專利名稱：一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)繪領(lǐng)域中的數(shù)字高程模型，特別涉及一種對(duì)航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪計(jì)劃(SRTM)的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱DEM)，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model,簡(jiǎn)稱DTM)的一個(gè)分支，其它各種地形特征值均可由此派生。一般認(rèn)為，DTM是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布，其中DEM是零階單純的單項(xiàng)數(shù)字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可在DEM的基礎(chǔ)上派生。由于DEM描述的是地面高程信息，它在測(cè)繪、水文、冰川、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、氣象、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如在工程建設(shè)上，可用于如土方量計(jì)算、通視分析等；在防洪減災(zāi)方面，DEM是進(jìn)行水文分析如匯水區(qū)分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、降雨分析、蓄洪計(jì)算、淹沒分析等的基礎(chǔ)；在無(wú)線通訊上，可用于蜂窩電話的基站分析等等。2000 年，由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NationalAeronautics andSpaceAdministration, NASA)的航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪計(jì)劃(Shuttle Radar TopographyMission, SRTM)獲取的全球北緯60度至南緯56度之間的數(shù)字高程模型(DEM)(約90m分辨率)，作為迄今垂直精度最高的全球數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)(標(biāo)稱垂直精度為16m，優(yōu)于ASTERGDEM的標(biāo)稱垂直精度20m)，已廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)研究和工程應(yīng)用。但是獲取該DEM的C波段雷達(dá)信號(hào)對(duì)地表(特別是冰川、沙漠等地區(qū))的穿透性極強(qiáng)，最多可達(dá)10m，造成數(shù)字高程模型的表面高程低于真實(shí)高程；此外在山區(qū)，由于高差較大，地形起伏劇烈，山體的陰影和疊掩也嚴(yán)重影響了數(shù)字高程模型的高程精度，因此直接應(yīng)用數(shù)字高程模型將帶來(lái)較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提出一種基于冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)對(duì)航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪計(jì)劃(SRTM)的數(shù)字高程模型高程校準(zhǔn)方法及裝置，提高了數(shù)字高程模型高程精確度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法，該方法包括將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化；提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值；利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型；利用所述高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行高程校準(zhǔn)?？蛇x的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值步驟包括將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)矢量，將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面矢量；將轉(zhuǎn)換后的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)相疊加來(lái)獲取兩個(gè)矢量的交集；根據(jù)交集結(jié)果提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值。 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型步驟包括對(duì)相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值進(jìn)行回歸分析獲取校準(zhǔn)模型系數(shù)；根據(jù)所述校準(zhǔn)模型系數(shù)建立高程校準(zhǔn)模型。可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述高程校準(zhǔn)模型為多項(xiàng)式校準(zhǔn)模型或線性校準(zhǔn)模型。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提出一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)裝置，該裝置包括高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化單元，用于將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化；高程值單元，用于提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值；高程校準(zhǔn)模型單元，用于利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型；校準(zhǔn)單元，用于利用該高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)?？蛇x的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述高程值單元包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)矢量，將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面矢量；疊加模塊，用于將轉(zhuǎn)換后的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)相疊加來(lái)獲取兩個(gè)矢量的交集；提取高程值模塊，用于根據(jù)交集結(jié)果提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值?？蛇x的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述高程校準(zhǔn)模型單元包括校準(zhǔn)模型系數(shù)模塊，用于對(duì)相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值進(jìn)行回歸分析獲取校準(zhǔn)模型系數(shù)；建模模塊，用于根據(jù)所述校準(zhǔn)模型系數(shù)建立高程校準(zhǔn)模型。可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述建模模塊獲得的高程校準(zhǔn)模型為多項(xiàng)式校準(zhǔn)模型或線性校準(zhǔn)模型。
上述技術(shù)方案具有如下有益效果本技術(shù)方案是基于冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)建立高程校準(zhǔn)模型，通過高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行高程校準(zhǔn)，使得數(shù)字高程模型的高程值精度大幅度提高，該技術(shù)方案為獲取高精度的全球地表高程數(shù)據(jù)提供了一種可行性辦法。進(jìn)一步地，校準(zhǔn)后的數(shù)字高程模型成為可靠的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為開展各種科學(xué)研究及工程應(yīng)用提供參考。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖I為一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法流程圖；圖2為一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖3為一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)裝置中高程值單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)裝置中高程校準(zhǔn)模型單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高系統(tǒng)測(cè)量全球陸地表面高程數(shù)據(jù)分布圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的數(shù)字高程模型圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的數(shù)字高程模型圖的直方圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高系統(tǒng)的高程數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型高程數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的高程校準(zhǔn)后的數(shù)字高程模型圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)區(qū)的高程校準(zhǔn)后的數(shù)字高程模型圖的直方圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。美國(guó)國(guó)家航空航天局于2003年I月發(fā)射了專門用于測(cè)量冰雪、云層和地面高度的ICESAT 衛(wèi)星(Ice, Cloud, and land Elevation Satellite, ICESAT),其搭載的地學(xué)激光測(cè)高系統(tǒng)(Geoscience Laser Altimeter System, GLAS)通過每 172m 抽取直徑約為 65m 的光斑可精確地測(cè)量地表高程，在平坦冰面上其精度達(dá)到O. 02m。由于冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高系統(tǒng)可獲取全球范圍的光斑高程數(shù)據(jù)(ICESAT共有15類數(shù)據(jù)產(chǎn)品，分別命名為GLA0LGLA02,…，GLA15，其中GLA14測(cè)量全球陸地表面高程)。因此，本申請(qǐng)基于該數(shù)據(jù)建立高程校準(zhǔn)模型，對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行校準(zhǔn)，提高數(shù)字高程模型的高程精度，使其成為可靠的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為開展各種科學(xué)研究及工程應(yīng)用提供參考。如圖I所示，為一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法流程圖。該高程校準(zhǔn)方法包括
步驟101 :將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化，使冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)與數(shù)字高程模型的高程基準(zhǔn)一致，保證二者具有相同的高程參考系。其中，高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化是為了讓兩種高程數(shù)據(jù)都有相同的參考標(biāo)準(zhǔn)，否則兩種高程數(shù)據(jù)無(wú)法相互比較。在此基礎(chǔ)上提取相同點(diǎn)位的兩種數(shù)據(jù)高程值，就可以進(jìn)行對(duì)比了，進(jìn)而建立高程校準(zhǔn)模型。利用冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，首先必須將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的參考基準(zhǔn)統(tǒng)一。基準(zhǔn)統(tǒng)一分為兩個(gè)部分，首先是參考橢球的統(tǒng)一，其次是參考框架的統(tǒng)一。所有的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)都使用TOPEX/Poseidon橢球作為參考橢球，而數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以WGS-84作為參考橢球。由于冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)采用的參考框架與WGS-84的參考框架都是IRTF2000。因此，只需把冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)從TOPEX/Poseidon橢球按照式(I)和式(2)轉(zhuǎn)換到WGS-84橢球上。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)數(shù)字高程模型高程校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括 將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化； 提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值； 利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型； 利用所述高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行高程校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值步驟包括 將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)矢量，將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面矢量； 將轉(zhuǎn)換后的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)相疊加來(lái)獲取兩個(gè)矢量的交集； 根據(jù)交集結(jié)果提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型步驟包括 對(duì)相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值進(jìn)行回歸分析獲取校準(zhǔn)模型系數(shù)； 根據(jù)所述校準(zhǔn)模型系數(shù)建立高程校準(zhǔn)模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述高程校準(zhǔn)模型為多項(xiàng)式校準(zhǔn)模型或線性校準(zhǔn)模型。
5.一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括 高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化單元，用于將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化； 高程值單元，用于提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值； 高程校準(zhǔn)模型單元，用于利用所述相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型； 校準(zhǔn)單元，用于利用所述高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述高程值單元包括 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)矢量，將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面矢量； 疊加模塊，用于將轉(zhuǎn)換后的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)相疊加來(lái)獲取兩個(gè)矢量的交集； 提取高程值模塊，用于根據(jù)交集結(jié)果提取出相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述高程校準(zhǔn)模型單元包括校準(zhǔn)模型系數(shù)模塊，用于對(duì)相同點(diǎn)位的冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程值進(jìn)行回歸分析獲取校準(zhǔn)模型系數(shù)； 建模模塊，用于根據(jù)所述校準(zhǔn)模型系數(shù)建立高程校準(zhǔn)模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述建模模塊獲得的高程校準(zhǔn)模型為多項(xiàng)式校準(zhǔn)模型或線性校準(zhǔn)模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)高程校準(zhǔn)方法及裝置，包括將冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一化；提取出相同點(diǎn)位的地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值；利用所述相同點(diǎn)位的地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程值和數(shù)字高程模型高程值建立高程校準(zhǔn)模型；利用該高程校準(zhǔn)模型對(duì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。本技術(shù)方案是基于冰云和地面高度衛(wèi)星地學(xué)激光測(cè)高數(shù)據(jù)建立高程校準(zhǔn)模型，通過高程校準(zhǔn)模型對(duì)航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪計(jì)劃的數(shù)字高程模型進(jìn)行高程校準(zhǔn)，使得數(shù)字高程模型的高程值精度大幅度提高，使得校準(zhǔn)后的數(shù)字高程模型成為可靠的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，為開展各種科學(xué)研究及工程應(yīng)用提供參考。
文檔編號(hào)G01C5/00GK102865852SQ201210332550
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者吳宏安, 張永紅, 金姍姍, 段敏燕 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院