全球公眾數(shù)據(jù)資源ASTER GDEM的應用研究

張濤

(河南省測繪工程院,河南 鄭州 450003)

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全球公眾數(shù)據(jù)資源ASTER GDEM的應用研究

張濤

(河南省測繪工程院,河南 鄭州 450003)

本文利用美國太空總署(NASA)對外公布的全球公眾數(shù)據(jù)資源ASTERGDEM(星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)進行了實踐性處理和研究,并對其精度進行統(tǒng)計驗證。

ASTER GDEM;SRTM

1 背景概述

數(shù)字高程模型在“4D”產(chǎn)品中具有重要的地位,對于遙感影像的數(shù)據(jù)處理至關重要。當前對于全球數(shù)字高程模型(GDEM)數(shù)據(jù)資源,容易搜集并且比較經(jīng)典的全球公眾數(shù)據(jù)資源是SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)系統(tǒng)制作的SRTM3 DEM和ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)。

2000年2月11日,美國發(fā)射的“奮進”號航天飛機上搭載SRTM系統(tǒng),獲取北緯60。至南緯60。之間總面積超過1.19億平方公里的雷達影像數(shù)據(jù),覆蓋地球80%以上的陸地表面。經(jīng)過兩年多的數(shù)據(jù)處理,制成了數(shù)字地形高程模型(DEM),即現(xiàn)在的SRTM地形產(chǎn)品數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)產(chǎn)品2003年開始公開發(fā)布,經(jīng)歷多次修訂。SRTM地形數(shù)據(jù)按精度可以分為SRTM1和SRTM3,分別對應的分辨率精度為30m和90m數(shù)據(jù)(目前公開數(shù)據(jù)為90m分辨率的數(shù)據(jù),30m數(shù)據(jù)暫時保密)［1］。

ASTERGDEM,即先進星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型,與SRTM一樣為數(shù)字高程DEM,其全球空間分辨率為1s(約30m),垂直精度20m。該數(shù)據(jù)是根據(jù)NASA的新一代對地觀測衛(wèi)星Terra的詳盡觀測結果制作完成的。其數(shù)據(jù)覆蓋范圍為北緯83。到南緯83。之間的所有陸地區(qū)域,達到了地球陸地表面的99%。目前共有兩版,第一版于2009年公布,第二版于2011年10月公布。華盛頓美國宇航局總部的科學家伍迪一特納說：“ASTER全球數(shù)字高程模型目前已經(jīng)是世界上最完善、最可靠的全球地形圖?！奔永Ｄ醽喼菖了_迪納美國宇航局噴氣推進實驗室的ASTER科研組負責人麥克一埃布拉姆說：“它的這個更新版為民用用戶提供了最清晰的全球地形數(shù)據(jù)。但是美國宇航局同時也發(fā)出警告說,圖里可能偶爾會出現(xiàn)“一些異?！保?］。

本文將對公眾數(shù)據(jù)資源ASTERGDEM第二版本中某地大區(qū)域范圍內數(shù)字高程模型進行實踐性處理和應用研究。

2 ASTER GDEM具體處理實踐流程

2.1 ASTER GDEM數(shù)據(jù)處理方法

2.1.1 按照研究對象區(qū)域的經(jīng)緯度范圍下載數(shù)據(jù)資源

由于ASTER GDEM數(shù)據(jù)是按照WGS84坐標系統(tǒng)進行平面坐標定義的,網(wǎng)絡資源是按1?！?。分片組織發(fā)布的,在網(wǎng)絡上下載數(shù)據(jù)資源之前需要明確下載對象區(qū)域的WGS84橢球下的經(jīng)緯度范圍參數(shù),然后在下載網(wǎng)站上輸入相應的范圍參數(shù)即可進行數(shù)據(jù)資源的下載。

圖1 ASTER GDEM資源網(wǎng)絡下載查詢界面

2.1.2 將下載下來的DEM數(shù)據(jù)解壓縮并進行格式轉換

將下載下的分片數(shù)據(jù)進行解壓縮后每個GDEM分片包含兩個文件,一個數(shù)字高程模型(DEM)文件和一個質量評估(QA)文件。每個數(shù)據(jù)文件的文件名根據(jù)分片幾何中心左下(西南)角的經(jīng)緯度產(chǎn)生。例如,ASTGTM_N40E116文件的左下角坐標是北緯40。,東經(jīng)116。。ASTGTM_N40E116_dem和ASTGTM_N40E116_num對應的分別是數(shù)字高程模型(DEM)和質量控制(QA)的數(shù)據(jù)。DEM格式為GeoTIFF,參考大地水準面WGS84/EGM96,地理坐標為地理經(jīng)緯度坐標,地面分辨率為1弧度秒(約30m),無效像素值為一9999,海平面數(shù)據(jù)為0,每片尺寸3601像素x3601像素(1。x1。)。

2.1.3 利用ERDAS將格式轉換后的按經(jīng)緯度分塊的DEM數(shù)據(jù)進行鑲嵌拼接

將解壓縮后(1。x1。)分片的DEM,利用ERDAS數(shù)據(jù)導入導出功能將GeoTIFF格式DEM批量格式轉換為ERDAS單精度浮點型*img格式,然后利用MOSAIC TOOL工具進行拼接,形成滿覆蓋研究對象區(qū)域的整塊DEM數(shù)據(jù)。

圖2 ASTER GDEM研究對象滿覆蓋結果

2.1.4 空間坐標系統(tǒng)轉換

平面坐標轉換：利用已知的WGS84橢球對IAG75橢球近似轉換七參數(shù),依據(jù)七參數(shù)模型進行平面坐標轉換。

具體模型表達如下：“7參數(shù)”法(參心平移量：ΔX、Δ Y、ΔY；尺度比：M；坐標旋轉量：ωX、ωY、ωZ)

設WGS84和西安80坐標系間(或北京54坐標系)有七個轉換參數(shù)一3個平移參數(shù)、3個旋轉參數(shù)和1個尺度參數(shù)。

由WGS84坐標系轉換到西安80坐標系(或北京54坐標系)的轉換關系為：

其中：

該區(qū)域的橢球轉換ΔX、ΔY、ΔY；M；ωX、ωY、ωZ7項參數(shù)。

高程值轉換:利用似大地水準面精化成果進行高程異常值改正。

先依據(jù)GDEM上的每個格網(wǎng)點的平面經(jīng)緯度在高程異常值格網(wǎng)模型上進行雙線性內插得到某點的高程異常改正值,再通過“正常高=橢球高+高程異常改正數(shù)”公式得到新規(guī)劃的DEM格網(wǎng)點上的新的高程值。

圖3 研究對象區(qū)域異常值改正格網(wǎng)模型數(shù)據(jù)

圖4 研究對象區(qū)域geoid數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)精度評價

評價方法：利用均勻分布的已知點平面位置在數(shù)字高程模型上利用雙線性內插出高程值,然后與已知的高程值進行比較,進行統(tǒng)計評價精度。對四個地形類別不同區(qū)域進行精度評價。

區(qū)域一：檢測總點數(shù)301

中誤差：4.949

圖5 區(qū)域―誤差分布表

區(qū)域二：檢測總點數(shù)：277

中誤差：5.845

圖6 區(qū)域二誤差分布表

區(qū)域三：檢測總點數(shù)300

中誤差：5.679

圖7 區(qū)域三誤差分布表

區(qū)域四：檢測總點數(shù)200

中誤差：5.725

圖8 區(qū)域四誤差分布表

所以利用ASTERGDEM制作的30m*30m數(shù)字高程格網(wǎng)模型,插值精度中誤差在5～10m之內,通過樣本誤差分析,發(fā)現(xiàn)ASTERGDEM中存在粗差,這種粗差的存在與NASA發(fā)布數(shù)據(jù)時候的警告是相呼應的。事實表明“偶爾會出現(xiàn)一些異常”現(xiàn)象也是客觀存在的?？赡苁且驗樵摂?shù)據(jù)包含了高于地表的附屬構筑物的高度信息。在實際應用的過程中可以進行基于統(tǒng)計的濾波處理,以減少粗差。

3 結語

結合上述的實踐工作,可以得到以下結論：

①試驗區(qū)域內ASTERGDEM數(shù)據(jù)資源存在一定的數(shù)據(jù)精度和較好的質量統(tǒng)一性,但使用前必須針對具體區(qū)域進行合適的處理和坐標規(guī)劃。

②在滿足一定的數(shù)據(jù)精度規(guī)范要求下,可以利用ASTERGDEM這一公眾資源來輔助地理信息從業(yè)者的技術設計工作和區(qū)域研究工作。

［1］吳建強,王贅祥,楊峪,等.玲瓏山及其周邊地區(qū)SRTM3和ASTERGDEM高程精度評價［J］.資源開發(fā)與市場,2014 (02):72一77.

［2］昌小莉,周楊,羅明良.基于ASTERGDEM的延河流域水系提取及面積高程積分研究［J］.資源開發(fā)與市場, 2014,30(12):1475一1477.

APPlication Analysis of Global Public Data Resources ASTER GDEM

Zhang Tao
(Henan Institute of Surveying and Mapping,Zhengzhou Henan 450003)

Based on the global public data resources ASTER GDEM(space borne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model)data publicly announced by the USA space agency(NASA),this paper conducted practical processing and research,and carried out statistical validation on its accuracy.

ASTER GDEM;SRTM

P208

A

1003一5168(2015)07一0001一3

2015一6一5

張濤(1983一),男,本科,注冊測繪師,研究方向:攝影測量與遙感。