SRTM 3与ASTER GDEM数据处理及应用进展

从SRTM 3与ASTER GDEM的版本演化、质量评价、插补方法和数据应用现状等方面系统介绍了两种重要地形数据源.SRTM 3从2003年6月公开发布至今共4个重要版本,ASTER GDEM自2009年6月公开发布至今共两个重要版本;考虑数据源和数据处理技术,并辅以等高线分析、地形属性可视化、地形属性频率直方图分析等技术,认为SRTM 3和ASTER GDEM数据质量较高,在许多领域的应用中SRTM 3优于1∶25万地形图、ASTERGDEM则堪比1∶5万地形图数据.目前,SRTM 3与ASTER GDEM数据空洞及异常区域插补方法可以相互借鉴,其方法主要有两种:一是利用空缺区域周围数据直接插值;二是借助辅助数据填补空缺区域,并对接边处平滑处理.SRTM 3与ASTER GDEM目前已成功应用于水文学、工程开发、地质与灾害评估等诸多领域,提出了对两种数据进一步研究的工作展望.     

基于不同DEM数据源的数字河网提取对比分析——以韩江流域为例

基于HYDRO1K、SRTM3和ASTER GDEM三种DEM数据,利用BTOPMC地形子模型提取韩江流域河网,并作对比分析。结果表明:①SRTM3提取的河网精度最高,HYDRO1K相对最低。②DEM的垂直精度对提取的河网精度起控制作用。ASTER GDEM的水平分辨率较高,但垂直精度不如SRTM3,因而提取的河网精度不如SRTM3。③HYDRO1K提取大尺度流域河网具有一定的精度,但在地势平坦区域的效果较差,HY-DRO1K不宜用来提取小尺度流域河网。④由DEM提取的数字河网精度与当地的地面坡度以及处理DEM的填洼算法有关。     

稀疏观测数据的空间内插方法的分析与比较

依靠稀疏样本数据描述空间指标在地理空间上的连续分布是实践中常常遇到的问题,内插是解决问题的基本方法.以云南省为实验区,15年来6-8月的均温为空间描述指标,在90 m×90 m的分辨率水平上,分别应用不同方法进行内插处理,对内插结果进行了分析和比较.结果表明关联函数法内插效果最好,较好地体现了云南北低南高、西高东低的总体气温变化规律,同时又体现了河谷地带的干热特点.如果无法建立关系函数,则使用克里金插值效果较好,反距离内插法次之,趋势面分析和泰森多边形内插法效果最差.趋势面分析中的高阶多项式内插不优于低阶多项式.     

中国区域SRTM DEM与ASTER GDEM误差空间分布特征

SRTM DEM和ASTER GDEM数据作为目前全球最完整的高精度地形数据,自发布以来,就一直是全球范围内应用最为广泛的DEM数据,其精度评价问题也是历来研究的焦点。但目前研究多集中在中小区域或典型地形区,且多以DEM高程数据精度分析为主,缺乏误差空间分布规律的探究。该文以中国大陆为研究区域,以GLA14点数据为参考高程,研究两类DEM的误差统计特征和空间分布特征。研究表明:SRTM DEM和ASTER GDEM在我国的精度稍优于标称精度,但整体上存在约1m的系统性误差;SRTM DEM误差在平坦区域呈菱形分布,而在地势复杂区域,误差与地形具有较强的相关性;ASTER GDEM误差呈明显的条带状分布且误差正负值间隔分布,条带方向为东北-西南方向,与SRTM DEM相比,ASTER GDEM受地形影响较小。研究结论对两类DEM的应用、融合等研究有着一定的参考价值。     

SRTM DEM高程精度评价

为了全面认识SRTM DEM数据精度特征并完善SRTM DEM数据精度评定方法,该文以我国1∶5万比例尺DEM为参考数据,以具有多种地貌类型的陕西省为实验样区,利用高程中误差模型及空间插值方法对SRTMDEM进行高程精度分析。结果表明:陕西省的SRTM DEM高程中误差在3.5~60.7 m,呈现出较为显著的空间分异特征;并且高程中误差与实验样区平均坡度有较强的指数相关性,拟合的指数函数具有较高的模拟精度。     

基于DEM的并行可照时间模型研究

可照时间是影响太阳辐射计算的重要参数。随着研究区域的增大、DEM分辨率与精度的不断提高,亟须借助并行技术满足用户对可照时间模拟的时间响应需求。该文针对栅格数据提出了一种通用有效的数据划分及结果融合策略,首次提出并行可照时间计算模型。实验表明该模型具有较好的可移植性,当处理节点数为64时,最优加速比高达16,在计算时间及加速比方面体现出优势。基于黄土高原地区90m×90m分辨率SRTM数据,计算了四季及全年可照时间,分析了可照时间的空间分布特征,表现为季节不对称性及非地带性分布规律。     

数字地形模型数据产品特点 与评估分析

数字高程模型是支撑地理过程模型研究的重要基础数据。DEM数据获取、加工及压缩精度直接影响地学相关模型及地理过程的模拟效果和研究质量。在分析比较当今国际地学界应用DEM数据源的基础上，我们采用绝对差值法和三维剖面法对国家基础地理信息中心生产的基于1：50,000扫描地形图DEM产品(NFGIS_DEM)、GTOPO30_DEM数据及基于SRTM数据生产的DEM数据集进行了精度检验及评估。同时分析了影响由SRTM数据所生产的全球范围DEM数据集精度与数据质量。研究结果表明30-90m分辨率的SRTM_DEM产品在精度和数据质量控制方面远优于GTOPO30_DEM数据，与NFGIS_DEM数据质量相当。大范围乃至全球范围的30m分辨率SRTM_DEM产品，将极大促进基于DEM数据的地理过程模型的研究，尤其会大幅提升对DEM空间分辨率较敏感的地学相关研究能力。     

基于SRTM DEM数据的全国地表面积计算研究

对山区表面积的估算方法为准确估算复杂地形条件下的陆地生态系统固碳特征提供了基础条件。投影面积与实际表面积在山区有相当大的差异,这些差异对于估算陆表覆被面积、碳水循环有较大的影响。该文通过地形特征点提取算法和不规则三角网构建算法,以省域为单位提取地形特征点,并在此基础上构建了不规则三角网,求算区域表面积。根据表面积与投影面积的比较,得出以下结论:1)不同分辨率的DEM数据对计算结果是有影响的,分辨率越大,表面积越大;2)在SRTM DEM尺度(90m)下,我国陆地范围的表面积为1 003.36万km2,比投影面积多出约43万km2。     

基于遥感与SRTM的青藏高原冰缘地貌信息提取方法——以1 ∶ 100万标准分幅拉萨幅(H46)为例

根据模型和分布函数,本文首先依据多年平均气温、地温和SRTM等数据对研究区域冰缘地貌的分布范围进行分别提取,并利用遥感数据和人工解译方式对其进行了修正。在此基础上,采用一定指标,利用SRTM数据对冰缘地貌次级类型(如起伏度、海拔高度和坡度等)进行了提取,从而完成研究区域冰缘地貌信息的提取。研究结果表明:①研究区域冰缘地貌总面积约5.15×10⁴km²,主要分布在研究区域的西北部和西南部,另外在东北部也有少量分布;通过提取,研究区域中最重要的冰缘地貌类型是冰缘作用的中起伏缓极高山,面积约0.82×10⁴km²,分布范围较广。②冰缘地貌的分布与海拔高度、气温和地温等有密切的关系,基于此提取的结果可为冰缘地貌的解译提供一定的参考;由于青藏高原气象站点较少,数据精度较低,自动提取精度受到很大限制,因此进行人工解译修正是非常重要和必不可少的。     

基于DEM的地理要素PRISM空间内插研究

利用PRISM模型基于DEM、站点数据和其它空间数据图层内插了气象要素,以便准确表达其空间分布特征。为了比较PRISM空间内插结果,采用GIS常用的Kriging内插、Spline内插等方法分别对降水和气温站点数据进行空间插补,并对内插结果进行精度分析、DEM空间分辨率的影响分析和各个权重因子的影响分析。分析表明,PRISM方法比其它内插方法能够更加精确地表达气象要素的空间分布,更适合于在地形复杂地区地表参数的空间内插。由于气象要素空间分布的复杂性,PRISM内插方法不能完全表达地表参数空间异质性。以后研究中,应在更小的站点影响单元内考虑更多因子利用PRISM方法进行气象要素的空间内插。     

An evaluation of void‐filling interpolation methods for SRTM data

The Digital Elevation Model that has been derived from the February 2000 Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) has been one of the most important publicly available new spatial data sets in recent years. However, the ‘finished’ grade version of the data (also referred to as Version 2) still contains data voids (some 836,000 km²)—and other anomalies—that prevent immediate use in many applications. These voids can be filled using a range of interpolation algorithms in conjunction with other sources of elevation data, but there is little guidance on the most appropriate void‐filling method. This paper describes: (i) a method to fill voids using a variety of interpolators, (ii) a method to determine the most appropriate void‐filling algorithms using a classification of the voids based on their size and a typology of their surrounding terrain; and (iii) the classification of the most appropriate algorithm for each of the 3,339,913 voids in the SRTM data. Based on a sample of 1304 artificial but realistic voids across six terrain types and eight void size classes, we found that the choice of void‐filling algorithm is dependent on both the size and terrain type of the void. Contrary to some previous findings, the best methods can be generalised as: kriging or inverse distance weighting interpolation for small and medium size voids in relatively flat low‐lying areas; spline interpolation for small and medium‐sized voids in high‐altitude and dissected terrain; triangular irregular network or inverse distance weighting interpolation for large voids in very flat areas, and an advanced spline method (ANUDEM) for large voids in other terrains.     

地图矢量数据拓扑关系生成算法

拓扑关系的建立是地图矢量数据管理和更新的重要内容。在综合多种典型拓扑算法优点的基础上,详细描述了拓扑关系生成算法的主要过程,并在线要素互相交断链、结点匹配和特殊情况处理等方面对算法进行了改进。最后以1∶25万济宁市地形图数据进行了实验,结果表明该算法在效率方面优于传统算法。     

珠江水下三角洲

根据海底地形，陆架残留沉和残留地貌，第四系厚度分布，断裂分布等综合分析，认为珠江口外的陆架只有１个水下古三洲。按照陆架第四纪地层及其分布，沉积旋回的更替，推断水下古三角洲经历过４个发育期的演变而与陆上珠江三角洲构成一个完整的体系。     

新疆地貌空间分布格局分析

以高分辨率遥感影像为本底数据的最新新疆地貌数据,能提高定量化地貌格局分析结果的准确性、客观性和科学性。本文利用地学统计和GIS空间分析方法,基于最新新疆地貌数据,定量化分析了地貌的分布特征、空间格局。结果表明:(1)大地貌单元中,平原地貌约占新疆总面积的1/3;(2)地势分级,中海拔地貌占绝对优势,约占全疆总面积1/2;(3)形态类型中,丘陵地貌在地势起伏中占主导地位,面积最大,主要分布在两大沙漠中,以沙丘形式分布;(4)基本地貌类型,中海拔丘陵最多,占总面积的21.417%;(5)成因类型中,流水、风成和干燥作用占主导地位;(6)受不同形成条件和控制范围的影响,新疆成因类型的分布特征随着海拔和起伏的变化而变化;(7)总体上,新疆地貌的空间格局呈现出两大特征:水平环形特征和垂直地带性特征。     

SRTM resample with short distance‐low nugget kriging

The shuttle radar topography mission (SRTM), was flow on the space shuttle Endeavour in February 2000, with the objective of acquiring a digital elevation model of all land between 60° north latitude and 56° south latitude, using interferometric synthetic aperture radar (InSAR) techniques. The SRTM data are distributed at horizontal resolution of 1 arc‐second (～30 m) for areas within the USA and at 3 arc‐second (～90 m) resolution for the rest of the world. A resolution of 90 m can be considered suitable for the small or medium‐scale analysis, but it is too coarse for more detailed purposes. One alternative is to interpolate the SRTM data at a finer resolution; it will not increase the level of detail of the original digital elevation model (DEM), but it will lead to a surface where there is the coherence of angular properties (i.e. slope, aspect) between neighbouring pixels, which is an important characteristic when dealing with terrain analysis. This work intents to show how the proper adjustment of variogram and kriging parameters, namely the nugget effect and the maximum distance within which values are used in interpolation, can be set to achieve quality results on resampling SRTM data from 3” to 1”. We present for a test area in western USA, which includes different adjustment schemes (changes in nugget effect value and in the interpolation radius) and comparisons with the original 1” model of the area, with the national elevation dataset (NED) DEMs, and with other interpolation methods (splines and inverse distance weighted (IDW)). The basic concepts for using kriging to resample terrain data are: (i) working only with the immediate neighbourhood of the predicted point, due to the high spatial correlation of the topographic surface and omnidirectional behaviour of variogram in short distances; (ii) adding a very small random variation to the coordinates of the points prior to interpolation, to avoid punctual artifacts generated by predicted points with the same location than original data points and; (iii) using a small value of nugget effect, to avoid smoothing that can obliterate terrain features. Drainages derived from the surfaces interpolated by kriging and by splines have a good agreement with streams derived from the 1” NED, with correct identification of watersheds, even though a few differences occur in the positions of some rivers in flat areas. Although the 1” surfaces resampled by kriging and splines are very similar, we consider the results produced by kriging as superior, since the spline‐interpolated surface still presented some noise and linear artifacts, which were removed by kriging.     

Storsteinsfjellbreen: Variations in Mass Balance from the 1960s to the 1990s

When the Norwegian State Power Board decided to plan an extensive water power development in the mountainous areas southeast of Narvik in northern Norway, a large mapping project was started. Detailed maps were constructed at a scale of 1:10 000 from aerial photographs taken in 1960. Several hydrometric stations were installed, and three glaciers were selected for mass balance observations. Storsteinsfjellbreen was the largest of these, and a special glacier map with 10 m contours was printed in four colours, to be used in the field work. Mass balance studies were carried out initially during one 5-year period (1964–68), and also later during another 5-year period (1991–95).
Results from these periods are compared with similar data from the Swedish glacier Storglaciären, about 45 km to the southeast. For all the years except one (1968), the net balance of these glaciers shows a similar pattern: positive years and negative years are synchronous.
A new glacier map was made from a special aerial survey in 1993 at the same scale and of similar accuracy as the first map, so a comparison could be made to calculate the change in glacier volume from 1960 to 1993. From digital terrain models it could be shown that the glacier surface had dropped more than 60 m vertically on the tongue, while the thickness increased above the equilibrium line by up to 20 m. The overall mass loss amounted to 16.8×10⁶ m³ water during 33 years, which corresponds to an extra 2.6 l·s⁻¹·km⁻² (litres per sec. per sq. km) delivered to the river, in addition to the "normal" discharge
due to annual precipitation, which is 36 l·s⁻¹·km⁻² in the area.
A copy of the new glacier map is enclosed with this article.     

空间尺度上推方法的精度评价——以内蒙古锡林郭勒盟土地利用数据为例

不同的空间尺度上推方法会导致不同程度的信息丢失、信息歪曲等后果;但目前少有研究在较长的尺度序列上、对不同尺度上推方法所得成果开展精度分析。本研究首先提出尺度上推方法精度评价的三个准则,即:保持土地类型构成特征、保持土地面积精度、保持土地空间分布格局和斑块形态;继而使用格点中心值、最大面积斑块、最大聚合面积斑块等3种尺度上推方法,配合100 m～50 km土地利用数据开展尺度转化实验;最后基于上述评价准则和尺度上推实验所得的系列输出结果,分析了不同尺度上推方法的精度。研究表明:(1)格点中心值上推方法能更好地保留区域土地类型构成、土地面积精度等特征;(2)锡林郭勒盟地区土地研究的适宜尺度应小于10 km,最大不应超过30 km;(3)在尺度上推过程中,土地斑块的平均面积、形态以及空间分布格局对尺度上推成果精度有着重要影响。     

基于DEM的中国地形起伏度适宜计算尺度研究

基于SRTM和ASTER DEM数据,在全国范围内选取13个实验区,在渐变尺度下计算平均起伏度变化曲线的"突变点",据此确定中国地形起伏度的适宜计算尺度;结合山地界定标准计算各实验区山地面积,并采用人工解译的山地范围对计算结果进行检验。研究结果表明:1)地形起伏度适宜计算尺度与所采用的DEM数据有关,DEM分辨率越小,地形起伏度适宜计算尺度越大;2)针对同一分辨率DEM数据,中国境内的地形起伏度适宜计算尺度随地貌特征变化而变化,但总体变化幅度不大;3)针对SRTM和ASTER DEM两种常用数据源,分别选择4.72km2和3.20km2作为地形起伏度适宜计算尺度是合理的,山地界定精度达90%以上。