规则格网DEM地形表面重构的形态精度研究

规则格网 DEM 是数字地形模拟的主要数据结构,以黄土丘陵地区1:50000规则格网 DEM数据为例,分析研究双线性内插模型和三次卷积内插模型在规则格网 DEM 地形表面重构中的形态精度问题。结果表明,不同内插模型构建的细小格网 DEM,在高程数值精度方面没有显著差异,但对局部地形的形态精度具有显著的影响,且双线性内插模型和三次卷积内插模型都难以实现形态高保真 DEM 地形表面重构;随着 DEM 应用的深入,非常有必要构建一些科学合理、简洁高效的形态高保真 DEM 地形表面重构模型。     

顾及非线性地形因子的地表面积计算

研究地表面积统计数学模型及其影响因素,消除不同分辨率DEM计算所得地表面积的差异,对综合利用多尺度DEM数据精确统计和监测地表面积具有重要意义。本文研究提出了一种顾及复杂地形因子的地表面积统计方法。该方法首先利用泰勒级数逼近原理对微观地形因子进行最小二乘估计,然后利用这些地形因子对DEM和多边形区域边界进行加密,最后利用加密后的DEM和多边形边界构建地表三角网统计地表面积。试验表明,在局部地形因子显著的山区或丘陵地区,使用不同分辨率DEM所统计的地表面积存在较大的差异,而顾及地形因子的地表面积统计方法可明显提高低分辨率DEM地表面积统计精度。     

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。     

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。     

基于填挖方分析的DEM精度评价模型

针对DEM高程中误差评价指标的不足,提出了一种基于填挖方分析的DEM精度评价模型以及计算方法,将DEM填挖方误差E_c定义为待评价DEM与参考DEM在同一区域的三维体积差异和与该区域面积之商。探究了DEM填挖方误差和DEM分辨率R以及地形平均坡度S之间的关系,得到DEM填挖方误差的定量估算模型为E_c=0.004 8·R·S。实验表明,模型估算精度达95.85%以上。该模型为在不同地形条件下,确定满足限差要求的DEM分辨率提供了依据。     

自DEM由不同算法提取坡度的对比分析

以陕北韭园沟流域1:10 000水平分辨率为5 m的DEM为研究对象,运用方差分析、回归分析、排序分析等分析方法,采用6种不同算法分别提取坡度。通过比较不同算法所提取坡度的平均值、最大值、标准差、坡度的中误差,定量分析中误差与地形变化的关系后,提出在黄土丘陵沟壑区提取坡度时选用三阶反距离平方权差分算法和三阶反距离权差分较为合理。     

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。     

DEM 网格间距对重力近区地形改正精度影响及验证

利用分形随机算法建立平地、丘陵和山地3种精细地形仿真场景,将DEM逐级重采样为不同网格间距,分析不同DEM网格间距对3种地形的重力近区地形改正误差影响。发现随着DEM网格间距的增加,近区地形改正误差随之增大。对于平地,使用1∶10 000的DEM,网格间距为5m仍能够满足规范要求;对于丘陵地,使用1∶5 000的DEM,网格间距为2.5m能够满足规范要求;对于山地,使用1∶1 000的DEM,网格间距1m能够满足规范要求。通过消费级无人机获取丘陵地精细地形,验证地形仿真的结论,同时说明消费级无人机能够应用于重力近区地形改正。     

利用机载双天线InSAR数据生成高精度DEM的试验研究——以大面积丘陵地区为例

机载双天线InSAR(interferometric synthetic aperture Radar)是获取高精度数字高程模型(digital elevation model,DEM)的新技术。为了获取大面积高精度的DEM,在已有的应用机载InSAR数据生成DEM流程的基础上,引入精确干涉参数定标和区域网平差处理技术,提出了利用国产机载双天线InSAR数据生成丘陵地区大面积、高精度DEM的技术流程,主要包括干涉定标、干涉处理、区域网平差、相高转换、地理编码和影像镶嵌;基于VC++开发了InSAR地形制图处理系统。以四川江油试验区4个条带、76景高分辨率机载InSAR数据为基础进行试验研究,生成了覆盖超过500 km2的高精度DEM。利用野外布设的角反射器检查点进行精度检验的结果是点位中误差为±1.188 m,高程中误差为±0.508 m。该结果表明:应用上述技术流程生成的DEM能满足丘陵地区1∶1万比例尺一级高程中误差的精度要求;机载InSAR可作为复杂地区大面积地形测图制取的一种技术手段。     

DEM网格尺寸对地形因子精度的影响分析

本文以四川省为研究区,基于SRTM数据和GDEM数据,选取5种不同网格尺寸提取坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率和地表粗糙度等地形因子,比较DEM网格尺寸变化对提取的地形因子计算结果的误差。研究表明,DEM网格尺寸的增大增加了DEM对地形信息的概括,提取的地形因子准确性降低;但是网格尺寸如果过小,会导致数据量快速增大,浪费大量时间和计算机资源。所以在生产实践中,应综合考虑多种因素选择适宜的网格尺寸。     

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。     

基于Coons曲面的格网DEM传递误差

构造了基于边界曲线的Coons曲面DEM;研究了Coons曲面DEM的传递误差,推导出不同边界曲线构成的Coons曲面DEM模型的传递误差;得到了Coons曲面DEM的传递误差大于双线性DEM的传递误差的结论,并分析了传递误差与格网点数目的关系.     

基于双线性插值的DEM误差传播的3维可视化模型

基于柯西-施瓦茨不等式,本文提出了一种新的误差3维可视化方法,用于描述DEM双线性插值的误差传播。该模型给DEM用户提供了围绕量测DEM的一个置信空间,真实的DEM将以大于预定的置信水平包含在这个置信空间里。该模型可以使DEM用户直观地了解DEM双线性插值的误差传播情况,从而使对DEM适用性的决策更为准确。     

About the International GIS Workshop on Antarctic King George Island

Digital Elevation Models (DEM) of a hilly–valley region are prepared using stereo images of Cartosat-1 and Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) images. The procedure of ortho-image generation from Cartosat-1 stereo images and the estimation of ground features from ortho-image are elaborated in the paper. Comparison of DEMs prepared from both images is discussed in terms of the quality of ground features detection, hydrological applications and geometrical calculations. It is found that DEM prepared from Cartosat-1 images are more accurate in the valley region and hence it is better suited for hydrological applications. On the contrary, for hilly region, SRTM images produce better DEM. However, if ground control points and Rational Polynomial Coefficients can be obtained in the hilly region, more accurate DEM can be prepared using Cartosat-1 stereo images.     

DEM线性建模过程中的高程误差传播

在建立数字高程模型(DEM)时,基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模是常用的方法。在建模过程中,结点的高程误差会随之传播。研究了DEM在基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模过程中的高程误差传播问题,推导出了在结点高程误差相关情形下的高程误差传播公式,求出了在规则格网和不规则格网面上的平均高程传播误差。平均高程传播误差可以作为DEM线性插值过程中高程误差传播的度量指标。     

利用TanDEM-X生成DEM的精度评定

目前,许多学者对TanDEM-X生成DEM开展了一些研究,其研究成果也显示了TanDEM-X生成高精度DEM的可行性。为了验证TanDEM-X/TerraSAR-X干涉生成的DEM能否满足测图要求,需要对其进行精度评价和分析。相对于C波段的ERS、ASAR和L波段的ALOS,X波段的高分辨率TerraSAR影像干涉条纹更密集,解缠更加困难。针对这一问题,本文设计了一种低分辨率SRTM辅助高分辨率的X波段的TerraSAR干涉相位解缠方案,提高了解缠的效率和精度。同时,本文提出了一种基于协方差函数的方法对TDX/TSX DEM进行精度分析和评价。该方法通过对各个距离上的协方差值进行拟合,消除了高程误差异常对InSAR DEM精度评价的影响,可以更加客观真实地反映DEM的精度。实例分析结果表明：采用协方差函数方法来评价DEM的精度是可行的,对于试验研究区域,TDX/TSX干涉生成的DEM总体精度为1.42 m,能够满足1：10 000测图要求,为我国空白地区的测图提供了有利条件。     

Measuring the accuracy of contour interpolated digital elevation models

Digital elevation models (DEM) are becoming increasingly important as tools in hydrological research and water resources management. Since error and uncertainty are inherently associated with spatial data, a complete evaluation of a DEM is of utmost importance before it is put into subsequent analysis. The present paper offers an innovative approach for quality assessment of contour interpolated DEMs of different resolutions. Five most frequently cited interpolation methods viz., TIN with linear interpolation, Inverse Distance Weighing, Thin Plate Spline, Ordinary Kriging and TOPOGRID were selected for gridding of contours at five different resolutions i.e., 30m, 45m, 60m, 75m and 90m. In order to compare the quality of interpolated DEMs, a qualitative and quantitative evaluation of inter-polated DEMs for their vertical, horizontal and shape accuracy were carried out. It was found that different interpolation methods produced DEMs with different levels of artifacts. The analyses of vertical accuracy suggested that the variations were not pronounced in nature. However, the quantitative comparisons for horizontal and shape accuracy showed that there was a high level of disparity with significant differences among the interpolated DEMs.