重采樣方法對(duì)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響

王 雷, 龍永清, 楊勤科

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710127; 2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊陵 712100)

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重采樣方法對(duì)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響

王 雷1,2, 龍永清1, 楊勤科1,2

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710127; 2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊陵 712100)

[目的] 針對(duì)在數(shù)字地形分析的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，利用重采樣方法得到的DEM數(shù)據(jù)精度，旨在分析不同的重采樣方法對(duì)所獲得的DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。 [方法] 從數(shù)據(jù)誤差的角度，以陜西省綏德縣窯家灣溝流域的以全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量得到的DEM數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，計(jì)算并比較利用重采樣方法得到的DEM的數(shù)據(jù)誤差。 [結(jié)果] 無(wú)論采用何種重采樣方法，得到DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量均未得到提高，其高程誤差的空間分布與重采樣方法相關(guān)，地形變化劇烈的地方，誤差較大；中誤差的大小則取決于重采樣方法與原始格網(wǎng)尺寸。 [結(jié)論] 最近鄰法得到的重采樣DEM數(shù)據(jù)的中誤差最高，三次立方卷積法的最小，雙線性內(nèi)插法則略高于三次立方卷積法。

數(shù)字高程模型; 重采樣; 中誤差

文獻(xiàn)參數(shù)： 王雷, 龍永清, 楊勤科.重采樣方法對(duì)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響[J].水土保持通報(bào)，2016,36(4)：72-77.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.013

重采樣方法是一種重要的柵格數(shù)據(jù)處理方法，在遙感數(shù)字圖像處理和地理空間分析中都有著廣泛的應(yīng)用。在基于數(shù)字高程模型(DEM)的數(shù)字地形分析及與地形相關(guān)的空間分析(如水文，光照模擬等)當(dāng)中，重采樣方法常常被用來(lái)改變DEM的數(shù)據(jù)格網(wǎng)尺寸，獲取新的格網(wǎng)尺寸的DEM，用以討論尺度變化對(duì)分析結(jié)果的影響[1-7]。盡管重采樣方法在基于DEM的空間分析中廣泛得到應(yīng)用，但這種方法對(duì)于DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析結(jié)果的影響并未得到充分的重視。Dixson和Earls[7]就指出，如果缺乏對(duì)重采樣方法的正確理解，那么模型分析的結(jié)果就缺乏實(shí)踐意義。對(duì)于這一問(wèn)題，一些研究者也從不同角度對(duì)重采樣方法對(duì)地形分析的結(jié)果的影響進(jìn)行討論。陳永剛等[8]分析了最近鄰法，雙線性內(nèi)插和三次立方卷積3種重采樣方法的誤差的空間分布特征，以及采樣方法和坡度對(duì)重采樣誤差的影響，認(rèn)為雙線性內(nèi)插和三次立方卷積差異并不顯著，且優(yōu)于最近鄰法；茍衛(wèi)濤等[9]在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，分析了使用重采樣方法進(jìn)行格網(wǎng)起算點(diǎn)位置平移時(shí)的精度損失，認(rèn)為需要根據(jù)不同地形類別具體選擇不同的重采樣方法；王宇等[10]則討論了使用重采樣后的DEM提取的坡度，剖面曲率的信息損失。Dixson和Earls[7]在討論重采樣方法對(duì)于SWAT模型模擬結(jié)果的影響分析中得出，重采樣方法得到的DEM與具有相同格網(wǎng)尺寸，但是直接獲取的原始DEM的模擬結(jié)果具有較大的差異，并指出重采樣前的原始分辨率的DEM的影響，無(wú)法通過(guò)重采樣的方法抵消。在具體應(yīng)用當(dāng)中，出于研究目標(biāo)的差異，用重采樣方法改變DEM格網(wǎng)尺寸，既有從精細(xì)的小格網(wǎng)尺寸向較粗的大格網(wǎng)尺寸轉(zhuǎn)變的(Upscaling)做法[1,4-6]；也有反過(guò)來(lái)從大格網(wǎng)尺寸向小格網(wǎng)尺寸轉(zhuǎn)變的(Downscaling)[2-3]；甚至有二者兼有的[7]。對(duì)于第一種做法，Usery[6]，Dixson和Earls等[7]在其研究中都已指出，隨著格網(wǎng)尺寸的增大(分辨率降低)，DEM的質(zhì)量下降，模型輸出結(jié)果可靠性降低。陳楠[1]、吳險(xiǎn)峰[4]、張勇[5]、王宇[10]等研究結(jié)果也基本上符合這一結(jié)論[1,4-5,10]。在實(shí)際應(yīng)用中采用第二種做法，即通過(guò)重采樣方法降低DEM格網(wǎng)尺寸，往往是為了使DEM數(shù)據(jù)與其他柵格數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸一致[2-3]，但這種做法會(huì)對(duì)DEM的質(zhì)量及模擬結(jié)果產(chǎn)生的何種影響考慮較少。另一方面，在具體采用哪種重采樣方法的問(wèn)題上，不同的研究者的結(jié)論也不盡相同[8,11]。為了能夠更好地理解重采樣方法對(duì)于DEM數(shù)據(jù)的影響，本研究希望能夠從數(shù)據(jù)誤差的角度，以全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的方法獲取的高精度的DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析在利用重采樣方法降低格網(wǎng)尺寸的過(guò)程中，原始DEM數(shù)據(jù)會(huì)如何改變，并會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果造成怎樣的影響。

1　研究區(qū)域與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1研究區(qū)域

研究區(qū)域位于陜西省綏德縣城西北的清水溝流域，主要包括該流域的3個(gè)子流域。窯家灣溝的全部、東西兩側(cè)的野狐子溝和折家峁溝的大部分，總面積約1.9 km2，最大高程差約為203 m。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，僅在梁峁頂部相對(duì)平緩，大部分梁峁頂部修筑有梯田，并有少量坡耕地。在3個(gè)溝道內(nèi)發(fā)育有各種規(guī)模沖溝，切溝、淺溝等。侵蝕強(qiáng)烈，溝坡陡峭，其中坡度大于25°以上的面積約占試驗(yàn)區(qū)總面積的66.1%，根據(jù)現(xiàn)行航測(cè)規(guī)范GB/T7931-2008和GB/T7930-2008的規(guī)定[12-13]，屬于高山地地形類別。

1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是利用19幅航攝比例尺為1∶4 000，掃描分辨率為25 μm，地面分辨率約為0.1 m的彩色航攝像片，采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的方法得到的比例尺1∶1 000，1 m格網(wǎng)尺寸的DEM。在航攝外業(yè)控制測(cè)量過(guò)程中及精度要求依據(jù)GB/T7931-2008[12]，采用GPS-RTK方式，采用全野外布點(diǎn)方式布設(shè)并測(cè)量了49個(gè)像控點(diǎn)/平高控制點(diǎn)；在航攝內(nèi)業(yè)加密建模之后，進(jìn)行矢量地形數(shù)據(jù)采集，包括等高線，地形特征線，特征點(diǎn)?；镜雀呔酁? m，內(nèi)業(yè)作業(yè)依據(jù)為GB/T7930-2008[13]。保證每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)均切準(zhǔn)于立體模型，按點(diǎn)編輯模式采集DEM格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)，格網(wǎng)尺寸為1 m，格網(wǎng)點(diǎn)高程精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。為保證數(shù)據(jù)精度，實(shí)際DEM生產(chǎn)精度要求按CH/T9008.2-2010中山地一級(jí)DEM數(shù)據(jù)精度要求執(zhí)行[14]。

2　研究方法

2.1基準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取

為了能夠研究重采樣方法在改變DEM格網(wǎng)尺寸過(guò)程中的影響，首先要獲取一組具有不同格網(wǎng)尺寸的DEM數(shù)據(jù)，用以作為基準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù)，而這一組數(shù)據(jù)不能由重采樣方法生成。具體做法為：對(duì)利用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量得到的研究區(qū)1 m格網(wǎng)尺寸的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行直接抽稀采樣，即按一定的間距從1 m的DEM數(shù)據(jù)上提取各種格網(wǎng)尺寸的格網(wǎng)高程數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于直接從立體模型上按一定格網(wǎng)間距量測(cè)生成不同格網(wǎng)的DEM數(shù)據(jù)。這一組數(shù)據(jù)全部來(lái)自于立體量測(cè)模型，其數(shù)據(jù)不包含DEM內(nèi)插方法帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，僅包含測(cè)量誤差(因本研究討論重采樣方法的影響，將測(cè)量誤差忽略不計(jì))，可將其視為基準(zhǔn)值。按照上述方法，先按1 m間隔遞增，得到格網(wǎng)尺寸從1～10 m的DEM數(shù)據(jù)10個(gè)，然后按照5 m間隔遞增，得到格網(wǎng)尺寸從15～100 m的DEM數(shù)據(jù)18個(gè)，總共得到基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)28個(gè)。

2.2依據(jù)尺度比率重采樣

在上述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)按一定的尺度比率進(jìn)行縮小及放大重采樣。共定義2組共18種尺度比率，一組為縮小尺度：1/10，1/9，1/8，1/7，1/6，1/5，1/4，1/3，1/2；另一組為放大尺度：2，3，4，5，6，7，8，9，10。根據(jù)上述尺度比率對(duì)急轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣。如對(duì)100 m格網(wǎng)尺寸的DEM，可以按1/2的尺度比率縮小，即重采樣為50 m的DEM；也可根據(jù)1/5的尺度比率縮小，重采樣得到20 m的DEM。尺度放大過(guò)程與之類似。由于要將重采樣數(shù)據(jù)系列與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，因此不是每個(gè)數(shù)據(jù)都能按上述尺度比率縮小或放大。如10 m尺寸的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，按1/3的比率縮小或按1/4的比率縮小，格網(wǎng)尺寸為約3.33和2.5 m，在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)系列里沒(méi)有對(duì)應(yīng)尺寸的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于10 m尺寸數(shù)據(jù)縮小的格網(wǎng)尺寸話，只能使用1/2，1/5，1/10這3種尺度比率，而對(duì)于10 m數(shù)據(jù)放大格網(wǎng)尺寸的話，則可從使用全部放大尺度。

在按尺度比率進(jìn)行重采樣時(shí)，利用ArcGIS軟件提供的3種主要的重采樣方法：最近鄰法(Nearest)，雙線性內(nèi)插(Bilinear)和三次立方卷積方法。這樣每一個(gè)基準(zhǔn)DEM在按一定尺度比率重采樣到一定的格網(wǎng)尺寸時(shí)，都會(huì)得到3個(gè)對(duì)應(yīng)的重采樣DEM。按照上述方法，一共提取了按照不同重采樣方法得到的不同格網(wǎng)尺寸的重采樣DEM數(shù)據(jù)390個(gè)(每種重采樣方法放大及縮小各65個(gè))。

2.3重采樣數(shù)據(jù)的誤差計(jì)算

在獲取上述重采樣數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以利用柵格計(jì)算的方法，將重采樣得到的DEM數(shù)據(jù)，減去對(duì)應(yīng)的與其具有相同格網(wǎng)尺寸的基準(zhǔn)DEM，即可得到重采樣DEM在該格網(wǎng)尺寸水平上每一格網(wǎng)的誤差值及其空間分布。即：誤差DEM =重采樣DEM-基準(zhǔn)DEM。共計(jì)得到390個(gè)DEM誤差數(shù)據(jù)。在誤差DEM的基礎(chǔ)上，為了能夠進(jìn)一步評(píng)判重采樣后的DEM數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量，可利用我國(guó)目前評(píng)價(jià)DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要方法，即計(jì)算重采樣DEM數(shù)據(jù)中誤差(RMSE)。中誤差計(jì)算公式為：

(1)

式中：ZK——重采樣DEM數(shù)據(jù)的格網(wǎng)高程；zk——對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)高程(K=1，2，…，n)。根據(jù)公式(1)，上述利用柵格計(jì)算得到的誤差DEM的每一格網(wǎng)上的值即為ZK-zk。通過(guò)逐格網(wǎng)統(tǒng)計(jì)誤差DEM數(shù)據(jù)的值，代入公式(1)，即可得到每一個(gè)重采樣DEM的中誤差的值(RMSE)。

3　結(jié)果與討論

3.1重采樣DEM數(shù)據(jù)的誤差的空間分布

圖1為用25 m的基準(zhǔn)DEM重采樣至5 m時(shí)，3種重采樣DEM與5 m基準(zhǔn)DEM的差值DEM。圖2為使用5 m的基準(zhǔn)DEM重采樣至20 m時(shí)，3種重采樣DEM與20 m基準(zhǔn)DEM的差值DEM。根據(jù)圖1—2所反映的誤差分布狀況，對(duì)于雙線性內(nèi)插和三次立方卷積方法而言，誤差較大的地方主要分布在谷底線、坡腳線，山脊線，溝沿線等地形發(fā)生較劇烈轉(zhuǎn)折的地方。通常是在谷底線，坡腳線等地形出現(xiàn)凹形轉(zhuǎn)折的地方得到正誤差，而在溝沿線，山脊線等地形出現(xiàn)凸形轉(zhuǎn)折的地方得到負(fù)誤差(圖1—2)。出現(xiàn)這樣的誤差分布狀況的根本原因是由于這兩種重采樣方法所采用的數(shù)學(xué)函數(shù)曲面要比實(shí)際地表光滑，在凹形地形區(qū)，重采樣高程要比實(shí)際地形高，而在凸形地區(qū)，則恰好相反。而對(duì)于最近鄰法而言，當(dāng)縮小格網(wǎng)尺寸時(shí)，在上坡的方向，采樣后的值采用了原來(lái)位于較低位置的中心柵格的值，比實(shí)際值低，因此得到負(fù)誤差，而在下坡方向則相反，為正誤差(圖1)；當(dāng)放大格網(wǎng)尺寸時(shí)，當(dāng)放大尺度比率為奇數(shù)時(shí)，重采樣后的值使用中心柵格的值，這與具有相同格網(wǎng)尺寸的基準(zhǔn)DEM的值相同，計(jì)算得到的誤差值為0；而放大尺度比率為偶數(shù)時(shí)，重采樣的柵格值，在ArcGIS中采用的是右下方向的柵格值，這就造成在這一方向上，東南坡向上重采樣后的值小于實(shí)際值，為負(fù)誤差，而西北方向?yàn)檎`差(圖2)。

3.2重采樣DEM數(shù)據(jù)的中誤差分析

圖1—2反映了重采樣后DEM數(shù)據(jù)的誤差值的大小和空間分布，對(duì)于重采樣數(shù)據(jù)的誤差總體情況則要通過(guò)中誤差(RMSE)來(lái)分析。圖3—4即反映了按尺度比率縮小與放大時(shí)，重采樣前的原始格網(wǎng)尺寸，尺度比率與中誤差的關(guān)系。從圖3可以看出，按尺度比率進(jìn)行縮小格網(wǎng)尺寸重采樣后，當(dāng)重采樣前的格網(wǎng)尺寸一定時(shí)，重采樣后的格網(wǎng)尺寸無(wú)論多小，其中誤差水平基本上是穩(wěn)定的。例如：利用30 m的基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行雙線性內(nèi)插法重采樣，無(wú)論是將格網(wǎng)尺寸縮小1/2(15 m)，1/5(6 m)，1/6(5 m)，還是縮小1/10(3 m)，得到的重采樣后的DEM的中誤差均約在3.7 m左右，而使用最近鄰法和三次立方卷積法則分別約為6.6和3.4 m。當(dāng)按尺度比率進(jìn)行放大格網(wǎng)尺寸重采樣時(shí)(圖4)，則有兩種情況：當(dāng)按偶數(shù)倍比率放大時(shí)，也有類似縮小格網(wǎng)尺寸時(shí)的規(guī)律。如利用雙線性內(nèi)插法將5 m的基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸放大2，4，6，8，10倍時(shí)，得到重采樣后的DEM數(shù)據(jù)中誤差穩(wěn)定在0.85 m左右。最近鄰法和三次立方卷積則分別為1.85和0.79 m；當(dāng)按奇數(shù)倍比率放大時(shí)，由于使用ArcGIS提供的3種重采樣方法，其重采樣得到的數(shù)據(jù)均為中心柵格的點(diǎn)，與原始基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相同，因此計(jì)算出的誤差數(shù)據(jù)均為0。例如將1 m的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)放大3倍時(shí)，重采樣后格網(wǎng)尺寸為3 m，一個(gè)格網(wǎng)相當(dāng)于原先3×3個(gè)格網(wǎng)大小，無(wú)論使用哪種重采樣方法，格網(wǎng)的值均被直接賦為3×3個(gè)格網(wǎng)中的中心格網(wǎng)的值，相當(dāng)于在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)上直接取值，這樣得到的誤差數(shù)據(jù)和中誤差都為0(圖4)。而當(dāng)放大偶數(shù)倍時(shí)，則要重新計(jì)算格網(wǎng)高程，因此，可以得到誤差數(shù)據(jù)。對(duì)于利用重采樣方法進(jìn)行格網(wǎng)尺寸縮小，重采樣后的格網(wǎng)高程均需要重新計(jì)算，因此不存在上述問(wèn)題(圖4)。圖3—4的結(jié)果說(shuō)明，重采樣以后得到的DEM數(shù)據(jù)的高程中誤差，基本上只與重采樣前的原始數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸相關(guān)。原始數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸越大，其重采樣以后得到的DEM數(shù)據(jù)的高程中誤差就越大。當(dāng)原始DEM的格網(wǎng)尺寸及重采樣方法確定以后，無(wú)論其重采樣后的格網(wǎng)尺寸有多大，其誤差水平基本是穩(wěn)定的。這就是說(shuō)，通過(guò)重采樣得到的DEM，其數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)質(zhì)上由重采樣前的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量決定。一旦原始DEM的格網(wǎng)尺寸確定，無(wú)論采用哪種重采樣方法改變DEM格網(wǎng)尺寸，也不論重采樣后的格網(wǎng)尺寸大小，均不能改變DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量，特別是對(duì)于試圖利用重采樣方法減小格網(wǎng)尺寸，并不能得到更高質(zhì)量的所謂“精細(xì)”DEM。

圖1　基于25 m基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)，重采樣得到5 m格網(wǎng)尺寸DEM與5 m基準(zhǔn)DEM的差值DEM

圖2　基于5 m基準(zhǔn)DEM數(shù)據(jù)，重采樣得到20 m格網(wǎng)尺寸DEM與20 m基準(zhǔn)DEM的差值DEM

3.33種重采樣方法的比較

通過(guò)對(duì)圖3—4中3種重采樣方法得到的數(shù)據(jù)中誤差水平進(jìn)行比較，3種重采樣方法得到數(shù)據(jù)的誤差水平并不一致。

如上所述，利用30 m的基準(zhǔn)DEM，重采樣減小格網(wǎng)尺寸，最近鄰法得到的中誤差最大，約為6.6 m；三次立方卷積法得到的中誤差最小，約為3.4 m；而雙線性內(nèi)插略高于三次立方卷積，約3.7 m。而利用重采樣方法放大格網(wǎng)尺寸，也有類似的規(guī)律。同時(shí)，無(wú)論重采樣前的格網(wǎng)尺寸大小，均有上述規(guī)律。即：三次立方卷積方法得到的DEM數(shù)據(jù)精度最高，且僅略高于雙線性內(nèi)插方法，而最近鄰法得到的DEM數(shù)據(jù)精度最低。這一結(jié)果與張祖勛[15]對(duì)重采樣方法進(jìn)行遙感影像灰度內(nèi)插的誤差分析結(jié)果一致。綜上所述，利用重采樣方法改變DEM格網(wǎng)尺寸，并不能改善DEM的數(shù)據(jù)質(zhì)量。其原因在于，當(dāng)原始DEM數(shù)據(jù)確定的情況下，利用重采樣方法內(nèi)改變格網(wǎng)尺寸得到新的DEM數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)為利用原始DEM格網(wǎng)點(diǎn)作為采樣點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插。當(dāng)原始數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸確定后，內(nèi)插得到的值實(shí)際上就是由參與內(nèi)插的原始DEM格網(wǎng)點(diǎn)的值確定的，其誤差水平就與內(nèi)插后的格網(wǎng)水平無(wú)關(guān)，而僅與重采樣方法相關(guān)。不同的重采樣方法，其內(nèi)插時(shí)假設(shè)的數(shù)學(xué)函數(shù)不同，因此其誤差水平就有不同。

圖3　利用三種重采樣方法縮小格網(wǎng)尺寸時(shí)，原始格網(wǎng)尺寸、尺度比率與高程中誤差關(guān)系

圖4　利用三種重采樣方法增大格網(wǎng)尺寸時(shí)，原始格網(wǎng)尺寸、尺度比率與高程中誤差關(guān)系

4　結(jié) 論

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在利用DEM進(jìn)行數(shù)字地形分析時(shí)，對(duì)于利用重采樣方法改變DEM格網(wǎng)尺寸，并以此為依據(jù)進(jìn)行的有關(guān)DEM數(shù)據(jù)尺度分析，其方法和結(jié)果均需要進(jìn)行認(rèn)真謹(jǐn)慎地分析。從數(shù)據(jù)誤差的角度來(lái)看，首先，重采樣方法得到的DEM數(shù)據(jù)，其誤差的空間分布規(guī)律總體來(lái)講為，地形變化較為劇烈的地方，誤差較大，但不同的內(nèi)插方法也會(huì)對(duì)誤差的空間分布有影響，特別是最近鄰法影響較大。其次重采樣得到的DEM數(shù)據(jù)精度與原始DEM數(shù)據(jù)格網(wǎng)尺寸緊密相關(guān)，原始數(shù)據(jù)的格網(wǎng)尺寸越大，其重采樣以后得到的DEM數(shù)據(jù)的高程中誤差就越大。在重采樣方法確定的情況下，重采樣得到的DEM的數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)質(zhì)上由重采樣前的原始數(shù)據(jù)決定。第三，不同的重采樣方法得到的DEM數(shù)據(jù)誤差水平也不相同。最近鄰法得到的DEM數(shù)據(jù)精度最低，三次立方卷積法得到的數(shù)據(jù)精度最高，但也僅僅是略高于雙線性內(nèi)插。綜上所述，在使用重采樣得到的DEM數(shù)據(jù)時(shí)，需要充分考慮重采樣前的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量，重采樣方法以及分析結(jié)果在空間分布上的可靠程度。同時(shí)要認(rèn)識(shí)到，重采樣得到的DEM的數(shù)據(jù)質(zhì)量，其數(shù)據(jù)質(zhì)量不會(huì)比重采樣前的原始數(shù)據(jù)有實(shí)質(zhì)性的提高。特別是對(duì)于在實(shí)踐中希望利用重采樣方法派生出的所謂的“高分辨率”的DEM的做法是不可行的。

致謝：對(duì)在本研究中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程中，陜西測(cè)繪局國(guó)家第一航測(cè)遙感院的王偉麗、王小燕、王勁、薛爭(zhēng)光等同志提供的幫助和支持，表示衷心的感謝。

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Effects of Resampling Method on Data Quality of DEMs

WANG Lei1,2, LONG Yongqing1, YANG Qinke1,2

(1.CollegeofUrbanandEnvironment,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710127,China; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

[Objective] The influences of different resampling methods on the quality of DEMs were analyzed to explain the accuracy of those methods which were widely used in digital terrain analysis. [Methods] Based on data error analysis, the RMSEs of elevation of those DEMs were calculated from different resampling methods, and from the original DEMs generated by digital photogrammetric method in Yaojiawan valley, Suide County of Shaanxi Province Were compared. [Results] No improvement of the quality of resampled DEMs was observed for all the resampling methods. The spatial distribution of elevation error of resampled DEMs depended on the resampling methods. The larger errors emerged in the positions with the vigorous changing of surface. Meanwhile, the values of RMSE were decided by original grid size and the methods of resampling. [Conclusion] The DEMs resampled by nearest method had the highest RMSE, while the Cubic method obtained the lowest RMSE and Bilinear method got slightly higher RMSE than that of Cubic method.

digital elevation models; resample; grid size; RMSE

2015-09-06

2015-09-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“黃土高原小流域侵蝕溝道網(wǎng)絡(luò)的空間頻譜分析”(41101264),“地表坡度的統(tǒng)計(jì)分布理論模型研究”(41371274), “梯田對(duì)坡度坡長(zhǎng)因子的擾動(dòng)特征研究”(41271284)

王雷(1977—),男(漢族),陜西省興平市人,博士,研究方向?yàn)镈EM數(shù)字地形分析。E-mail:montez@nwu.edu.cn。

楊勤科(1962—),男(漢族),陜西省隴縣人,博士，教授,主要從事區(qū)域水土流失定量評(píng)價(jià)和侵蝕地形分析等方面的研究。E-mail:qkyang@126.com。

B

1000-288X(2016)04-0072-06

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