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基于星载激光测高数据的典型公开DEM精度研究

张建涛  
【摘要】:DEM是最重要的国家基础地理信息,开展DEM数据精度评价和误差特征研究,是科学应用这些数据的前提和保障。针对早期研究关注ASTER GDEM和SRTM数据集,对近期公开的ALOS AW3D30和TanDEM-X 90的精度和可用性研究非常匮乏的问题,本文以中国中部安徽省为研究目标,设计了ICESat数据处理程序,以ICESat/GLAH14全球地表高程数据为参考,借助中误差模型研究以上四种典型公开DEM的精度以及与地形因素的关系,并通过对比分析地形剖面、等高线和河网提取结果,研究了它们的地形描述误差特征和可用性。结果表明:(1)安徽省内,总体上AW3D30的精度最高,高程中误差为4.5m,SRTM的精度略低,高程中误差为5.1m,TanDEM-X 90和ASTER GDEM的精度较低,高程中误差分别为8.8m、9.9m;ASTER GDEM倾向于低估地表高程,其平均误差为-2.8m,AW3D30和TanDEM-X 90则高估地表高程,它们的平均误差分别达到0.8m和1.2m。AW3D30的误差分布相对集中,其绝对误差均值为2.5m,ASTER GDEM绝对误差均值高达7.2m,SRTM和TanDEM-X 90的绝对误差均值分别为2.7m和3.7m。(2)DEM高程误差与地形和土地利用类型密切相关。四种DEM的精度都随着坡度的增大而降低,坡度对InSAR技术获取DEM的质量影响更显著。ASTER GDEM的平均误差先减小后增大,坡度达到20°时,其平均误差由负值转为正值。四种DEM在不同土地利用类型上的误差规律相同,在耕地、人造地表垂直精度最高,在林地的垂直精度最低。(3)ASTER GDEM在平原、台地等地势平坦地貌存在数量非常多的洼地,SRTM和AW3D30出现此类问题的程度较轻,三者都不能用于提取此类地貌的地形剖面和等高线,而TanDEM-X 90所反映的地形变化与ICESat卫星精确测量得到的轨迹一致。在地形起伏度较大的山地地貌,SRTM和TanDEM-X 90都存在过低表达山脊高度和过高表达山谷高度的问题,由AW3D30提取的山地地形剖面精度最高。ASTER GDEM提取数字河网偏差最大,在新安江干流、支流都大量存在偏离真实河网的问题,由AW3D30提取的数字河网与真实河网几乎完全一致。(4)ICESat测量内陆水体水位的精度达到了厘米级,可以用于监测偏远地区湖泊水库的水位变化状况。本文研究结果对四种DEM的应用、融合、误差修正及拓展ICESat数据的应用具有一定的参考价值。


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