地球信息科学学报 ›› 2020, Vol. 22 ›› Issue (3): 351-360.doi: 10.12082/dqxxkx.2020.190411
秦臣臣1, 陈传法1,*(), 杨娜2, 高原1, 王梦樱1
收稿日期:
2019-07-30
修回日期:
2019-12-19
出版日期:
2020-03-25
发布日期:
2020-05-18
通讯作者:
陈传法
E-mail:chencf@lreis.ac.cn
作者简介:
秦臣臣(1993— ),男,山东枣庄人,硕士生,研究方向为空间数据质量改善。E-mail:1157860213@qq.com
基金资助:
QIN Chenchen1, CHEN Chuanfa1,*(), YANG Na2, GAO Yuan1, WANG Mengying1
Received:
2019-07-30
Revised:
2019-12-19
Online:
2020-03-25
Published:
2020-05-18
Contact:
CHEN Chuanfa
E-mail:chencf@lreis.ac.cn
Supported by:
摘要:
SRTM3和ASTER GDEM V2数据具有较高的空间分辨率和广泛的覆盖范围,对于地学研究具有重要意义;但在不同地形复杂度和地面覆盖物区域,两类数据的误差分布并不均匀。SRTM3和ASTER GDEM V2 数据自公布以来,其精度修正一直是研究热点。然而大范围区域精度验证缺乏有效手段,传统方法可靠性差且数据获取成本较高。自ICESat-1数据公开以来,它们已成为SRTM3和ASTER GDEM V2精度评定的主要检核点。为此,本文以山东省为研究区域,借助ICESat-1评估了SRTM3和ASTER GDEM V2的高程精度,并根据插值误差曲面对两种DEM进行了修正。分析表明,原始SRTM和ASTER高程中误差分别为5.57 m和7.20 m,均高于标称精度;随着坡度的增大,高程精度呈降低的趋势。通过分析土地覆盖类型与误差分布关系表明:农田、灌丛土地类型精度较高;森林、湿地精度较低。分别采用反距离加权、普通克里金、地形转栅格和自然邻域插值方法构建误差曲面。结果表明:不同的插值方法构建的误差曲面的特征和精度也不同。其中,反距离加权修正的效果最佳,其次是地形转栅格和自然邻域,而普通克里金修正的效果最差。
秦臣臣, 陈传法, 杨娜, 高原, 王梦樱. 基于ICESat/GLAS的山东省SRTM与ASTER GDEM高程精度评价与修正[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(3): 351-360.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190411
QIN Chenchen, CHEN Chuanfa, YANG Na, GAO Yuan, WANG Mengying. Elevation Accuracy Evaluation and Correction of SRTM and ASTER GDEM in Shandong Province based on ICESat/GLAS[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(3): 351-360.DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190411
表3
SRTM坡度分带精度统计"
坡度/° | 点数/个 | 最大值/m | 最小值/m | 平均值/m | 标准差/m | 均方差/m |
---|---|---|---|---|---|---|
0~5 | 296 699 | 99.91 | -95.60 | 0.32 | 4.40 | 4.40 |
5~10 | 18 631 | 99.44 | -60.26 | 0.12 | 12.48 | 12.48 |
10~15 | 8 365 | 98.03 | -91.48 | 0.60 | 19.00 | 19.01 |
15~20 | 3 752 | 99.74 | -85.74 | 0.96 | 24.08 | 24.08 |
20~25 | 1 107 | 78.73 | -79.00 | 1.21 | 29.16 | 29.17 |
25~30 | 193 | 97.94 | -82.80 | 5.12 | 33.08 | 33.17 |
30~35 | 30 | 74.47 | -72.86 | -8.70 | 39.10 | 39.77 |
表4
ASTER GDEM坡度分带精度统计"
坡度/° | 点数/个 | 最大值/m | 最小值/m | 平均值/m | 标准差/m | 均方差/m |
---|---|---|---|---|---|---|
0~5 | 204 513 | 99.42 | -86.30 | -0.10 | 6.61 | 6.61 |
5~10 | 90 474 | 99.95 | -97.83 | 0.37 | 8.40 | 8.40 |
10~15 | 21 270 | 98.96 | -69.38 | 0.72 | 10.93 | 10.93 |
15~20 | 7 260 | 97.74 | -91.60 | 0.54 | 12.83 | 12.83 |
20~25 | 3 222 | 99.56 | -81.74 | -0.47 | 13.85 | 13.85 |
25~30 | 1 362 | 78.97 | -86.13 | -1.45 | 15.93 | 15.94 |
30~35 | 445 | 59.58 | -56.38 | -1.09 | 17.64 | 17.66 |
35~40 | 135 | 84.85 | -59.74 | -3.64 | 23.59 | 23.68 |
40~45 | 23 | 62.67 | -55.10 | -9.58 | 21.72 | 22.21 |
[1] | 唐川, 齐信, 丁军 , 等. 汶川地震高烈度区暴雨滑坡活动的遥感动态分析[J]. 地球科学·中国地质大学学报, 2010,35(2):317-323. |
[ Tang C, Qi X, Ding J , et al. Dynamic analysis on rainfall-induced landslide activity in high seismic intensity areas of the Wenchuan earthquake using remote sensing image[J]. Earth Science — Journal of China University of Geosciences, 2010,35(2):317-323. ] | |
[2] | 陈俊勇 . 对SRTM3和GTOPO30地形数据质量的评估[J]. 武汉大学学报·信息科学版, 2005,30(11):941-944. |
[ Chen J Y . Quality evaluation of topographic data from SRTM3 and GTOPO30[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2005,30(11):941-944.] | |
[3] | Chaieb A, Rebair N, Bouazizb S . Vertical accuracy assessment of SRTM Ver 4.1 and ASTER GDEM Ver 2 using GPS measurements in central west of Tunisia[J]. Journal of Geographic Information System, 2016,8(1):57-64. |
[4] | 郭笑怡, 张洪岩, 张正祥 , 等. ASTER-GDEM与SRTM3数据质量精度对比分析[J]. 遥感技术与应用, 2011(3):75-80. |
[ Guo X Y, Zhang H Y, Zhang Z X , et al. Comparative analysis of ASTER-GDEM and SRTM3 data quality accuracy[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2011(3):75-80. ] | |
[5] | 袁乐先, 李斐, 张胜凯 , 等. 基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析[J]. 冰川冻土, 2015,37(4):946-953. |
[ Yuan L X, Li F, Zhang S K , et al. Comparing the interpolation algorithms and analyzing the accuracy of a digital elevation model of the Antarctic ice sheet based on ICESat data[J]. Journal of Glaciology, 2015,37(4):946-953. ] | |
[6] | 张朝忙, 刘庆生, 刘高焕 , 等. 太湖地区SRTMDEM高程精度质量评价[J]. 测绘科学, 2013,39(3):139-142. |
[ Zhang C M, Liu Q S, Liu G H , et al. Quality evaluation of elevation precision of SRTM DEM in Taihu lake area[J]. Science of Surveying and Mapping, 2013,39(3):139-142. ] | |
[7] | 卢丽君, 张继贤, 王腾 . 一种基于高分辨率雷达影像以及外部DEM辅助的复杂地形制图方法[J]. 测绘学报, 2011(4):61-65. |
[ Lu L J, Zhang J X, Wang T . A DEM mapping method assisted by External DEM with high resolution InSAR data in complex terrain area[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2011(4):61-65. ] | |
[8] | 云烨, 曾琪明, 焦健 , 等. 基于参考DEM的机载InSAR定标方法[J]. 测绘学报, 2014,43(1):74-82. |
[ Yun Y, Zeng Q M, Jiao J , et al. Calibration of Airborne Ihterferometric SAR data based on reference DEM[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2014,43(1):74-82. ] | |
[9] | 杜小平, 郭华东, 范湘涛 , 等. 基于ICESat/GLAS数据的中国典型区域SRTM与ASTER GDEM高程精度评价[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2013(4):229-239. |
[ Du X P, Guo H D, Fan X T , et al. Elevation accuracy evaluation of SRTM and ASTER GDEM in typical regions of China based on ICESat/GLAS data[J]. Earth Science (Journal of China University of Geosciences), 2013(4):229-239. ] | |
[10] | 吴宇鑫, 赵牡丹, 高志远 , 等. 中国3类典型区SRTMGL1和SRTMV4精度对比分析[J]. 水土保持研究, 2019(4):36-42. |
[ Wu Y X, Zhao M D, Gao Z Y , et al. Comparative analysis of the accuracy of SRTMGL1 and SRTM V4 in three typical regions of China[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2019(4):36-42. ] | |
[11] | 万杰, 廖静娟, 许涛 , 等. 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[J]. 国土资源遥感, 2015,27(1):100-105. |
[ Wan J, Liao J J, Xu T , et al. Accuracy evaluation of SRTM data based on ICESat/GLAS altimeter data: A case study in the Tibetan Plateau[J]. Remote Sensing for land and Resources, 2015,27(1):100-105. ] | |
[12] | 沈焕锋, 刘露, 岳林蔚 , 等. 多源DEM融合的高差拟合神经网络方法[J]. 测绘学报, 2018,47(6):854-863. |
[ Shen H F, Liu L, Yue L W , et al. A multi-source DEM fusion method based on elevation difference fitting neural network[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2018,47(6):854-863. ] | |
[13] | Yue L, Shen H, Zhang L , et al. High-quality seamless DEM generation blending SRTM-1,ASTER GDEM v2 and ICESat/GLAS observations[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2017,123:20-34. |
[14] | 田明璐, 常庆瑞, 冯冰凛 . 利用ASTER数据融合的SRTM空值填补方法[J]. 测绘科学, 2012(2):90-91,106. |
[ Tian M L, Chang Q R, Feng B L . SRTM null value filling method using ASTER data fusion[J]. Science of Surveying and Mapping, 2012(2):90-91,106. ] | |
[15] | 孙亮, 严薇, 刘平芝 , 等. 采用小波分析的SRTM DEM与ASTER DEM数据融合[J]. 测绘科学技术学报, 2014(4):388-392. |
[ Sun L, Yan W, Liu P Z , et al. Data fusion of SRTM DEM and ASTER DEM based on wavelet analysis[J]. Journal of Geomatics Science and Technology, 2014(4):388-392. ] | |
[16] | Zhao X, Su Y, Hu T , et al. A global corrected SRTM DEM product for vegetated areas[J]. Remote Sensing Letters, 2018,9(4):393-402. |
[17] | Su Y, Guo Q, Ma Q , et al. SRTM DEM Correction in vegetated mountain areas through the integration of Spaceborne LiDAR, Airborne LiDAR, and Optical Imagery[J]. Remote Sensing, 2015,7(9):11202-11225. |
[18] | 闫业超, 张树文, 岳书平 . 东北川岗地形区SRTM数据质量评价[J]. 中国科学院大学学报, 2008,25(1):41-46. |
[ Yan Y C, Zhang S W, Yue S P . Evaluation of SRTM data quality in area of undulating hills of northeast China[J]. Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, 2008,25(1):41-46. ] | |
[19] | 马龙, 李颖 . 从GTOPO30到SRTM DEM精度研究——以西藏为例[J]. 水土保持通报, 2006,26(5):71-74. |
[ Ma L, Li Y . Study on accuracy of GTOPO30 and SRTM DEM:A case study of Tibet[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2006,26(5):71-74. ] | |
[20] | 孙茜 . SRTM数据精度检测[D]. 西安:长安大学, 2010: 1-51. |
[ Sun Q . SRTM data accuracy detection[D]. Xi'an: Chang'an University, 2010: 1-51. ] | |
[21] | 詹蕾, 汤国安, 杨昕 . SRTM DEM高程精度评价[J]. 地理与地理信息科学, 2010,26(1):34-36. |
[ Zhan L, Tang G A, Yang X . Evaluation of SRTM DEMs′ elevation accuracy[J]. Geography and Geo-information Science, 2010,26(1):34-36. ] | |
[22] | 张锦明, 游雄, 万刚 . DEM插值参数优选的试验研究[J]. 测绘学报, 2014,43(2):178-185. |
[ Zhang J M, You X, Wan G . Experimental research on optimization of DEM interpolation parameters[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2014,43(2):178-185. ] | |
[23] | 赵国松, 杜耘, 凌峰 , 等. ASTER GDEM与SRTM3高程差异影响因素分析[J]. 测绘科学, 2012,37(4):167-170. |
[ Zhao G S, Du Y, Ling F , et al. Analysis of influencing factors on height differences between ASTER GDEM and SRTM3[J]. Science of Surveying and Mapping, 2012,37(4):167-170. ] | |
[24] | Zwally H J, Schutz B, Abdalati W , et al. ICESat's laser measurements of polar ice, atmosphere, ocean, and land[J]. Journal of Geodynamics, 2002,34(3):405-445. |
[25] | 张泉, 杨勤科, 程洁 , 等. 中国地区3″ SRTM高程误差特征[J]. 武汉大学学报·信息科学版, 2018,43(5):685-689. |
[ Zhang Q, Yang Q K, Cheng J , et al. Characteristics of 3″ SRTM errors in China[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018,43(5):685-689. ] | |
[26] | Zong J B, Ye Q H, Tian L D . Recent naimona'Nyi glacier surface elevation changes on the Tibetan plateau based on ICESat/GLAS, SRTM DEM and GPS measurements[J]. Chinese Science Bulletin, 2014,59(21):2108-2118. |
[27] | Zwally H J, Schutz B, Abdalati W , et al. ICESat's laser measurements of polar ice, atmosphere, ocean, and land[J]. Journal of Geodynamics, 2002,34(3):405-445. |
[28] | Yue T X, Wang S H . Adjustment computation of HASM: A high-accuracy and high-speed method[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2010,24(11):1725-1743. |
[29] | Basaran M, Erpul G, Ozcan A U , et al. Spatial information of soil hydraulic conductivity and performance of cokriging over kriging in a semi-arid basin scale[J]. Environmental Earth Sciences, 2011,63(4):827-838. |
[30] | Chatterjee S, Krishna A P, Sharma A P . Geospatial assessment of soil erosion vulnerability at watershed level in some sections of the Upper Subarnarekha river basin, Jharkhand, India[J]. Environmental Earth Sciences, 2013,71(1):357-374. |
[1] | 刘明杰, 徐卓揆, 郜允兵, 杨晶, 潘瑜春, 高秉博, 周艳兵, 周万鹏, 王凌. 基于机器学习的稀疏样本下的土壤有机质估算方法[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(9): 1799-1813. |
[2] | 王艳杰, 王卷乐, 魏海硕, Altansukh Ochir, Davaadorj Davaasuren, Sonomdagva Chonokhuu. 基于稀疏样点的蒙古国产草量估算方法研究[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(9): 1814-1822. |
[3] | 杨艳昭, 郎婷婷, 张超, 贾琨. 基于GIS的“一带一路”地区气温插值方法比较研究[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(4): 867-876. |
[4] | 张永军, 黄星北, 刘欣怡. 一种地形自适应的机载LiDAR点云正则化TPS滤波方法[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(4): 898-908. |
[5] | 赵尚民, 程维明, 蒋经天, 沙文娟. 资源三号卫星DEM数据与全球开放DEM数据的误差对比[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(3): 370-378. |
[6] | 王兴,康俊锋,刘学军,王美珍,张超. 设施农业典型地物改进Faster R-CNN识别方法[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(9): 1444-1454. |
[7] | 左琪琳,赵娜,段红梅. 虚拟站点在黑河流域降水模拟中的应用[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(8): 1218-1226. |
[8] | 王明明, 王卷乐. 基于夜间灯光与土地利用数据的山东省乡镇级人口数据空间化[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(5): 699-709. |
[9] | 宫萌, 吴晓青, 于璐. 1974-2017年山东省大陆海岸围填海动态变化分析[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(12): 1911-1822. |
[10] | 李朝奎, 王宁, 吴柏燕, 方军, 杨文涛, 褚楠. 一种新的ROAM算法及其在地形建模中的应用[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(9): 1209-1215. |
[11] | 张丽丽, 赵明伟, 赵娜, 岳天祥. 基于OCO-2卫星观测模拟高精度XCO2的空间分布[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(9): 1316-1326. |
[12] | 杨明远, 刘海砚, 季晓林, 郭文月, 陈思雯. 面向稀疏散布数据集的时空Kriging优化[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(4): 505-514. |
[13] | 崔晓临, 程贇, 张露, 卫晓庆. 基于DEM修正的MODIS地表温度产品空间插值[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(12): 1768-1776. |
[14] | 牛腾, 岳德鹏, 李倩, 于强, 于佳鑫, 方敏哲. 基于GLM-PSO-coKriging模型的地表形变研究[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(11): 1579-1591. |
[15] | 王金传, 谭喜成, 王召海, 钟燕飞, 董华萍, 周松涛, 成布怡. 基于Faster R-CNN深度网络的遥感影像目标识别 方法研究[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(10): 1500-1508. |
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