机载LiDAR DEM在流域水文分析与模拟中的尺度效应

DEM数据是流域水文分析和模拟的基础，不同DEM分辨率尺度深刻影响着水文分析和水文过程模拟的结果。本文基于机载LiDAR获取的DEM数据，分析了不同分辨率LiDAR DEM在坡度提取、水文指数分析和流域特征参数提取中的差异及产生原因；基于SWAT分布式水文模型模拟研究了不同分辨率DEM数据的水文效应。研究结果表明：随着DEM分辨率的降低，坡度平均值减小，TWI平均值增大，SPI平均值减小，LSF均值先增大后减小，当分辨率为10 m时，LSF取得最大值；SWAT模型模拟结果表明，随分辨率的降低、坡度值的变小，地形湿度指数变大，蒸散发量增加，地表径流深减小，而土壤渗漏量与地下径流量则是先减小后增加，出现极值时DEM分辨率为10 m，与LSF出现极值时一致。     

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。     

ASTER GDEM与SRTM3高程差异影响因素分析

作为最新发布的全球地形数据,ASTER GDEM比目前常用的SRTM3数据有着更高的分辨率和更广的覆盖范围,对于相关地学分析具有重要意义。本文以华中地区为研究区域,对ASTER GDEM与SRTM3数据进行了比较,重点分析了坡度、坡向、地形起伏度、土地利用类型、植被覆盖度、生成ASTER GDEM栅格点高程数据所用的ASTER DEM影像数等因素对2种DEM数据高程差异的影响。结果表明,在研究区域内,ASTER GDEM高程比SRTM3高程平均低5.42 m,两种DEM数据高程差异的RMS值为16.90 m;ASTER GDEM与SRTM3之间的高程差异随着坡度、地形起伏度、植被覆盖度的增大而增大,而ASTER DEM影像数越大,高程差异越小;坡向、土地利用类型对高程差异也有影响。     

顾及地形坡度的SRTM和ASTER加权融合

为了克服现有SRTM和ASTER各自缺陷，提升公共DEM精度，本文提出了一种顾及地形坡度的SRTM和ASTER加权融合方法。首先对两种DEM进行地理配准；然后计算不同坡度等级下SRTM和ASTER的高程误差，并得到DEM融合权重；最后采用加权平均法对SRTM和ASTER进行融合。高精度控制点的检验表明：融合后DEM精度有明显提高，相比于原始SRTM和ASTER高程误差，标准差分别降低了5.65 m和1.20 m。     

中国地区SRTM3 DEM高程精度质量评价

为揭示我国SRTM3DEM数据高程精度质量,结合已开展过SRTM3DEM高程精度质量评价工作的局部地区的研究,考虑空间分布情况,选取新疆、辽宁、山东、浙江、海南5个地区的平原、丘陵、盆地、山地等地形区域作为典型研究区,并以1∶5万DEM为假定真值、以1∶25万DEM为参照,通过DEM面误差可视化分析、DEM面误差信息熵模型、中误差模型等方法对SRTM3DEM数据高程精度质量做了分析。计算结果表明我国SRTM3DEM数据高程精度质量受地形影响并存在一定的空间差异性,同时我国范围内SRTM3DEM数据高程精度质量整体上要高于1∶25万DEM。     

一弧秒分辨率DEM对侵蚀地形表达能力的分析

针对1″SRTM数据和基于1∶50 000地形图生成的DEM在黄土侵蚀区对地表形态表达能力的差异性问题,提出了一套完整的评价分析指标体系。选取陕西黄土高原6大典型黄土地貌样区,从地形属性(高程、坡度、坡向、坡长)和地形特征(山顶点、流水线、流域边界)两大方面评估了两种数据对表达黄土侵蚀区的地形表达能力。结果表明:1″SRTM对地表形态的表达能力接近1∶50 000地形图所生成的DEM,但总体上还是1∶50 000地形图所生成的DEM对地表形态的表达比较好,尤其是在地形比较破碎的地区。本文为1″SRTM数据在部分区域替代地形图生成的Hc-DEM,并用于与地学相关领域的研究提供了重要依据。     

基于LRIS-3D建立高分辨率DEM的方法及对比研究

在基于LRIS-3D系统建立高分辨率DEM基础上,以黄土高原丘陵沟壑区桥沟小流域为对象,利用GIS工具,以三维激光扫描系统扫描数据为基础数据,研究基于DEM的数字地形特征和水文特征的提取与分析方法。研究结果表明：与普通DEM相比,高分辨率DEM提取研究区平均坡度变小、坡度标准差变大,总体地形向平坦转化,坡面曲率增大,沟壑密度增大,更详细地描述了地表特征。对流域水文过程分析、特别是对流域汇流的参数确定及汇流模型的建立有积极作用。     

不同分辨率SRTM-DEM的数字地形分析比较研究

以通化地区为试验区,利用Arc/Info软件,将原始的SRTM数据生成等高线,再插值生成不同分辨率的DEM数据,提取了高程差、坡度、坡向、地形阴影数字地形信息,并根据D8算法,对流域信息进行提取。结果表明:不同分辨率的DEM在描述地形的整体变化上存在的差异很小,但高分辨率的DEM可以更好地反映出地形的细微变化;在水文模拟方面,流域网络的数量及沟壑密度与DEM的分辨率成正相关的关系,但由于高分辨率的DEM信息冗余,在水文模拟方面,提取流域网络的时候会出现生成伪沟谷的现象。     

太湖地区SRTMDEM高程精度质量评价

本文根据太湖地区地形特点,选择典型试验区,并以1∶50 000DEM为假定真值,通过DEM面误差可视化分析、DEM面误差谱、面误差信息熵模型、中误差模型等方法对SRTM DEM数据高程精度质量做了分析。结果表明太湖地区SRTM DEM高程精度质量要高于1∶250 000DEM,并低于1∶100 000DEM。在分级为1m的情况下,DEM面误差图能较好地描述太湖山地地区山脊线、山谷线的走势。     

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/GLAS高度计数据的SRTM数据精度评估——以青藏高原地区为例

为全面了解航天飞机雷达测图计划(shuttle Radar topography mission,SRTM)高程数据的精度及误差特征,利用精度更高的ICESat/GLAS激光高度计数据(简称ICESat高度计数据)为参照数据,以具有多种地貌类型的中国青藏高原地区为实验区,采用双线性插值算法分析了SRTM在中国青藏高原地区的高程精度,以及SRTM高程数据与地形因子(坡度和坡向)间的关系。实验结果表明:在青藏高原地区,ICESat高度计数据与相对应的SRTM高程数据高度相关,相关系数高达0.999 8;SRTM的系统误差为2.36±16.48 m,中误差(RMSE)为16.65 m;当坡度低于25°时,SRTM高程数据精度随坡度增大而显著降低。此外,相对于ICESat高度计数据,SRTM在青藏高原地区N,NW和NE方向的测量值偏高,在S,SE和SW方向的测量值偏低。     

露天矿区多源数字高程模型数据对比分析

针对数字高程模型数据源不同会带来一定的不确定性和差异性的问题,选取德国某露天矿为实验区,以高精度DEM数据TanDEM-X为参照,对比了SRTM、AW3D30、ASTER GDEM与TanDEM-X数据的高程精度,分析了DEM数据的差异。结果表明:(1)露天矿区的开采和复垦活动明显地体现在了不同时期获取的DEM高程变化中;(2)在非采矿区,不同DEM数据之间具有较好的一致性,TanDEM-X数据与其他数据的高差均方根误差分别为2.64 m、5.88 m、2.99 m;(3)DEM空间分辨率越高提取得到坡度最值越大,地形描述准确性越高。研究结果为露天矿区DEM应用提供参考。     

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。     

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Hutchinson的DEM建立及质量评价

建立高质量的数字高程模型(DEM)是正确计算坡度、坡向、提取流域地形特征、进行水文分析的前提。国外应用最广的是基于Hutchinson方法的DEM插值方法和应用该算法的软件ANUDEM,该软件采用有限微分内插技术和地形强化算法,自动去除伪下陷带点和生成输入数据错误文件。研究表明,通过等高线回放、DEM中误差、坡度、河流、光照模拟等方面的对比,ANUDEM生成的DEM表面光滑,比常规用TIN方法构建的TIN-DEM更能准确地表现地形起伏,其提取的坡度、光照图更准确,适宜进行水文分析。     

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。     

DEM数据在黄土高原典型地貌区的误差分布

针对SRTM3DEM数据的误差研究在黄土高原比较薄弱的问题,该文采用基于1:5 000地形图生成精确DEM数据的方法,对最新版的SRTM3DEM V4数据在黄土高原典型地貌区的误差分布进行了研究;并对研究区内典型黄土地貌类型(黄土塬、黄土梁和黄土峁)的误差分布进行了分析,从而获取SRTM3DEM V4数据在黄土高原地区的误差分布规律。研究结果表明:SRTM3DEM V4数据误差较大,且与坡度分布密切相关;黄土塬与黄土梁的误差相似,它们均与黄土峁有明显差异。研究结果对基于SRTM DEM数据的数字地形分析与相关地学研究具有一定意义。     

多源DEM数据地形因子表达准确性分析

在不同分组条件下,以1∶10 000数字地形图构建的DEM作为参考,对由资源三号正后视立体像对构建的DEM、SRTM和ASTER GDEM提取的高程、坡度和坡长进行对比分析,结果表明:(1)资源三号数据构建的10 m分辨率DEM表现出最高数据质量,增加控制点个数及提高DEM生产的分辨率,并未提高数据质量;(2)在海拔1000~1100 m,分辨率30 m的SRTM和ASTER GDEMv2数据质量凸显绝对优势,但在海拔1100~1300 m及不同土地利用类型分组中,资源三号数据构建的10 m分辨率DEM数据质量更高;(3)建立了基于多组样本数据进行相似性评价的指标——SI指数,综合试验样本的均值和标准差定量化评价与参考样本数据的相似程度,可定量反映数据组之间的相似关系。     

采用小波分析的SRTM DEM与ASTER DEM数据融合

为了利用航天飞机雷达地形测绘任务数字高程模型(SRTM DEM)与先进星载热反射和反辐射仪数字高程模型(ASTER DEM)的互补信息,提出基于小波分析的多源DEM数据融合方法,以我国秦岭典型高山峡谷地貌类型区为试验样区,选取相同位置的SRTM DEM与ASTER DEM数据,通过重采样、数据配准等步骤形成融合数据源;对小波分解的低频系数作基于邻域像素关联性的融合,高频系数采用像素点绝对值取大的融合,生成融合DEM。并把融合前与融合后的数据分别与1∶5万高程库数据作精度比较,总体统计与抽样检查表明融合DEM精度较源数据均得到了提高。该融合技术为应用SRTM DEM与ASTER DEM生成精度和可靠性更高的DEM产品提供了可行方案。     

SRTM DEM频率域误差特性分析

为利用多源DEM开发出质量更高的DEM,有必要研究数据源的误差特性,本文提出了利用傅里叶变换的多源DEM融合评价数据源的频率误差特性方法。以某实验样区为实验对象,取相同位置的航天飞机雷达地形测绘任务数字高程模型数据(SRTM DEM)与1∶50 000地面高程库数据,并以控制点数据作为参考数据,通过重采样、数据配准、系统误差消除等步骤形成融合数据源,利用傅里叶变换作低通与高通滤波融合,选择不同的截止频率得出不同的融合效果,从而判断SRTM DEM的频率误差特性。实验结果表明SRTM在采用低频信息时,融合效果优于采用高频信息,SRTM的误差更多的表现在高频特性上。