据转换的解决方案,重点解决了转换过程中的数据结构成转换、数学基础转换、属性信息转换和注记要素提取等问题。     

基于空间数据引擎的综合地下管线数据组织

在武汉市的综合地下管线建库工作中,数据组织是最为核心和关键的工作。我们结合实际情况,基于空间数据引擎制定了特有的、兼容性强的数据结构,并针对数据的特性进行了分层管理,建立了数据安全保障机制,充分发挥空间数据中间件ArcSDE的高性能,为数据库的安全、高效运行提供了坚实的保障。