ICESat/GLA 14最新数据与V33数据的对比

ICESat/GLA14是具有较高精度的海拔高程点,以吕梁山为研究区,对该区域内ICESat/GLA14 v33和ICESat/GLA14 v34数据进行了高程差统计,并对其随地形因子、NDVI和土地利用类型的不同分类所发生的变化进行了统计分析。结果表明:高程值2 000 m时,高程差绝对误差均值相对稳定,当高程值在2 000~3 500 m时,绝对误差均值在逐渐增大,随着坡度的不断增加,高程差均值由0.004 m逐渐上升到0.009 m,在平坦区域高程差均值为0.002 m,在其他区域为0.007 m,高程差在植被覆盖区均值和标准差相对较高,即高程差随着高程增加、坡度的上升逐渐增大,且该数据在平坦区域精度明显较高,同时受植被覆盖影响较大。     

SfM精细表面测量:分辨率和精度的评估及误差分析

SfM(Structure from Motion,运动重建结构)是一种新的高精度三维形态模型数据获取技术,其应用于精细表面测量中的分辨率及精度尚待详细的评估。该文以化石表面为研究对象,重叠度70%摄取化石表面的照片并生成高密度点云,同TLS(Terrestrial Laser Scanner,地面三维激光扫描仪)点云进行精配准后生成DEM。以TLS点云及DEM作为比较对象,经过化石表面微小特征与剖面解析、点云、DEM偏差计算和误差分布的分析和验证,结果显示:1)SfM DEM实际表面水平及垂直分辨率分别可达到1mm和2mm。2)SfM测量精度非常接近TLS,SfM点云的RMSE为1.3mm,平均垂直偏差为1.5 mm;SfM DEM的RMSE为1.9 mm,平均绝对高程偏差为2.2mm。3)SfM测量误差在大于55°的坡度范围内与坡度呈正相关,在阴影值0~170区间内与阴影呈反相关,照片拍摄角度不完整、数量不充分的区域误差较大。研究为SfM测量的精细程度提供了参考,也为地学应用中表面微小节理识别及剖面分析提供了便利可靠方法。     

近50a来天山博格达峰地区四工河4号冰川表面高程变化特征

基于GIS技术,利用GPS测量数据和1962年地形图分别建立两期DEM,通过对比重点研究了四工河4号冰川1962-2009年冰舌区的表面高程变化特征。结果表明:1962-2009年间,冰舌区平均减薄15±10 m,年均减薄约0.32±0.2 m,冰储量亏损达(14.3±9.5)×10-3km3,折合水当量(12.9±8.6)×10-3km3。不同海拔、坡度区间冰面高程变化差异显著,海拔较低、坡度较缓区域的变化最为强烈。在气候变暖的趋势下,四工河4号冰川发生强烈消融,标志着博格达峰地区的冰川正处于物质严重亏损的状态,直接影响到流域水资源状况。     

2000—2014年喀喇昆仑山音苏盖提冰川表面高程变化

喀喇昆仑山区冰川由于存在正物质平衡或跃动、前进现象,被称之为“喀喇昆仑异常”,不过该地区冰川变化差异显著,尤其是大型表碛覆盖冰川,呈现与其他类型冰川明显的差异性响应,为理解喀喇昆仑冰川异常的机理,冰川尺度的详细变化研究十分必要。音苏盖提冰川位于喀喇昆仑山乔戈里峰北坡,是中国面积最大的冰川,是典型的大型表碛覆盖冰川。通过应用TanDEM-X/TerraSAR-X（2014年2月）与SRTM-X DEM（2000年2月）的差分干涉测量方法计算音苏盖提冰川表面高程变化,并结合冰川表面流速对冰川表面高程变化和跃动进行分析和讨论。结果表明：2000—2014年音苏盖提冰川表面高程平均下降了1.68±0.94 m,即冰川整体厚度在减薄,年变化率为-0.12±0.07 m·a^-1。冰川表面高程变化分布不均,其中南分支（S）冰流冰川整体减薄较为显著,冰川南分支冰流运动速度较快,前进/跃动的末端占据了冰川的主干,阻滞原主干冰川物质的向下运移（跃动）,导致原主干冰舌表面高程上升;冰川厚度减薄随着海拔升高先下降后保持稳定,同时呈现一定的波动性;低海拔表碛区域消融大于裸冰区,可能存在较薄表碛,因热传导高、覆盖大量冰面湖塘和冰崖存在,加速了冰川消融;在坡度小于30 °的区域,冰川厚度减薄随着坡度的减小而加剧;坡向朝南冰川厚度略微增加（0.01 m）,西南坡向冰川厚度略微减薄（-0.03 m）,其他坡向冰川厚度减薄明显。近14 a来,表碛覆盖的音苏盖提冰川表面高程整体下降表明物质处于亏损状态,冰川跃动导致局部冰川表面高程的增加。     

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。     

DEM误差对滑坡危险性评价模型的影响

基于数字高程模型(DEM)计算得到的坡度、坡向等地形属性是滑坡危险性评价模型的重要输入数据, DEM误差会导致地形属性计算结果不确定性, 进而影响滑坡危险性评价模型的结果。本文选择基于专家知识的滑坡危险性评价模型和逻辑斯第回归模型, 采用蒙特卡洛模拟方法, 研究DEM误差所导致的滑坡危险性评价模型结果不确定性。研究区位于长江中上游的重庆开县, 采用5 m分辨率的DEM, 以序贯高斯模拟方法模拟了不同大小(误差标准差为1 m、7.5 m、15 m)和空间自相关性(变程为0 m、30 m、60 m、120 m)的12 类DEM误差场参与滑坡危险性评价。每次模拟包括100 个实现, 通过对每次模拟分别计算滑坡危险性评价结果的标准差图层和分类一致性百分比图层, 用以评价结果不确定性。评价结果表明, 在不同的DEM精度下, 两个滑坡危险性评价模型所得结果的总体不确定性随空间自相关程度的变化趋势并不相同。当DEM空间自相关性程度不同时, 基于专家知识的滑坡危险性评价模型的评价结果总体不确定随着DEM误差增加而呈现不同的变化趋势, 而逻辑斯第回归模型的评价结果总体不确定性随着DEM误差大小增加而单调增加。从评价结果总体不确定性角度而言, 总体上逻辑斯第回归模型比基于专家知识的滑坡危险性评价模型更加依赖于DEM数据质量。     

DEM不同分辨率对地形因子提取的不确定性

地形因子的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究起着重要的作用,通过对地形因子计算和分析,为以上研究提供一定的参考。基于DEM(数字高程模型)的ASTER GDEM V2_30m数据,以云南省保山市隆阳区为研究区,提取该区的坡度与坡向等地形指标,分析不同分辨率(30 m、60 m、90m、120 m)下的地形因子的差异性。结果表明:随着分辨率降低,隆阳区坡度向中等级坡度集中,陡坡区域缩小,即坡度从集中在35°~45°区域向≤5°和15°~25°区域集中;不同空间分辨率对坡向提取也有不确定性的变化,但影响程度没有坡度大。因此在土壤侵蚀等模型中对地形因子进行估算时,需要充分考虑分辨率的影响。     

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。     

高山地区多源地面高程数据误差分析

地面高程数据作为诸多科研领域都需要的一种数据源,其重要性不言而喻,但就目前国内外能够免费获取到的数字高程数据来说,在数据误差方面仍存在很大不足,特别是在高山地区,误差更为明显。以中国1∶50 000比例尺DEM为参考数据,结合坡度,坡向,剖面,地形起伏度等地学因子,对目前国内外常用的3种数字高程模型(SRTM,ASTER GDEM,ICESatGLAS14)在高山地区的误差情况进行较为详细地对比分析。结果表明:坡度和地形起伏度对于3种高程数据的精度都有不同程度的影响,其中,SRTM数据受到影响最为严重,ASTER的绝对精度较差,但在地形起伏较大区域,其精度要高于SRTM,ICESat GLAS14整体情况表现良好。     

基于航空高程的玛丽伯德地西部地区表面粗糙度的研究

基于1998年12月—1999年1月德克萨斯大学地球物理研究所(UTIG)航空地球物理研究支持办公室(SOAR)对南极洲玛丽伯德西部区域航空调查获得的冰盖表面高程数据,研究了该区域表面粗糙度分布。通过分析,同时考虑表面在垂直方向和水平方向的变化,使用有效坡度可以有效地表征玛丽伯德地西部区域的表面粗糙度特征,文中给出了该区域表面的有效坡度分布,并简要探讨了其分布成因。从结果中可知该研究区域的98%地区的有效坡度分布小于10°,最小值为0.0126°;有效坡度在10°以上的位置主要分布在靠近海岸地区,爱德华七世半岛、谢里斯海岸附近的部分地区有效坡度值达到30°以上,最大有效坡度为39.9736°。结合bedmap2的高程数据,对罗斯冰架附近、福特山脉附近以及爱德华七世半岛附近的粗糙度和地形的对应关系进行了讨论。     

重庆石碗溪小流域坡度和高程对土地利用及经济发展的影响

坡度和高程是土地资源固有的两个重要环境因子,与土地利用关系密切,尤其是在山区,坡度和高程基本上决定了土地利用的方向和方式,从而影响农业和经济的发展。石碗溪小流域面积20.73km2,为丘陵低山区。按坡度和高程对土地利用的影响程度,把坡度和高程各分为3级,即:0°～15°、15°~25°、>25°和500m以下、500~800 m、800m以上。从1:10 000地形圈上提取土地坡度和高程分级图,与土地利用现状图又叠加,获取各坡度、高程级及其土地利用类型和数据。结果表明,土地面积随坡度、海拔级的增加而加大。耕地分布在各个高程级0～15°的缓坡上,800m以上地区面积最大,果园和森林大多分布在800m以上>25°的陡坡地上。通过分析比较小流域各个行政村2002年农业总收入及种植业、林业、牧业收入与坡度和高程的关系,可以看出坡度和高程对经济发展的影响。最后,根据坡度和高程状况,结合小流域社会经济条件,提出几点建议,以其为山区小流域土地可持续利用及经济持续发展提供科学依据。     

珠海市土地利用空间格局与地形的相关性研究

以2008年Landsat TM遥感影像、地形图为基础数据,通过建立DEM、高程分级、坡度分级及叠加分析等方法,分析了珠海市土地利用空间格局及其与地形因子的关系.珠海市土地利用类型空间分布具有强烈的区域差异性,不同高程与坡度分级区域土地利用类型组合不同;各土地类型的面积在低海拔、低坡度段占绝对优势,随着高程和坡度的上升,土地利用类型减少,多样性降低.在高程<40 m、坡度<2°的区域,水域为主导土地利用方式,而在高程＞40 m、坡度＞2°的区域,林地成为主导土地利用类型的优势越来越明显;在海拔40～100 m、坡度2°～15°区域土地利用破碎度指数最高,受人类活动强烈干扰的地段主要集中在海拔低、坡度平缓的区域,自然因子在高坡度区域对土地利用空间格局起到一定的制约作用.     

地形简化对DEM不确定性的抗差性研究

为探究DEM不确定性对地形简化的作用规律,对不同简化方法的抗差性能进行研究。利用蒙特卡洛方法模拟生成一系列具有不确定性特征的模拟DEM;基于不同方法对初始DEM与带有误差的DEM进行地形简化;分别从高程变化程度、骨架吻合程度及地形等高线差异三部分对简化表面间的地形差异进行对比分析,对不同方法的抗差性能进行评估。研究表明:当地形简化在小尺度上演变时,基于特征点的简化模型能够一定程度地抑制初始地形误差的扰动,当简化的演变尺度较大时,特征点方法对误差十分敏感,此时,顾及地形全局特征的骨架约束法能够更加稳定地抑制DEM不确定性对简化的影响。     

小尺度地形因子对农地土壤质量的影响研究

地形差异是土地利用结构和空间分布格局分异的重要影响因子,也是土地质量的重要参评因素.选择泰山东麓多种地貌类型过渡区,利用数字高程模型(DEM)提取研究区坡度、高程等地形因子信息,通过GIS空间分析划分研究区农地土壤质量等级,利用SPSS统计分析高程、坡度等地形因子对土壤质量的影响.结果表明:土壤质量等级随地形变化呈规律性演替,坡度和高程与土壤质量呈极显著相关关系,且坡度对土壤质量的影响大于高程;随着坡度的上升,土壤质量分值呈抛物线趋势,而随着高程的上升,土壤质量呈降低趋势,且各高程段内不同坡度等级土壤质量分值也呈抛物线走势;土壤质量的最高分值位于坡度2°～5°、高程0～150 m的地形部位.     

基于DEM分形特征的坡度尺度变换模型

利用DEM提取坡度具有明显的尺度依赖性,探求DEM在不同尺度下表现出的规律关系,建立多尺度变换模型,以实现不同尺度间的转换是地形分析研究的热点和难点。本文阐释了DEM表面与地表粗糙度分形维数值的地学意义及内在关系,并利用分形对象的自相似性原理,建立了一种基于DEM分形特征的坡度尺度变换模型。选取四川丘陵地区某小流域为研究区,进行坡度尺度变换实验和误差分析,结果表明该模型能有效实现坡度尺度变换:在非平坦地区(坡度>1°)一般重采样方法变换得到的坡度误差为该方法的1.86倍;从信息熵理论分析,经该方法转换后的坡度信息得到了显著恢复。对于无1︰1万及以上精度地形数据的西南山区,利用该方法获取高精度坡度数据具有重要的理论价值和现实意义。     

基于无人机摄影测量的梅里雪山明永冰川末端表面高程动态监测

位于横断山区的梅里雪山地区,受地形与气候的影响,该地区光学遥感及微波遥感应用较为受限。论文基于大疆精灵4RTK无人机搭配中海达UBase,于2018年11月9日和2019年11月12日对梅里雪山地区明永冰川末端开展了2期摄影测量,估算冰川消融区表面高程变化,监测冰川动态变化。研究结果表明:冰川区表面形态在不同位置有显著差别,航测冰川区中下部大量表碛覆盖,有少量沿冰川主流线方向发育的裂隙;航测冰川区中上部表碛覆盖较少,大量横向裂隙发育。2018年11月至2019年11月,明永冰川末端表面高程平均变化-1.67 m。冰川表面高程变化空间分布差异显著,在航测冰川区上部高程差存在正负交替现象,航测冰川区中部以减薄为主,而航测冰川区下部以增厚为主。与高亚洲地区其他山系冰川变化对比,梅里雪山地区是冰川表面高程变化最显著的地区。     

DEM提取黄土高原地面坡度的不确定性

选择陕北黄土高原6个典型地貌类型区为试验样区,采用野外实测及高精度的1:1万比例尺DEM为基准数据,研究栅格分辨率及地形粗糙度对DEM所提取地面平均坡度精度的影响。结果显示,对于1:1万比例尺DEM,5 m是保证该地区地形描述精度的理想分辨率尺度;多要素逐步回归模拟的方法进一步揭示了DEM所提取的地面平均坡度误差E与栅格分辨率X以及地形起伏的代表性因子-沟壑密度S之间存在的量化关系为E = (0.0015S2+0.031S-0.0325)X-0.0045S2-0.155S+0.1625,该结果也为确定适用的DEM分辨率提供了理论依据。     

基于GPS的北极冰川表面地形测量与制图

自2005年以来,我国科考队员利用双频GPS在北极黄河站附近的Austre Lovénbreen 和 Pedersenbreen两条冰川上每年一次开展高精度的冰川运动观测,获取了冰川表面监测标杆的精确位置和运动速度。2009年4月,我国考察队员在这两条冰川上开展了密集的GPS点位数据采集,藉此开展北极两条冰川的冰面地形测量。在分析单频GPS动态单点定位数据用于冰面地形测量的可行性基础上,经过平差计算获得了两条冰川的冰面地形数据,进而生成冰面DEM和等高线,制作冰面地形图。经与高精度控制点比较,冰面DEM高程的误差为0.78m,在冰川季节性高程波动和年消融的变化范围之内。由于SMART-V1型GPS设备是当前冰川研究工作中应用较多的pulseEKKO型探地雷达配套的一个重要部件,本文的结论对于同类仪器开展冰川测量工作具有参考价值,对基于高密度的GPS动态单点定位测量方法用于冰面地形测量的数据处理具有指导意义。     

基于RTK-GPS的北极Austre Lovénbreen冰川表面高程变化研究

基于多期RTK-GPS(Real Time Kinematic-Global Position System)高精度测量数据,通过冰面高程变化开展北极Austre Lovénbreen冰川物质变化研究。首先基于冰面GPS测点开展多种空间插值方法的比对,兼顾冰面DEM(Digital Elevation Model)的平滑特性以及插值结果的准确性,优选自然邻域法作为冰面地形的插值算法;继而利用2013—2015年3期RTK-GPS数据,通过冰面地形内插和测线交叉点比对两种方式开展了Austre Lovénbreen冰川表面高程变化的分析,结果表明交叉点方法的精度更高,而地形内插法在测线之间的空白区域存在较大误差。最后通过冰雪密度估计将高程变化转化为水当量,计算相应时段的冰川物质平衡:积累区密度取500 kg·m^-3,消融区密度取900 kg·m^-3,得到2013—2014年和2014—2015年的物质平衡分别为–0.277m w.e.和0.065m w.e.。该物质平衡结果相较于传统的冰面物质平衡而言存在一定的差异,主要源于测量时段的不一致,以及可能存在的冰川内部物质变化。此外,将RTK-GPS交叉点高程的年际变化与所在高程进行联合分析,发现冰川物质变化与冰川高程分布既有较强的相关性,部分区域也存在一些差异。总体而言,冰川物质年变化的海拔梯度为2.67‰,在海拔越低的区域冰川消融得越快,随海拔上升消融减慢,在高海拔或冰川边缘区域还存在少量物质积累。     

基于MERIT DEM 和DRT升尺度化算法的多分辨率全国河网数据集构建

相对较粗空间分辨率(1 km)的水文网络或水文地理数据集是大尺度水文及陆面过程模型的基本输入数据,需要从数字高程模型中提取高分辨率河网并通过升尺度化获取。MERIT DEM是消除了复合误差的新版全球高分辨率(90 m)数字高程模型,提取的高分辨率河网信息更为精准。DRT是当前国际水文领域常用的高效河网自动升尺度化算法之一,可将高分辨率河网的结构特性完好地输出到粗分辨率河网。该文选取MERIT DEM的中国部分作为数据源,通过DRT升尺度化算法获取全国1°、1/2°、1/4°、1/8°、1/10°、1/16°分辨率的河网数据(流向、河网、流域面积、流距),并采用目视检验、流域面积一致性检验、流距评估等方法综合验证了DRT升尺度数据集的质量。结果表明,DRT算法性能优越,生产的大尺度数据集准确地保护了河道位置、流动方向和流域面积等在高分辨率DEM中描绘的水文特征,将有效降低我国境内流域水文模拟中由水文地形参数化引起的不确定性。