我国数字高程模型与数字地形分析研究进展

融合多源数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据能有效利用数据间的互补优势,提升单一源数据的质量。提出一种基于深度置信网络(deep belief networks, DBN)的点面融合模型,在DBN的框架下考虑地形坡度、地表覆盖和空间位置信息等因素对DEM高程误差空间分布的影响,建立DEM高程值与高精度激光雷达测高数据之间的回归关系,从而实现多源栅格DEM与激光雷达测高点数据的空间融合,提升栅格DEM的垂直精度。对于空洞数据,根据空洞和非空洞区域的范围建立相应的输入数据集,分别进行融合,再利用不规则三角网差分曲面方法实现融合结果的无缝拼接。实验结果表明,相比原始DEM数据和两两融合的结果,所提出的多源DEM点面融合模型能够大幅度提升数据精度,有效解决原始数据中存在的空洞、噪声和异常值等问题。     

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。     

利用机载点云检核ICESat-2/ATLAS激光测高数据精度

美国第2代激光测高卫星ICESat-2已经公开发布数据,能够提供剖面状密集点云,但其平面/高程精度还未得到充分验证。全球开源DEM或卫星光学立体影像生成的DEM精度远低于星载激光测高数据,无法实现激光精度检核。本文使用机载激光雷达/光学立体影像数据开展ICESat-2卫星ATLAS精度验证,通过单光子点云去噪、剖面地形恢复和数据内插等手段,对国内舟山、上海和汉中等不同地形条件下的星载光子计数激光雷达数据进行对比分析。实验结果表明, 6组ATLAS点云高程的均方根误差分别为0.43、0.65、0.72、0.53、0.45和0.77 m,平均值达到0.59 m,具备较好的高程精度。     

顾及地形起伏特征的线性预测滤波方法

传统的线性预测滤波算法将目标点云划分为多个栅格,滤波在每一个栅格内进行,而滤波栅格大小,需要用户手动调整。针对此问题,该文提出一种从机载激光扫描数据中生成数字高程模型(DEM)的有效方法。引入统计学变量——面高程变异系数,刻画地形起伏特征,并建立线性预测滤波算法中栅格大小与面高程变异系数之间的函数关系。最后,利用几组点云数据为研究对象验证该方法的有效性,实验结果表明,该方法能自适应地根据地形的起伏特征调整滤波参数,得到比较理想的地面点数据,最终内插得到高精度的DEM。     

DEM数据高程精化方法研究

由于采用不同技术规程规范的原因,目前1∶500比例尺DEM数据高程中误差往往跟1∶500比例尺地形图高程中误差约相差5 cm,为了基础测绘数据的融合和精度统一,笔者在浙江省台州市椒江试验区对DEM数据进行高程精度提升研究,利用实地采集精化点和检核点高程信息,采用克里金插值法理论建立高程差模型,求取DEM格网高程差改正值,实现对DEM高程进行改正,达到DEM数据高程精化的目的,并对精化后的DEM高程进行了检测和验证,实验达到了预期效果。     

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。     

融合卫星测高和船测重力数据的非均匀密度点质量方法

融合多源海洋重力数据是提升极地、近岸和海底地形复杂区域卫星测高反演海洋重力场模型精度的重要途径.利用国际公开的船测重力数据与测高重力场模型,以琉球群岛附近海域为例,本文分析了点质量密度和船测重力数据分布对点质量模型融合精度的影响,结合船测重力数据分布,构建了基于迭代移去恢复的非均匀密度点质量模型.在相同船测重力约束下,...     

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。     

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。     

多源数据融合的DIM点云滤波及DEM生成

针对已有密集影像匹配(DIM)点云滤波算法通用性差,滤波效果受限于参数设置,且均未利用生成点云的影像信息等问题,该文提出一种融合多源数据的DIM点云滤波算法。首先融合影像和DIM点云高程多源信息;再引入新型分类器对融合影像进行分类,其分类结果作为知识引导用于点云滤波中,即将分类专题图与DIM点云叠加以过滤非地面点,实现点云滤波并生成数字高程模型;最后选用航空影像进行密集匹配和滤波实验。实验结果表明,利用该点云滤波算法生成的DEM与参考DEM呈现高度相关性,可大大减少生产DEM人工后处理的工作量。     

浙江省平地区域机载LiDAR数据处理及DEM制作实践

为了进行平地区域原基础测绘产品高程的更新,我省进行了针对平地区域的机载LiDAR测高项目,为了获取高精度的DSM和DEM成果,在实际生产中开展了机载LiDAR数据处理及DEM成果的制作方法研究。本文将利用TerraSolid软件,从LiDAR点云数据的高程精度控制、点云滤波分类要求和如何利用特征线进行无点云数据区域的DEM精度控制等关键技术方面进行研究。     

基于机载LiDAR数据的广西困难地区高精度DEM生产研究

数字高程模型(DEM)利用有限的地形高程数据实现对地表形态的数字化模拟,是测绘部门数据生产的重要内容.当前DEM生产主要采用交互式数字摄影测量方式,不仅需要投入大量人力,极为依赖经验,同时生产效率也较为低下.近年来兴起的机载激光雷达(LiDAR)技术为DEM获取提供了一种新的途径.本文以广西植被茂密区和陡石山区的点云数据为例,研究在广西困难地区应用机载LiDAR技术进行高精度DEM生产的可行性,并利用同区域的数字广西地貌成果对所生产的DEM进行精度验证.结果表明,应用机载LiDAR数据进行DEM生产不仅将植被茂密区的生产效率提升了25％,陡石山区的生产效率提升了7倍以上,同时数据精度能够满足1:10000 DEM的要求,在广西传统DEM生产困难地区具有极大的优势.     

DEM若干理论问题思考

等高线是获取数字高程模型(DEM)常用的数据源之一,但内插方法对DEM生成精度有显著的影响。基于形态学重建和测地距离变换运算,提出一种等高线数据生成DEM的内插方法。形态学重建用于获取与空间一点对应的最邻近的上等高线和下等高线的高程值,测地距离变换用于获取该点到上下两条等高线的测地距离;使用沿流水线的线性内插获取该点的高程值。实验表明,在只使用等高线数据生成DEM的情况下,本文提出的内插方法获取的DEM精度更高。     

集成形态学重建和测地距离变换的DEM内插方法

等高线是获取数字高程模型(DEM)常用的数据源之一,但内插方法对DEM生成精度有显著的影响。基于形态学重建和测地距离变换运算,提出一种等高线数据生成DEM的内插方法。形态学重建用于获取与空间一点对应的最邻近的上等高线和下等高线的高程值,测地距离变换用于获取该点到上下两条等高线的测地距离;使用沿流水线的线性内插获取该点的高程值。实验表明,在只使用等高线数据生成DEM的情况下,本文提出的内插方法获取的DEM精度更高。     

联合CryoSat-2测高数据和地面高程数据建立东南极拉斯曼丘陵地区DEM

拉斯曼丘陵地区位于东南极伊丽莎白公主地,中国南极中山站位于拉斯曼丘陵的东部,是中国南极科学考察的重要地区。数字高程模型（DEM）是南极冰盖变化研究的基础,卫星测高数据是南极地区构建DEM的主要数据来源。CryoSat-2是新一代用于极地冰盖和海冰监测的测高卫星,联合2013年和2014年南极冬季的CryoSat-2测高数据以及中国、澳大利亚、印度三个国家现场测量的60余个地面高程数据,利用克里金插值方法建立了拉斯曼丘陵地区200 m分辨率的DEM（简称LA-DEM）。利用未参与插值的地面高程数据对新建立的LA-DEM进行了验证,并与Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及BEDMAP 2等四种国际上常用的南极DEM进行比较,结果表明LA-DEM的高程精度约为19.7 m,优于其他4种南极DEM。     

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。     

浅谈1:10000数字高程模型更新方法和技巧

在1∶10 000地形图框架要素数据成果中,提取等高线、高程点及面状水系等要素作为此次数字高程模型(DEM)更新的主要数据源。对DEM的制作过程进行了分析归纳,总结了提高数字高程模型质量的有效方法。     

机载LiDAR点云生成多尺度DEM方法

为了利用机载激光雷达点云生成高保真、多尺度的数字高程模型(DEM),提出了一种基于综合生成策略的方法:首先,利用点云数据中的地面点生成高分辨率、高保真的DEM作为基础DEM;然后,通过迭代的方式对上一层较高分辨的DEM进行综合获取较低分辨率、高保真的DEM。实验表明,本文方法不仅具有可行性,而且生成的多尺度DEM具有高保真的特性。     

融合倾斜摄影和点云的公路沿线精细化三维重建方法

融合倾斜摄影影像与激光雷达点云数据,通过迭代最邻近点配准法和人工配准相结合的方法进行匹配融合,得到高精度的点云模型,构建了京雄高速公路两侧500 m范围真实三维场景模型,并在全长27.37 km的道路中线两侧100 m范围进行1∶1 000 DEM和DOM数据制作。实测数据检查对比结果表明,真三维模型的平面和高程精度分别优于0.15 m和0.1 m,满足了京雄高速公路规划设计的精度要求。     

卫星测高技术在鄱阳湖水面高获取中的应用

卫星测高作为空间大地测量的前沿发展技术,可以精确获取海平面高、湖泊水面高和平坦地高程。以ICESat激光卫星测高为例,提出利用ICESat卫星测高技术获取鄱阳湖水面高的数据处理方法和技术路线,首次采用EGM 2008模型和江西省二等水准拟合模型相结合的数据处理方法,将卫星测高获取成果转换至1985国家高程基准,与水文站实测水位数据相统一,提高了卫星测高的精度,并通过与其他方法获取的水面高数据进行比对,证明该方法的正确性和技术路线的可靠性,为鄱阳湖水面高获取提供了精确的检核数据和多源数据。