天气转凉了,心情也随之平静了。呼~~~
刚刚有个朋友在做坡度方面的分析,刚好在地形方面有一点点的经验,在此做一下总结。
做地形分析其实有很多种方法,市场上比较普遍的是实地测绘和雷达影像数据解译,前者要花费大量人力和财力,后者的难度系数偏高,介于此,这里只说一下利用网上现有的DEM数据所做的地形分析。
目前,我们用的比较多的应该是ASTER GDEM和SRTM DEM两种,前者空间分辨率为30m,后者空间分辨率包括30m和90m,但是30m的数据现在还没有共享,当然还有一些其他的数字高程数据,它们在空间分辨率和覆盖范围等方面不具备优势。
对于上述提高的两种主要DEM数据,很多数据共享网站所提供的不同版本均是基于它们所进行的“升级”,所以,归根结底,我们常用的30m×30m的DEM属于ASTER GDEM类,90m×90m的DEM属于SRTM DEM类。(如果利用空间数据处理的方式修改数据的分辨率的话,那本质上是没有变化的)
好,接下来进入本文的主题,那么什么时候选取SRTM DEM,什么时候选取ASTER GDEM呢?
SRTM DEM(90m)的介绍如下。
来源:雷达影像垂直轨道法。产自航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission),这次航天测绘以地心坐标系为基础采集数据,其传感器、处理方法、影像分辨率、采集时间都是一致的,因此,它第一次解决了陆、海以及世界各地之间地形数据的统一问题,但受到阴影效应影响产生许多资料空缺点。(目前最新共享的数据经过新的插值技术矫正后,很多数据空洞已经很好地进行了填补)
每个SRTM数据文件覆盖5度(经度)×5度(纬度)的地区,高程基准是EGM96的大地水准面,平面基准是WGS-84椭球,标称绝对高程精度是±16m,标称绝对平面精度是±20m。SRTM的数据是用16位的数值表示高程数值的(-/+/32767m),最大的正高程9000米,负高程为海平面以下12000米,观测角度为55°,取值为整米。
优点:SRTM地形数据的采集以地心坐标系为基础的数据,其传感器、处理方法、影像分辨率、采集时间一致,解决了陆、海以及世界各地之间地形数据的统一问题。
缺点:①由于雷达侧视的几何特征以及航天飞机轨道设计等因素的影响,SRTM地形数据在水域、高山区和峡谷地区的质量不好,在局部地区有或大或小的空洞,即有小块的数据空缺点、空白区。此外还有不少置信度很差的地块,主要分布在上述数据区的面积较大的水域,或在起伏很大、很狭、很深的峡谷和高山地区的边缘区域。这类地区的数据量约占SRTM-3数据总量的0.23%。②由于雷达的扫描特性, SRTM-3的数据集是一种数字地表高程模型(DSM),如树顶、房顶等,不是数字地面高程模型。所以SRTM-3在某些地区和实际的DEM之差往往不是一种偶然性误差,而是与该地区中地物特性有关的一种系统偏差。因此在密集的森林植被区和居民聚集区,SRTM-3的数据减去实际的DEM呈现为正值,而在冰雪覆盖地区,SRTM的雷达波具有一定的穿透能力,这时的SRTM-3的减去实际的DEM则呈现为负值。
ASTER GDEM的介绍如下。
来源:立体像对获取DEM。ASTER传感器(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection radiometer先进星载热发射和反辐射计)搜集的130 万个立体图像。ASTER GDEM的垂直精度达20米(置信度为95%),水平精度达30米,
优点:覆盖范围广。ASTER测绘数据覆盖范围为北纬83°到南纬83°之间的所有陆地区域,比以往任何地形图都要广得多,达到了地球陆地表面的99%。此前,最完整的地形数据是由NASA 的航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)提供的,此项任务对位于北纬60°和南纬57°间地球80%的陆地进行了测绘。
缺点:由于云的影响,在某些地区,尤其是在一些重复数据较少的区域,如果有云遮挡,又没有替代数据,就可能会产生明显的异常值。边界堆叠会导致GDEM 数据显示为直线,坑,隆起,大坝或其他异常的几何形状,影响局部地区数据的精度和使用。同时,没有进行内陆水域掩蔽,导致绝大多数的内陆湖泊高程并不稳定,因此利用ASTER GDEM 数据不能提取水体分布信息。也就是说,局部地区存在误差的可能性很大。
其实,我更倾向于90m的srtm dem数据,空间分辨率是一个很重要的参数,但它不是决定产品质量好快甚至高低的决定因素,反而数据来源是个重要因素,雷达测量相对立体像对来说,更适合地表地形的获取。
目前,很多文献在二者在各种地理空间区域和应用目标两个方向上,对数据精度进行了仔细的比较和分析,成果很丰富,在这里不一一列举,或者可以看看最下面的文献,总的来说,大多数人认为二者必须要结合使用,对于这点,我是赞同的。
回归到朋友的具体问题上。下面是以四川省的DEM为例。
下面上图是四川省的srtm dem数据,下图是aster gdem数据。整体来看,差异不大。
对比一下细节。上图是srtm dem数据的细节,下图是aster gdem数据的细节。后者细节信息更多一些。
数据上的比较,随机选取几十个点。红色线为aster gdem数据黑色线为srtm dem数据。二者相同位置上的高程值差异还是很明显的。差值在-73m~113m之间。
相关文献:
赖子铭,史天元.美国太空梭干涉雷达欧亚高程资料初探[J] .地籍测量,民国93年9月,23(3):36-51.
南希,李爱农,边金虎,张正健. 典型山区SRTM3与ASTER GDEM数据精度对比分析——以青藏高原东麓深切河谷区为例[J]. 地球信息科学学报,2015,(01):91-98.
赵国松,杜耘,凌峰,李晓冬. ASTER GDEM与SRTM3高程差异影响因素分析[J]. 测绘科学,2012,(04):167-170.
郭笑怡,张洪岩,张正祥,侯光雷,赵建军. ASTER-GDEM与SRTM3数据质量精度对比分析[J]. 遥感技术与应用,2011,(03):334-339.