DEM测绘精度评价及误差分析

探讨DEM测绘精度评价及误差分析的相关问题,本文通过对现有文献的分析,总结出了一系列解决方案,以提高DEM测绘的准确性和可靠性。通过本文的研究,可以更好地理解DEM测绘的技术原理和应用方法,为各行业提供更加精准的空间数据支持。

DEM内插方法与可视性分析结果的相似性研究

以实际采样的散点数据为原始数据,利用反距离权、样条函数、克里格、自然邻点内插、TIN内插5种内插方法生成规则格网DEM,并对其可视性分析结果进行对比分析和相关分析,揭示不同内插方法对可视性分析结果的影响规律和可视性分析对内插方法的敏感程度。结果表明,可视性分析对内插方法比较敏感,不同的内插方法会得到不同的可视性分析结果,其中相关程度最强的是样条函数内插和克里格内插、自然邻点内插和TIN内插。

DEM的不确定性对温度插值精度的影响

以2001-2010年全国711个气象站点温度观测数据为数据源,在薄板样条插值方法和ANUSPLIN软件支持下,对比分析了使用GTOP30、SRTM3和ASTER GDEM三种DEM数据作为协变量开展空间插值得到的温度成果数据精度。研究发现:1)GDEM的平均相对误差(MRE)、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)明显高于其他两套数据,数据质量最差;SRTM3和GTOP30的数据精度较高,各误差评估指标大致相同。2)在全国尺度上,在MAE方面,基于ASTER GDEM所得温度插值结果比其他两组DEM得到的温度插值结果高0.4℃左右;在RMSE方面,基于ASTER GDEM获得的温度比其他两组DEM得到的温度高0.5℃左右。基于ASTER GDEM所得温度插值数据的误差明显高于其他两套数据。3)在温度插值误差的空间分布格局上,在我国中东部地区,三种DEM温度插值误差分布规律基本相同;在我国西南部地区,基于GTOP30和SRTM3的温度插值结果的数据精度明显好于基于ASTER GDEM的温度插值结果。4)温度插值误差与DEM高程误差呈现明显的耦合特性,这表明DEM数据的精度是影响温度插值结果的重要因素。

复杂地貌地形图等高线内插DEM算法的精度分析

对复杂地貌条带地形图进行了等高线矢量化,利用5种典型的插值方法生成DEM,探讨基于等高线插值生成DEM不同算法的精度并评价生成的DEM的质量。结果表明,IDW算法生成的DEM精度较高,且在其上提取的等高线与原始等高线吻合度较好,分层设色图能够较好地反映研究区的真实地形。TIN精度仅次于IDW,但此方法是目前最为成熟和快速的一种算法。自然邻域法的精度与TIN相近,高于样条函数法;kriging插值算法精度最差,不宜在复杂地貌区域使用。

山区等高线内插生成DEM的精度评价

文章以中国北方山区为试验研究区,对其大比例尺地形图进行了等高线矢量化,利用典型的3种内插算法分别建立DEM。然后采用数值精度指标结合显著性检验进行精度定量分析,并辅以视觉特征上能够体现插值质量的方法(地形属性可视化分析和等高线分析)对生成的DEM进行质量评价。结果表明,TIN方法生成的DEM精度最高,且晕渲图能够较好地反映山区的真实地形,由其回放的等高线与原始等高线吻合度高;相对高差越大,TIN插值较IDW插值的优越性越明显。

内插方法对黄土丘陵DEM精度的影响

内插方法是影响数字高程模型精度的主要因素。以黄土丘陵样区为例,采用检查点、等高线套合等方法对内插结果进行精度分析,并在此基础上分别提取坡度、坡向等地形因子进一步评价各内插方法的优劣。实验结果表明:1)利用检查点法、等高线套合法进行精度分析的最优插值方法为径向基函数算法,样条函数插值次之;2)利用地形因子进行的精度对比分析结果显示样条函数插值方法最优,径向基函数算法次之;3)两种方法一致表明在实验区自然邻域插值、反距离加权插值(IDW)、Kriging插值的插值效果相对较差。

基于DEM的对称13点局部窗口坡度算法分析

局部曲面拟合法是基于DEM的计算坡度的常用方法之一,采用不同的拟合曲面和局部移动窗口将得到不同精度的计算模型,探索不同的局部窗口类型可以丰富局部曲面拟合法在数字地形分析中的应用。本文考虑不同距离临近点的高程信息,基于3×3局部窗口提出了一种由两种不同倍率、与主轴(x轴、y轴)呈45°夹角的格网点构成的新窗口——对称13点局部窗口,推导了三阶曲面拟合该窗口的坡度计算公式,并利用典型数学曲面对该模型的计算精度进行了分析。研究分析认为,相对于现有的坡度计算模型,三阶曲面拟合对称13点窗口模型能显著地提高坡度计算精度,但对误差的平滑能力较差,适用于高精度DEM。本文的研究扩展了曲面拟合法在数字地形分析中的应用。

鸭河口水库库容DEM量算的适应性与精度分析

利用数字化地形图建立数字高程模型(DEM)量算水库水面面积和库容,确定水位-库容关系曲线是一种比较先进的技术方法。为了检验该方法的适应性和精度,利用鸭河口水库的资料,在简要介绍GeoHydrology地形法、等高线面积法、测点构网法和DEM法原理的基础上,将等高线面积法的人工量算与计算机量算、计算机量算与DEM法量算和测点构网法与DEM法的量算结果进行了综合比较分析。分析结果表明:DEM法完全适应库容量算的要求,且简便易行,量算精度较高。

矢量数据构建DEM方法及精度分析

本文通过某海深图的矢量化,简单介绍了地形点矢量过程和属性数据提取方法,及利用自然邻近法、反距离加权法、克里金法三种插值方法构建DEM仿真地理表面模型的文本数据,并用VB简单编程实现统计分析DEM精度。分析结果表明:DEM精度随着离散点数量、插值方法的不同有所不同,标准差精度可达到亚分米级。

基于矿区煤矸石山尺度的DEM内插算法适宜性研究

为了构建矿区煤矸石山尺度的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)最优内插算法,本文首先随机选取淮南市4个煤矿的煤矸石山为研究对象,分别应用克里金法、反距离权重法、自然邻域法、样条函数法等典型的空间插值方法,生成4个煤矿的煤矸石山DEM。然后,通过抽样点检验法比较不同插值方法得到的DEM精度。结果表明,在矿区煤矸石山这种尺度范围的DEM建立中,最适宜的内插算法为反距离权重法,其误差最小拟合优度最大。此外,在同一算法的条件下,随着研究区域高差的增大,精度逐渐减小。

两种北斗卫星精密星历外推方法的精度分析

国际全球卫星导航系统服务(IGS)中心只提供当天00:00:00—23:45:00的精密星历数据,若要获取当天完整的星历数据,往往采用坐标外推的方法得到23:45:00—24:00:00时段的星历数据。本文采用三角函数插值法和广义延拓逼近法对一段时间不同类型和不同时间间隔的北斗卫星精密星历轨道坐标进行外推。结果表明,GEO卫星精密星历轨道坐标外推精度优于IGSO卫星和MEO卫星;两种外推方法对于5 min时间间隔精密星历外推精度明显高于15 min时间间隔精密星历,且三角函数插值法外推精度优于广义延拓逼近法1~2个数量级。因此,在对北斗卫星精密星历进行轨道坐标外推时,可以优先采用精度更高的三角函数插值法和使用5 min时间间隔的星历数据进行外推计算。

基于机器学习的煤岩显微组分灰度及纹理特征提取实验

煤岩显微组分的鉴别需综合显微组分的反射率、颜色、突起、形态、大小、细胞结构等特征。基于图像分析的煤岩显微组分自动识别方法能够降低人工的劳动强度并提高测试速度与可重复性,因而其为煤岩显微组分分析的未来发展趋势。煤岩显微组分种类较多且不同显微组分的结构特征差异较大,目前对其光学性质的定性描述很难体现许多显微组分独特的形貌及结构特征,因而识别准确度较低,急需对煤岩显微组分的形态特征和纹理特征进行深入研究和表征。针对煤岩显微组分的识别特征,分析油浸反射光下煤岩显微组分的灰度、形态及纹理特征等图像学特征,对15种有机显微组分及3种无机显微组分选取1 693幅能够表征显微组分特征的代表性图像,构建烟煤显微组分特征数据集,利用灰度共生矩阵对灰度均值、灰度方差、灰度歪斜度、灰度峰态、灰度能量、灰度熵等6种灰度特征参数以及纹理对比度、纹理相关性、纹理角二阶矩和纹理同质性等4种纹理特征进行提取,利用K最近邻(KNN)和支持向量机(SVM)2种机器学习分类算法进行分类。结果发现,显微组分的灰度特征及纹理特征差异较大,支持向量机分类算法对显微组分的识别效果优于K最近邻,基于灰度+纹理特征的支持向量机算法可以对煤中18种显微组分实现大于60%的识别精度。

基于格网坐标转换法的矢量数据脱密方法研究

借鉴不同椭球间坐标转换的思路,将格网坐标转换法应用于矢量数据平面精度的脱密。采用格网坐标转换法进行脱密时,将随机点作为重合点,生成随机数作为偏移量,保证了偏移量具有很强的随机性。根据脱密数据的范围和格网间距确定格网点的数量,采用移动转换法计算每个格网点的偏移量,使得格网之间具有不同的偏移量,从而保证脱密后的数据具有很好的抗攻击性。通过实验和分析证明,相邻格网之间的偏移量变化较平滑,对矢量数据几何图形进行脱密后能保持拓扑关系。

LiDAR点云的处理方法优化及其在矿区沉陷监测中的应用

矿产资源地下开采会引起地面下沉,不仅破坏地表形态,还会影响植被生长,导致生态环境恶化。因此,快速、及时、准确地获取矿区沉陷信息,是煤矿安全生产和矿区环境综合治理的重要依据。利用无人机LiDAR获取沉陷区不同地貌类型区的点云数据,采用渐进加密三角网法进行点云滤波。经过调试,找出了适合相应地貌类型的滤波参数。对获得的地面点采用3种常用插值方法生成DEM,结合地面检测点进行精度对比,分析产生误差的原因,最终选择较高精度的插值方法分析矿区开采沉陷。

一种测量介质损耗角的卷积窗加权算法

目前,谐波分析法在高压容性设备介质损耗角的在线测量中得到了广泛的应用,但是该方法在非同步采样时存在频谱泄漏,严重影响介质损耗角的测量精度。分析了Blackman自卷积窗的频谱特性,提出了基于Blackman自卷积窗双谱线插值FFT的介质损耗角测量算法,并详细推导了介质损耗角的计算公式,最后利用计算机进行仿真验证,结果表明该算法能有效提高介质损耗角的测量精度。

不同水体提取方法的提取效果比较

随着遥感技术在水环境综合监测中的广泛应用,借助遥感影像进行水体提取的研究也越来越多。选取Landsat ETM+遥感影像作为数据源,结合多波段谱间关系法、水体指数法(NDVI、NDWI、MNDWI)、支持向量机法等方法 ,实现对某水库水体的提取,对提取结果进行精度分析。结果表明:1)谱间关系法的误提率最高,NDVI的漏提率最高,水体提取精度不高;2)NDWI、MNDWI和支持向量机法提取精度均达到99%以上,提取效果良好;3)支持向量机法提取精度最高,但受样本质量影响大,MNDWI提取精度与支持向量机相当且操作简单。

DEM内插方法与精度评定

数字高程模型是一种简单、离散的数字表达方式。近年来,随着“数字地球”的实施,地理信息系统、遥感技术等领域的相互融合,使得DEM技术的整合得到了进一步的发展。论文研究了DEM软件的内插方法,检验精度及精度评定,并将DEM技术应用于斜坡度、坡向和等高线及剖面图的制作。

不同地貌类型区DEM空间内插算法精度评价

数字高程模型(DEM)是数字地貌形态表达最为常用的基础数据,在工程建设规划设计、地貌定量分析、流域水文和土壤侵蚀模拟分析、土地利用、数字地质、遥感图像辅助分类等方面具有重要的用途.通过数字化等高线空间内插生成DEM是当前的主要技术手段之一,不同的空间内插算法和不同的地貌区域应用对DEM生成的质量和精度有重要的影响.本文选择了丘陵、山地和高山地3种地貌类型区,利用国际上流行的DEM专业化插值ANUDEM方法及另外5种典型常用的空间插值方法生成DEM,然后通过任意点法、等高线回放法及三维可视化叠加分析方法对生成的DEM进行了精度对比分析.结果表明,3种地貌区ANUDEM算法生成的DEM精度最高,IDW算法其次,THIESSEN算法、Kriging算法和自然邻域法精度相似,样条函数法精度最低.同一种空间插值方法,在地形起伏越大的地区,生成的DEM精度越低.

一种综合考虑采样点水平和高程误差的DEM建模算法

为了降低采样点水平和高程误差对数字高程模型（digital elevation model,DEM）建模精度的影响,受总体最小二乘算法启发,以较高精度的多面函数（multiquadric function,MQ）为基函数,发展了整体最小二乘MQ算法（MQ-T）,并分别借助数值实验和实例分析验证模型计算精度。数值实验中,以高斯合成曲面为研究对象,设计了受不同误差分量影响的采样数据,借助MQ-T曲面建模,并将计算结果与传统MQ进行比较。结果表明,当采样点仅受高程误差分量影响时,MQ-T计算结果精度与MQ相当;当采样数据受水平误差分量影响时,MQ-T计算结果中误差小于MQ中误差。实例分析中,以全站仪获取的采样数据为研究对象,借助MQ-T构建测区DEM,并将计算结果与传统插值算法进行比较,如反距离加权（inverse distance weighted,IDW）法、克里金（Kriging）法和澳大利亚国立大学DEM专用插值软件（（Australian National University DEM,ANUDEM）法。精度分析表明,随着采样点密度降低,各种插值算法精度逐步降低;不管采样密度多少,MQ-T计算精度始终高于传统插值算法;对山体阴影图分析表明,MQ-T相比Kriging法有一定峰值削平现象。

方差-尺度规律在DEM插值方法评价中的应用

提出基于方差-尺度规律的新型插值方法评价体系,根据"在给定研究区域内,变量的统计方差随尺度增大而减小"的理论规律,提出三项预设的评价准则。以DEM插值应用为例,选取高精度曲面模型、样条插值、克里金插值、反距离权重插值4种方法进行对比评价。数值实验表明,方差-尺度递变趋势的评价准则值得存疑。两组DEM插值案例表明,地形的复杂特性、插值算子的光滑效应以及尺度的综合效应致使理论的渐变规律无法达到。引入采样方差值后,不同采样密度下仍可以将方差变化趋势及方差的整体大小作为精度评价准则,在对第二、第三条预设评价准则修缮后确立三项评价准则。综合所有案例可知,此评价体系原理简单、操作方便,为DEM插值方法评价提供了一套新的标准和框架,并且可针对不同采样密度条件提出完善的插值方法适用性建议。