不同地貌类型区DEM空间内插算法精度评价-论文.pdf

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1、第22卷1期应用基础与工程科学学报Vo1．22，No．12014年2月JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGFebruary2014文章编号：1005-0930(2014)01-0139-011中图分类号：P282文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-0930．2014．01．014不同地貌类型区DEM空间内插算法精度评价谭衢霖，徐潇，王浩宇，胡吉平(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：数字高程模型(DEM)是数字地貌形态表达最为常

2、用的基础数据，在工程建设规划设计、地貌定量分析、流域水文和土壤侵蚀模拟分析、土地利用、数字地质、遥感图像辅助分类等方面具有重要的用途．通过数字化等高线空间内插生成DEM是当前的主要技术手段之一，不同的空间内插算法和不同的地貌区域应用对DEM生成的质量和精度有重要的影响．本文选择了丘陵、山地和高山地3种地貌类型区，利用国际上流行的DEM专业化插值ANUDEM方法及另外5种典型常用的空间插值方法生成DEM，然后通过任意点法、等高线回放法及三维可视化叠加分析方法对生成的DEM进行了精度对比分析．结果表明，3种地

3、貌区ANUDEM算法生成的DEM精度最高，IDW算法其次，THIESSEN算法、Kriging算法和自然邻域法精度相似，样条函数法精度最低．同一种空间插值方法，在地形起伏越大的地区，生成的DEM精度越低．关键词：DEM；空间内插方法；ANUDEM；地貌；精度数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)在线路工程建设(铁路、公路、输电线)选线选址设计、地貌定量分析、流域水文和土壤侵蚀模拟分析、土地利用、地质找矿、遥感图像辅助分类等方面具有重要用途．当前，尽管直接获取DEM的方法日益发展

4、成熟，但通过空间内插生成DEM的方法仍是主要的技术途径，是迄今为止最为成熟和可行的方法．中国1：25万、1：5万DEM数据库，以及各省自治区已经或正在建立的1：1万DEM数据库都是在已有数字线划图(DLG)的基础上内插生成的．内插方法直接影响生成的DEM的精度，而DEM数据的精度又制约着DEM应用范围和应用程度．因此，对内插方法性能及DEM数据精度分析评价，具有重要的研究意义．如Monckton等对DEM误差的量化、检测方法和空间分布等进行了研究¨；Kidner等系统地研究了评价DEM精度的数学模型；汤国

5、安等研究了空间分辨率与地形复杂度对DEM精度的影响；杨晓云等研究了基于等高线生成DEM的内插算法及精度分析；胡海等对DEM内插方法的选择进行了充分的理论分析，提出了DEM内插方法的计算稳定性，以及高程同构特性等问题L5J．在收稿日期：2013-09—16；修订日期：2014-01-02基金项目：国家自然科学基金项目(51078020)；中央高校基本科研业务费专项项目(2012JBM078)作者简介：谭衢霖(1975一)，男，副教授，博士．E·mail：qulintan@sina．corn应用基础与工程科学

6、学报已有这些研究中，针对不同地貌类型区进行试验分析较少．中国陆地幅员辽阔，地貌复杂多变，DEM内插算法对不同地貌区域的适应性及不同地貌区生成的DEM精度比较分析有重要的应用参考价值．本文选取了丘陵，山地和高山地作为地貌适应性试验区，除了比较分析常用的5种DEM空间插值方法外，还着重对比分析了国际上流行的、在国外已获得广泛应用的专业化插值方法ANUDEM．通过对不同空间内插算法在3种不同地貌类型区生成的DEM的精度进行比较分析，讨论DEM内插算法对不同地貌类型区的适应性问题．1空间插值与精度评价方法空间插值

7、方法可以分为整体插值和局部插值两类]．整体插值方法用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合；局部插值方法是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值．整体插值方法通常不直接用于空间插值，而是用来检测不同于总趋势的最大偏离部分，在去除了宏观地物特征后，可用剩余残差进行局部插值．由于整体插值方法将短尺度的、局部的变化看作随机的和非结构的噪声，从而丢失了这一部分信息．局部插值方法恰好能弥补整体插值方法的缺陷，可用于局部异常值，而且不受插值表面上其它点的内插值影响．本文基于等高线数字化，空间插值生成数字高程模型(DEM)

8、，选用的DEM插值算法全部属于局部插值方法，包括ANUDEM算法、THIESSEN算法、反距离加权插值(IDW)、克里金插值(Kriging)、自然邻域法(NNI)及样条函数法．1．1DEM空间插值方法(1)泰森多边形插值法泰森多边形(Thiessen，又叫Dirichlet或Voronoi多边形)采用了一种极端的边界内插方法，只用最近的单个点进行区域插值．泰森多边形按数据点位置将区域分割成子区域，每个子区域包含一个数据点，各