摘 要

本篇论文是根据中国的1：50000 DEM的地理数据，随机选择四个样本区域，包括长武、甘泉、延川和佳县来进行ASTER GDEM的误差分析和一些相关的建模。例如坡度坡向、地形指数、土地利用类型等参数会影响ASTER GDEM高程数据的精确度。实验结果显示，对于ASTER GDEM高程数据，坡度有更大的影响，且坡度越大，ASTER GDEM实际数据和参考ASTER GDEM数据相比之下。显示出DEM之间的高程差值较大；不同的坡向对ASTER GDEM没有什么影响，而且不同方向显示的误差也并不是那么大，它们的一致性也不明显.ASTER GDEM精度与地面指数有一定的关联，地面耐用性指数、地形位置指数和ASTER GDEM的之间的差异也是相关的。在林地、灌木和草原地区，高程误差大与其他地区的高程误差。最终我得到的高程误差关于坡度坡向和地形位置指数的多元回归模型为: Diff= 9.996584313 0.044222427slope 0.001290677aspect -1.253384928tpi -0.181341464*slope

关键词:ASTER GDEM 误差分析 建模

Error Analysis and Modeling of ASTER GDEM

Absrtact

This paper is based on the geographical data of 1:50000 DEM in China, and selects four sample regions randomly, including Changwu, Ganquan, Yanchuan and Jia county to carry out the error analysis of ASTER GDEM and some related modeling. For example, parameters such as slope aspect, terrain index, land use type and forest coverage will affect the accuracy of ASTER GDEM elevation data. The experimental results show that the slope has a greater impact on the elevation data of ASTER GDEM, and the greater the gradient, the actual data of ASTER GDEM and the reference ASTER GDEM data are compared. The elevation difference between DEM is larger; different slope directions have no effect on ASTER GDEM, and the errors in different directions are not so large, and their consistency is not obviously associated with the.ASTER GDEM accuracy with the ground index, the ground durability index, the topographic position index and the ASTER GDEM. The difference is also related. In woodland, shrub and grassland area, the height error is large and the elevation error is the same in other areas. Finally, I got the multiple regression model of elevation error about slope aspect and terrain position index: Diff= 9.996584313 0.044222427slope 0.001290677aspect -1.253384928tpi -0.181341464*slope

Key Words:ASTER GDEM;error analysis;modeling

目录

摘 要 Ⅰ

Absrtact  Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1. 研究内容 1

1.2. 研究意义 2

1.2.1. 研究背景 2

1.2.2. 国内外研究现状 2

1.2.3. 问题提出 2

1.3. 研究方法 3

1.3.1. 数据获得与样区选取 3

1.3.2. 研究方法与流程 4

第二章 ASTER GDEM 高程数据误差分析 5

2.1. 高程差异 5

2.2. 误差描述 5

2.3. 中误差计算 6

2.4. 误差分布规律 7

第三章ASTER GDEM 误差分析和建模 9

3.1. 坡面因素分析 9

3.1.1. 坡度分析 9

3.1.2. 坡向分析 10

3.2. 地形指数分析 11

3.3. 土地覆盖类型分析 12

3.4. 误差建模 13

第四章 总结 15

4.1. 研究结论 15

4.2. 仍存在的问题与展望 16

参考文献 17

致谢 18

第一章 绪论

研究内容

当今世界下，有很多种类的勘探技术，相比之下遥感还是属于比较新兴的一门技术。遥感多年来用于地质研究。美国、俄罗斯、加拿大、日本、印度和中国自美国航天局今年发射LAN号卫星以来，已经建立了自己的遥感系统。所有这些系统提供宝贵的数据和图像，这些宝贵的数据和图像都来自于地球空间。如此之多的遥感数据很难选择，对于遥感地质学家来说，研究时选择遥感数据要考虑的问题大体上包括:对于需要解决的问题而言当前选择的遥感数据是否适合？所选遥感数据的价格和分辨率如何？数据来源是哪？可靠度如何？ASTER GDEM，即先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型^【1】。ASTER GDEM数据是根据不断分析总结然后对ATERGEM数据进行了补充的结果。1999年12月发射的Terra卫星搭载了“地球探测器”(经济、贸易和工业部)通过它的纵向成像传感器和画面获得立体图像。它的空间分辨率是15×15m，所以ASTER图片都有着4200行×4100列，这意味着地球上60×60km公里的地面面积。ASTER GDEM是一种完全自动化的方法来处理所有的ASTER图像。这个过程包括:(1)通过立体测量，在独立场景下产生大量的ASTER数据;(2)进行异常值的检测和相应的修复工作，通过计算出所选区域的数据的平均水平，得到相应的ASTER GDEM区域的像素值;(3)在修正了剩余异常数据并将其以1°×1°的纬度和经度分片后，生成了最初版本的产品数据。ASTER数据几乎覆盖了除了南北极之外的所有区域，可以这么说，地球表面99%的范围都被囊括在内。ASTER数据的空间分辨率约为30米。总而言之， ASTER GDEM的垂直精度约为20米。与此同时,作为最初版本的数据ASTER GDEM,它并不是很完美，还是存在一些缺点:⑴云层,如果有闭合云层和任何其他遮挡,这就可能造成测量延时，最终得到明确的误差值。(2)有差异的初始数字高程值的影响:ASTER GDEM的值是由大量初始数字高程值通过取得其平均值而获取。不同区域的初始数字高程数据是不同的，这表明这些区域的边界，如直线、凹陷、凸起或其他不同寻常的几何形状，影响了当地地区数据的准确性和应用^【2】。

这一次的毕业设计，本人要对ASTER GDEM 高程数据进行研究，包括ASTER GDEM 高程数据的误差分析和建模。实际上就是寻找影响ASTER GDEM 高程数据误差的因素，并进行相应的分析。

研究意义

研究背景

SRTM3和ASTER GDEM这两种数字高程数据对科学研究有着巨大影响。目前，SRTM3和ASTER GDEM数据正广泛应用于各种已知领域，SRTM3优于1:250000的地图数据，而ASTER GDEM数据比SRTM3还要优秀。基于其几乎覆盖全球和分辨率很高这两点。这两种数据的问世给测量和制图领域带来了诸多便利，并对不同国家的地理信息安全和空间数据以及测量和制图人员带来了前所未有的挑战。如何维护国家和地区地理空间信息的安全，是今天和未来的重要议题^【8】。

国内外研究现状

全球范围内，SRTM3DEM和ASTER GDEM这两种数据正快速稳定地代替以前常用的数据来源,成为各国科学技术研究和广大领域的主体数据。但是我国却相对落后，还没有全球范围的SRTM3DEM和ASTER GDEM数据研究成果问世^【3】。作为高分辨率的全球性质的DEM数据, ASTER GDEM在地球科学中是非常重要的。目前，它主要用于水利土地管理、工程开发、地质评价和灾害评估等。而且最重要的是ASTER GDEM是可以免费获得的^【4】。在水文方面，SRTM3DEM和ASTER GDEM可以反映出河流周围的基础地形和地貌，分析出其分布规律和特征特点。并有助于获得大量的流域地形和水文数据。方便对河流流域的了解，这是对地形分析和流域水文模拟的良好数据来源^【5】。技术开发方面,Shengjun Zhu对比和分析过去已经存在的数据如平原、水系、草原、森林、山区等典型地形,总结出ASTER GDEM可以发挥良好作用在招标修建石油勘探和开展工程建设方面^【6】。DEM被广泛用于地质和灾害评估研究。通过从ASTER GDEM提取现场信息，王雪娜等人建立了地形点以及地形和地貌之间的关系。对于深入研究这场灾难的原因，是非常重要的^【7】。

问题提出

第一步，由于在进行数据采集分析过程中存在一些天然的影响和人为的影响，比如植被高度过高对数据产生了影响，或者是人为建造的高楼也会产生影响。因此我们必须对ASTER GDEM高程模型进行适用标准和范围的评判，对其做深入讨论和研究。

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