美国航天飞机雷达地形测绘使命简介

对美国最近刚完成的航天飞机雷达地形测绘使命 (SRTM)的背景、主要硬件的功能。

基于SRTM数据的中国新一代天气雷达覆盖和地形遮挡评估

利用航天飞机雷达地形测绘数据（Shuttle Radar Topography Mission,SRTM）3 s高分辨率地形数据对全国已建成的158部新一代天气雷达分别进行了地形遮挡和覆盖能力计算,并提出了3个定量指标：覆盖比、高度-面积指数和等效覆盖半径。按照这些指标,对各雷达进行了计算和统计,并分析典型雷达站点的覆盖和遮挡情况。同时综合评估了全国雷达网的覆盖能力,结果表明青藏高原地区和西北地区覆盖较少,东部地区除部分山区雷达遮挡严重,大部分覆盖较好,全国1、2、3 km高度的覆盖率分别为16.9%、38.8%、52.8%,东部地区相应覆盖率达27.1%、59.8%、76.8%。0~3 km高度范围内,东南到华南沿海地区普遍有2个雷达重叠,华东到华北平均有2~4个雷达重叠,内蒙古中部和东北地区平均有1~2个覆盖重叠。可以认为我国雷达总体布局较好。

东北川岗地形区SRTM数据质量评价

数字高程模型(DEM)是支撑全球变化和区域可持续发展研究的重要基础数据.针对东北川岗地形特点,选取典型试验区,在ARCVIEW软件的支持下,对航天飞机雷达地形测量(SRTM)数据与1∶5万、1∶10万地形图建立的DEM进行了对比分析.认为SRTM数据能够较好地反映出缓坡地区的坡度变化和细小沟谷的形态特征,利用SRTM数据提取的地形指数能较好地体现水系的自然弯曲,展示谷地串珠状的沼泽洼地形态,与实际地貌形态更为接近,其数据描述精度略高于1∶5万地形图DEM.

基于海图数据的SRTM15+分析与评估

为掌握SRTM15+海底地形网格模型在我国周边海域的精确程度,避免其在工程、科研等领域被盲目使用,对最新的SRTM15+V2.4进行了分析研究,解构提炼了其数据组成,分析归纳了其数据特点,并基于公开海图水深数据对其在我国周边海域的精度进行了评估,通过将SRTM网格点水深值内插,并与海图上的水深点进行统计学对比分析后,得出了在浅水区精度较高、深水区精度较低的初步结论。本文工作可为各领域应用SRTM15+海底地形网格模型提供参考,为我国自主海底地形网格模型构建提供借鉴。

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。

SRTM无效数据填充方法在数字河网提取中的应用

为验证最新全球免费高分辨率航天飞机雷达地形测量任务(SRTM)数字高程模型(DEM)数据在水文学中的应用效果,以湖北省清江流域为例,利用SRTM数据进行了流域数字河网提取,通过与数字化地形图DEM提取的数字河网比较,指出SRTM数据中普遍存在的无数据区域是其进行水文分析的最大障碍,常用的SRTM无数据区域填充方法会使河道高程出现较大误差,导致提取的数字河网出现偏差.为解决上述问题,提出了在实际数字化河网限制下的SRTM数据无数据区域填充方法,计算结果表明,利用该方法处理后的SRTM数据更符合实际情况,提取的数字河网也与实际情况相符.

陕西省地形起伏度最佳计算单元研究

[目的]确定陕西省地形起伏度最佳计算单元,分析地形起伏度的空间分布规律,为地貌类型划分提供基础数据。[方法]以陕西省90 m×90 m的航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）数字高程模型（DEM）数据为基础,首先利用邻域统计分析法〔矩形邻域选取2×2,3×3,4×4,…,35×35共34个不同大小的邻域窗口,圆形邻域窗口选取20个（邻域半径R为2～21）〕对陕西省地形起伏度进行提取,然后统计不同矩形窗口和圆形窗口下的各种地形起伏度类型所占面积比例,接着运用均值变点分析法计算最佳计算单元,最后完成陕西省地形起伏度分级图的绘制,并对地形起伏度特征进行分析。[结果]不同地形起伏度类型所占面积比例的变化各有不同。按矩形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为12×12,对应面积为898 704m2,按圆形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为R=8,对应面积为1 254 191.4m2,这说明在使用邻域分析法提取地形起伏度时,采用圆形邻域有别于采用矩形邻域。陕西省地形总体较平缓,主要以小起伏、中起伏为主。[结论]简单实用的均值变点分析法,是确定最佳计算单元的一种较为理想的方法。

从GTOPO30到SRTM DEM精度研究——以西藏为例

地形数据对于我们了解全球气候变化、土地构成、大气变化,开展区域水土流失研究非常重要。最近,NASA发布了覆盖全球80%陆地面积的90m分辨率的SRTM DEM数据。在SRTM DEM之前,可以免费获得的精度最高的全球DEM数据是GTOPO30(1km)。由于SRTMDEM数据发布不久,对其实际精度缺乏客观了解,因此有必要对其精度开展研究。以广泛应用的GTOPO30为比较对象,对2种DEM的标称精度、生产方法作了介绍,并以西藏地区为例,利用图形和统计方法,分析、比较了2种DEM数据在1 km分辨率下的精度。总的来说,SRTM DEM精度高于GTOPO30,研究对于SRTM DEM在其它地区的应用具有重要参考价值。

基于SRTM-DEM的河南省地貌特征分析与类型划分

基于美国SRTM-DEM数据,在GIS平台下,通过对SRTM-DEM数据的前处理,制作了河南省数字高程模型(90 m×90 m).基于数字高程模型,提取了河南省地貌的坡度、坡向、地形起伏度等特征要素信息,并对河南省地貌形态进行统计分析以获取定量的认识.基于最新的中国基本地貌类型划分标准,将河南省按地貌划分为低海拔平原、低海拔台地、低海拔丘陵、小起伏低山、中起伏低山、小起伏中山、中起伏中山、大起伏中山、中起伏中高山、大起伏中高山10类.最后,基于河南省18个市级行政区进行不同地貌类型的面积统计.

高山阴影区域数字表面模型匹配方法研究

针对全球测图项目中高山阴影区域数字表面模型(DSM)匹配结果不理想的问题,本文测试CIPS和INPHO两款软件关键参数值的多种组合方案,以找出适用于高山阴影区DSM匹配的软件和参数组合方案,并对覆盖俄罗斯大高加索山脉约5000 km^(2)的区域开展生产试验,对结果进行定量和定性评价。试验结果表明,CIPS软件使用7×7滤波窗口和Shuttle Radar Topography Mission(SRTM)数据辅助匹配的组合方式,能有效减少高山阴影区域匹配结果的噪声、地形丢失等现象,合理表达高山阴影区地貌形态,优化DSM匹配流程,有效提高DSM的高程精度。

1″与3″SRTM DEM在珠江三角洲地区InSAR形变监测中的应用效果比较

2014年9月,美国逐步向全球用户免费开放了1″(约30 m)分辨率的SRTM DEM(Shuttle Radar Topography Mission Digital Elevation Model)数据.为了比较其与之前发布的3″(约90 m)分辨率SRTM DEM数据对InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)形变监测结果的差异,本文采用欧空局Envisat卫星的雷达影像,分析这两种不同分辨率的DEM对珠江三角洲地区单个干涉图和多个干涉图获得的平均速率的差异.研究结果显示:1″与3″DEM对单个干涉图形变量结果的差异与基线长度有关,以垂直基线长度为50 m的干涉图为例,其差值分布在±4 mm之间,其中89%介于±1 mm;由于多个干涉图的垂直基线随机分布,DEM对于整个轨道多干涉图获得的平均速率影响分布在±4 mm/a之间,其中90%介于±1 mm/a;差异明显的区域主要在地形起伏较大的山区.因此,本文认为1″与3″SRTM DEM对珠三角地区InSAR形变监测结果的差异并不显著.

基于高斯过程回归的SRTM数据空洞填补方法

针对现有插值方法对复杂地表模拟能力不足的问题,发展了一种基于非平稳(神经网络)核的高斯过程回归(GPR)方法,并将其应用于SRTM DEM空缺数据填补。以山区SRTM DEM的模拟数据空洞为研究对象,将GPR模拟结果与传统插值方法(TIN、SPLINE和IDW)比较表明:GPR填补精度高于传统插值方法,且空缺区域模拟曲面较好的保持了地形特征。

一种用于雷达遮蔽分析的DEM数据处理方法

针对实地部署雷达遮蔽分析过程中要使用多个数字高程模型(DEM)数据文件且需要转换为方位距离单元格式的问题,提出了一种DEM数据处理方法.首先根据雷达部署地和责任区半径选取生成专用的DEM数据文件;然后使用坐标变换结合等效地球半径修正将DEM数据转换为方位距离单元格式,并对其进行了近距地物修正和数据精简.仿真结果表明,相比较于传统方法,该方法解决了DEM数据选取的问题,转换格式后的高程数据用于遮蔽分析可以得到更加准确的结果,并且大大降低的数据量也提升了雷达遮蔽分析的效率.

武陵山区地形起伏度特征及其与土地利用的变化关系

以武陵山区为研究区,基于航天飞机雷达地形测绘计划的数字高程模型数据,采用邻域分析方法和均值变点分析方法判识地形起伏度最佳邻域统计单元,绘制武陵山区地形起伏度分级图。在此基础上结合研究区1990年和2015年土地利用数据,探讨了土地利用在不同地形起伏单元上的分布和变化特征。研究表明:武陵山区以小起伏山地和中起伏山地为主;耕地和林地是研究区的主要土地利用类型,在过去近30年间,耕地、草地、未利用地的面积呈减少趋势,林地、水域和建筑用地面积在研究时段呈增加态势;研究区各土地利用类型主要集中在小起伏山地和中起伏山地;研究时段内耕地和草地在各地形起伏单元均呈减少趋势,林地、建筑用地和水域呈现增加趋势;中起伏山地区域耕地和草地面积减少,林地、水域和建筑用地面积增加,小起伏山地上耕地、林地和草地面积减少,水域和建筑用地面积增加。

基于SRTM控制的高分遥感影像区域网平差方法

针对异轨高分辨率卫星影像基高比小、重叠区域弱交会现象,本文提出SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)控制的高分遥感影像区域网平差方法。该方法以高程值为相邻影像连接点的高程控制,进行光束法区域网平差,进行影像RPC(Rational Polynomial Coefficient)参数精化,避免弱交会情况下高程误差放大现象,降低同名点的相对偏移。采用高分一号四景进行实验,结果表明:通过引入高程控制的光束法区域网平差,改善纠正后影像连接区域错开现象,影像平面相对定位精度提高到一个像素以内,满足相邻影像的拼接需求。

SRTM DEM在InSAR相位解缠绕问题中的应用

提出了一种利用航天雷达地形测绘任务(SRTM)数据高程模型(DEM)来处理干涉式合成孔径雷达(InSAR)数据的新方法。同时,该算法可以用于解决相位解缠绕问题。文中创新性的提出将SRTM DEM作为相位解缠绕的指导,比较好地解决了这个问题。在实验结果中,利用JESR卫星数据验证了相关的理论分析,所提出的方法在很大程度上改善了相位解缠绕技术的性能。

基于总变分低秩组稀疏的全球雷达数据修复算法

针对航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)中存在由大量尖峰、斑点和多向条纹误差形成的混合噪声对后续应用产生严重干扰的问题,提出了一种基于总变分约束的低秩组稀疏(LRGS_TV)算法。首先,利用数据在局部范围低秩方向上的唯一性来正则化全局多方向条带误差结构,同时使用变分思想进行单向约束;其次,使用加权核范数的非局部自相似性来消除随机噪声,并结合总变分(TV)正则对数据梯度进行约束,以减小局部范围变化差值;最后,使用交替方向乘子优化对低秩组稀疏模型进行求解,从而保证了模型的收敛性。把所提算法与TV、单方向总变分(UTV)、低秩单图像分解(LRSID)和低秩组稀疏(LRGS)模型这4种算法进行定量评估的结果表明,LRGS_TV的峰值信噪比(PSNR)可以达到38.53 dB,结构相似性(SSIM)可以达到0.97,均为5种算法中的最优。同时,坡度与坡向结果表明,经LRGS_TV处理后,数据的后续应用有显著改善。实验结果表明,LRGS_TV能够在保证地形轮廓特征基本不变的情况下更好地修复原始数据,可对SRTM可靠性的提高与后续应用提供重要的支持。

利用星载InSAR技术提取镇江地区DEM及其精度分析

InSAR技术是目前获取高精度数字高程模型(DEM)的一种新方法。为了分析InSAR技术提取DEM的精度,首先介绍了美国航天飞机雷达SRTM DEM的精度和数据结构,然后以江苏镇江地区作为试验区,采用ERS1/2卫星影像来提取DEM,并对星载SAR提取的DEM与SRTM3弧秒分辨率DEM的精度作了比较。结果表明,利用星载SAR提取的DEM分辨率与SRTM3弧秒分辨率的DEM相当,能很好地显示出地形起伏(如山脉、沟谷)的纹理特征。进一步的研究还表明,利用InSAR技术提取DEM的精度与SRTM3 DEM之间存在5米左右的系统误差,并对产生这一系统误差的原因作了详细分析。