DEM粗差权值衰减迭代探测算法研究

为剔除经滤波处理后的机载激光雷达(LIDAR)地面点云数据中的残留非地面点,提高由其制作生产的数字高程模型(DEM)的精度,提出一种基于LIDAR点云数据所生成的不规则分布数据DEM粗差权值衰减迭代探测算法。该算法将滤波后残留的非地面点视为DEM粗差,基于地理学局部地形相似性原理,根据数据点密度及地形起伏变化程度确定局部窗口并进行二次曲面拟合,求解局部窗口内各数据点高程残差值,从而构建粗差相关检验量来定位粗差点。同时,该算法借鉴选权迭代粗差定位法思想,通过迭代,不断衰减含粗差观测点的权值,从而不断减小其对局部窗口二次曲面拟合产生的不良影响,降低地面点被误判为粗差点的概率。通过实验验证,该算法能有效提升DEM粗差探测率并极大降低粗差误判概率,粗差剔除率为98.02%,粗差误判率为1.71%。

基于DEM融合的河道堤坝径流预测方法研究

受到复杂河道环境影响,无法有效预测河道堤坝径流,为此提出了基于DEM融合的河道堤坝径流预测方法研究。分析河道堤坝径流节点的属性特征,利用DEM提取径流特征点;根据该特征点计算并校正高程误差,根据校正数据模拟径流过程。以接边线为中心,采用反距离加权方式进行内插处理,以源DEM为最小采样间隔,相互配准,使得不同DEM源融合区域能够平滑过渡。结合融合处理的DEM数据,完成河道堤坝径流预测流程设计。实验结果可知,该方法在S2、S6、S8位置时,与实际数据存在10 m^(3)/s左右的微小偏差,具有精准的预测性能。

时序InSAR滑坡探测与DEM误差影响分析

以贵州省西南山区为例,针对地质灾害隐患早期识别的实际情况和需求,开展差分干涉测量和时序InSAR方法的对比实验,以验证时序InSAR在抗误差干扰、探测微小形变、捕捉形变序列演化趋势等方面的能力;再基于高精度LiDAR DEM数据进一步研究DEM误差对时序InSAR处理结果的影响。实验表明,时序InSAR方法无法完全剔除DEM误差,从而导致形变速率、形变序列估计不准,在开展精细化InSAR形变分析时应尽可能选取高精度的外部DEM数据,以保证正确估计地质灾害隐患形变特征。

基于DEM与GACOS的InSAR同震形变场大气误差校正

从全球地震频发地区选取多次地震事件,以精河地震为例研究基于DEM进行大气误差校正时拟合区选取方法;然后分别基于DEM和GACOS数据对同震形变场进行大气相位延迟改正以分析其校正精度及适用性。结果表明,扣除主要同震形变区域后的相位-高程相关系数大于0.4时,必须对获取的形变场进行大气误差校正,校正后噪声可下降约1~4 cm;相关系数为0.4~0.8时,可通过两种方法相互验证以校正精度;相关系数大于0.8时,可以只使用DEM拟合大气误差分布函数进行校正。基于GACOS进行大气误差校正具有普适性,用于大气噪声较为严重且与地形不相关的平原地区可取得较好效果。

NASA DEM 与SRTM精度对比

NASA DEM是SRTM数据的重新处理,为了更好地了解该数据,实验以GLA14点数据为参考高程,通过对比分析等方法揭示NASA DEM的精度变化。结果表明,研究区域内NASA DEM中误差为4.6168m,绝对误差均值为3.1213m,且有24.03%实验点误差值可达到分米级,相较于SRTM,NASA DEM精度各个指标均有30%~40%的提升;受地形影响,在坡度小于3°的区域内NASA DEM绝对误差值为2.0736m,中误差仅为2.6164m。随着坡度变大,在坡度大于30°的区域内绝对误差值为9.0912m,中误差也达到了11.3447m;通过等高线对比发现,相同区域内的NASA DEM等高线比SRTM等高线在山脊山谷处更为凸出;两数据作差,在山的东侧,NASA DEM高程值大于SRTM高程值,而在西侧NASA DEM高程值却大多小于SRTM高程值;通过剖线对比发现,NASA DEM整体与GLA14剖线重合,但在起伏较大的地方,SRTM剖线存在较大的偏差,说明SRTM在该区域内地形表达能力差,而NASA DEM则有较大改善。

不同比例尺DEM提取地面坡度的精度研究——以在黄土丘陵沟壑区的试验为例

以陕北绥德县韭园沟流域为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万 DEM所提取的坡度为准值 ,应用多层面复合分析和比较分析的方法 ,研究该地区 1∶ 5万 DEM提取地面坡度的误差特征与纠正方法。试验结果显示 ,所获得的不同空间尺度下 DEM所提取坡度值的转换图谱 ,可对 1∶ 5万 DEM计算的地面坡度统计值进行有效修正。该成果对于 DEM数据在水土保持领域若干应用标准的制定 。

DEM若干理论问题思考

对用中误差描述和评价DEM整体精度的DEM随机误差观提出质疑,认为DEM是由带随机误差的原始数据内插而成,DEM误差就应由性质不同的两部分误差组成,即测绘所产生的随机误差和内插所产生的对地表曲面的逼近误差,二者可分别进行质量控制,对于内插误差,应采用定义域内的全部点是否符合最大绝对偏差的一次性否决法进行检验.通过讨论三维地面概念模型和DEM高保真问题等概念,说明DEM误差以随机误差概而论之的实质是漠视了DEM高保真这一质量要求;并结合地图代数研究,论述等高线族和地形结构线族的空间几何对偶关系———后者是前者的广义Voronoi界线,因此,当利用等高线数据生产DEM时,并不存在选择性采样F-S数据的必要.

基于高精度曲面模型的DEM构建与误差分析

引入地形表达误差(terrain representation error,Etr),选择标准曲面和甘肃省董志塬地区作为研究对象,利用窗口分析法实现Etr的提取;用统计分析法得出Etr随网格分辨率变化的回归方程;根据误差传播定律计算DEM中误差。数值结果表明,该方法能更准确的计算HASM生成的DEM精度;相同的采样数下,HASM较传统方法(IDW,Spline和Kriging)能生成更高精度和分辨率的DEM。在难以获取已知数据的地区,HASM提供了生成相对准确DEM的高效工具。

DEM数据误差与地形描述误差对坡度精度的影响

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的数据误差和地形描述误差是两种不同性质的误差。本文以模拟实验获得的高精度DEM为数据源,分析坡度计算精度与DEM数据误差和地形描述误差的耦合关系。研究表明:DEM数据误差和地形描述误差对坡度精度影响是一个反向作用的过程。随着DEM格网的增大,数据误差的影响逐渐减小,地形描述误差的影响逐渐增大;在起伏变化地形区域,坡度误差先减小后增大,且存在一个最佳大小的格网,此时坡度误差最小。最佳格网的大小与DEM数据误差大小和地形起伏变化的复杂程度密切相关。研究结果表明,基于DEM提取坡度的误差来源与误差性质,对正确估算坡度精度具有很好的实际意义。

黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂 ,1∶5万地形图对原始 1∶1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大 ,这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的 1∶1万比例尺DEM为校准值 ,运用 1∶1万及 1∶5万比例尺DEM叠合比较分析的方法 ,研究 1∶5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明 ,在黄土丘陵区 ,与 1∶1万DEM相比 ,1∶5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。

基于单个栅格的DEM坡度与分辨率关系研究

在黄土高原选取代表不同地貌类型的延川、绥德、富县3大研究样区108个小样区，以研究样区1：1万地形图所建立的5m分辨率的数字高程模型（DEM）提取的坡度矩阵为标准值，基于单个栅格分析15～75m分辨率的DEM提取的坡度矩阵准确程度．提出了基于栅格的坡度准确程度评价指标：分级正确率指标a和坡度数值误差指标b．在每一大样区随机选取的20个试验样区得到了上述两项误差指标与水平分辨率的函数关系，可以根据函数关系由已知误差求得所需要的水平分辨率范围，并且函数关系在每一大样区16个随机检验样区通过了检验．结论表明：指标a和b可以用于基于单个栅格方式评价DEM所提取坡度的准确程度，所得到的函数关系可望为实际工作选取适宜的水平分辨率提供依据．

不同空间分辨率DEM提取坡度不确定性研究

运用信息论与统计学一些指标及比较分析的方法,以1∶1万DEM为研究对象。定性地分析了在黄土丘陵沟壑区DEM空间分辨率对所提取的坡度信息的不确定性影响,并建立了定量的计算公式。研究提出了不同分辨率提取坡度面积的误差评价指标,并找到了一个经验公式,该公式可以根据现有误差计算所需要的分辨率大小,这可以在保证坡度信息精度条件下减小数据量,节约成本。

黄土高原坡向信息量变化与DEM分辨率的关系

运用非线性回归方法,研究了从数字高程模型(DEM)所提取坡向信息量随 DEM分辨率变化而变化的函数规律。在中国西北部黄土高原选取了代表7种黄土地貌类型的252个样区。在每个样区以1:10000地形图为数据源建立了分辨率分别为5,15,25,…,75m 的 DEM。以5m 分辨率 DEM 提取的坡向信息为假定真实值,以其它分辨率 DEM 提取的坡向信息为研究对象,分析了坡向信息量的损失与分辨率的函数关系。提出了基于单个栅格的坡向分类别正确率(a)指标和坡向信息量损失(q)指标。在每一类地貌类型区得到了上述两项误差指标与分辨率的函数关系,可以根据函数关系由已知误差求得所需要的分辨率。函数关系的建立可在保证预定坡向信息的精度前提下,选定 DEM 的适宜分辨率,减小数据量,降低成本。

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。

再论DEM精度评定的基本理论问题

数字高程模型(DEM)应用十分广阔。本文通过实际存在的对地面两种不同认识论观点的分析,阐明地面是多个单元曲面,它们是在复杂的地形结构线上拼接而成的确定表面,那种把地面或其局部视为随机曲面的观点不符合人类生活和生产实践;通过对系统误差和偶然误差性质概念和DEM生产过程的分析,指出DEM的总体误差以偶然误差概而论之,完全忽视了内插过程并错判了内插误差的性质;同时,对DEM的偶然误差计算中前提的设置、计算推理链的问题进行一定分析,揭示偶然误差论在实践中难予解脱的困境,并进一步阐述了它对DEM误差检核方法、标准的不良影响和对质量的危害。因此希望重视这一重要理论问题,开展讨论,澄清疑虑,促进问题的解决。

DEM流域网络提取算法的误差特性分析

流域网络及其描述参数是一类重要的环境参数,其质量直接影响着各类地学模型和地学过程模拟的精度。在数据独立的DEM误差分析方法支持下,以比汇水面积(Specific catchment area,SCA)为计算对象,详细分析5种流域网络提取算法的误差空间分布特征。研究表明,不论何种算法,SCA误差主要集中于合水区域;不同算法的SCA频率分布随着SCA值的增加而趋于一致;SCA精度的提高有赖于DEM路径算法的改进,不同路经算法的组合可有效改善流域网络提取和分析的质量。

D-InSAR中参考DEM误差与轨道误差对相位贡献的灵敏度研究

阐述了合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)的基本原理,分析了参考DEM误差和卫星轨道误差对雷达干涉相位的影响,导出了参考DEM误差和卫星轨道误差对差分干涉相位贡献灵敏度的函数关系式,得出了雷达差分干涉测量中轨道误差对相位贡献灵敏度要远远高于参考DEM误差对相位贡献灵敏度的结论。最后通过2003年伊朗Bam地震区ENVISAT-ASAR影像及粗轨数据、荷兰Delft大学提供的精密轨道数据以及美国地质勘探局的GTOPO30 DEM和NASA的SRTM3 DEM的实例验证了该结论的正确性。

基于随机过程的格网DEM精度场模型

针对目前DEM格网精度从理论上难于统一量化描述问题,提出一种基于随机过程的格网DEM精度场模型。该模型从随机过程理论入手,借助DEM的统一插值模型,建立DEM两类误差(噪声误差和逼近误差)的统一误差模型,并分析构成DEM误差的各个分量的数学意义。与已有的模型相比,该模型实现了传统DEM两类误差的统一描述,此外,该模型适用任意插值方式生成的格网DEM的精度评价。

机载双天线InSAR数据生成高精度DEM的误差分析

结合机载双天线干涉合成孔径雷达（InSAR）正侧视成像模型，分析了机载双天线InSAR数据处理中存在的影响数字高程模型（DEM）高程精度和点位精度的主要因素，包括平台高度、斜距、干涉相位、基线长度、基线倾角、中心多普勒频率以及载机姿态，着重分析了平台高度、基线长度、基线倾角以及侧视角等因素的变化与DEM误差之间的关系。选用机载双天线InSAR数据进行了干涉实验，并对生成的DEM进行了误差分析，实验分析结果和误差定量分析的结果相一致。对机载双天线InSAR数据处理进行误差分析有利于提高DEM的高程和点位精度，也有利于机载双天线InSAR系统设计及飞行试验设计，因而具有重要实用意义。

DEM误差可视化方法的适应性研究

可视化是研究DEM误差的组成与分布、分析不同因素对其影响的重要手段之一。文中研究DEM误差分类在可视化表达与分析中的意义,依据DEM误差的分布范围与影响因素,提出一种适合可视化分析的分类方法。并针对这些内容,重点剖析统计图表、等高线套合图、误差地图、多维可视化及组合可视化的显示特点,对比不同可视化方法在DEM误差中的适用规律。最后,建立DEM误差与可视化方法之间的对应关系,为DEM精度分析提供参考和依据。