数字地形分析：[5]DEM数据准备

DEM精度控制

通过DEM获得的地形参数与对象的精度与多个因素有关:

1)地表粗糙度;

2)取样密度

3)格网分辨率

4)DEM格网算法

5)地形分析类型

上面提及的五方面除了地表粗糙度无法控制外,其他因素都可以控制。当然,弱国DEM本身精度不高,即使地形分析采用的算法很好,也无法获得理想的结果。因此,在地形分析前进行DEM预处理是保证分析结果的必要手段。原则上,任何预处理都有三个主要目标:1)去除人为误差;2)对地形做更好的估计;3)对水文/生态演变过程做更好的模拟。许多研究者想要通过在野外实测地表的一系列简单基础的地形参数来评估算法提取出的地表参数的准确性,然而,地表参数的真值实际上很难获取到,主要的原因即是尺度。

DEM误差类型与DEM差分

DEM误差类型可分为:1)人为误差;2)系统误差;3)随机误差与噪声。

不同数据源中的特定误差类型

1 从等高线中获取的DEM

空间将采样以及地形综合是从等高线中获取的DEM中存在的最大问题。研究区域的不同区域等高线密度通常不同,因此等高线数据对插值算法相当敏感。该方法存在的另一个主要问题是:大量高程值被综合了,这使得最终得到的DEM表面不能反映真实的地表粗糙度。

2 基于测量仪获得的DEM

利用测量仪器同样存在一系列的问题,如车载GPS的观测数据与车辆行驶的区域情况有很强的相关性,通常平坦地区的观测数据较密,而坡度较大区域或不宜到达的区域采样则很稀疏。

3 基于机载扫描设备获得的DEM

基于机载扫描设备获得的DEM通常采样密度高且较为规则。然而该类方法主要存在两个问题:空白区域需要寻求适当的算法进行填补,如有云的区域;大量非地形要素被作为地形要素进行了记录:如大量的建筑物以及树木等被作为山体进行了观测。

DEM误差的定量描述

有大量方法可以定量化描述DEM误差,其中一个常用的标准方法是在垂直面上列举高程误差值,误差值通过均方根误差公示RMSE计算得到。图1为不同测量技术的均方根误差与价格(单位面积)之间的变化关系。

图 1不同测量技术的均方根误差与价格(单位面积)的关系

真正的地形分析精度仅能通过测量地表参数与对象来评估,如测量水文线、地貌、视域等,接着在地形分析结果中对比它们的形状、分布、位置等。