全球公眾數據資源ASTER GDEM的應用研究

張濤

(河南省測繪工程院,河南 鄭州 450003)

·電子信息與計算機技術·

全球公眾數據資源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據資源ASTERGDEM(星載熱發射和反射輻射儀全球數字高程模型)數據進行了實踐性處理和研究,并對其精度進行統計驗證。

ASTER GDEM;SRTM

1 背景概述

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

2000年2月11日,美國發射的“奮進”號航天飛機上搭載SRTM系統,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據,覆蓋地球80%以上的陸地表面。經過兩年多的數據處理,制成了數字地形高程模型(DEM),即現在的SRTM地形產品數據。此數據產品2003年開始公開發布,經歷多次修訂。SRTM地形數據按精度可以分為SRTM1和SRTM3,分別對應的分辨率精度為30m和90m數據(目前公開數據為90m分辨率的數據,30m數據暫時保密)［1］。

ASTERGDEM,即先進星載熱發射和反射輻射儀全球數字高程模型,與SRTM一樣為數字高程DEM,其全球空間分辨率為1s(約30m),垂直精度20m。該數據是根據NASA的新一代對地觀測衛星Terra的詳盡觀測結果制作完成的。其數據覆蓋范圍為北緯83。到南緯83。之間的所有陸地區域,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全球數字高程模型目前已經是世界上最完善、最可靠的全球地形圖。”加利福尼亞州帕薩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據。但是美國宇航局同時也發出警告說,圖里可能偶爾會出現“一些異常”［2］。

本文將對公眾數據資源ASTERGDEM第二版本中某地大區域范圍內數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數據處理方法

2.1.1 按照研究對象區域的經緯度范圍下載數據資源

由于ASTER GDEM數據是按照WGS84坐標系統進行平面坐標定義的,網絡資源是按1。×1。分片組織發布的,在網絡上下載數據資源之前需要明確下載對象區域的WGS84橢球下的經緯度范圍參數,然后在下載網站上輸入相應的范圍參數即可進行數據資源的下載。

圖1 ASTER GDEM資源網絡下載查詢界面

2.1.2 將下載下來的DEM數據解壓縮并進行格式轉換

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

將解壓縮后(1。x1。)分片的DEM,利用ERDAS數據導入導出功能將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域的整塊DEM數據。

圖2 ASTER GDEM研究對象滿覆蓋結果

2.1.4 空間坐標系統轉換

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,依據七參數模型進行平面坐標轉換。

具體模型表達如下：“7參數”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)有七個轉換參數一3個平移參數、3個旋轉參數和1個尺度參數。

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：

該區域的橢球轉換ΔX、ΔY、ΔY；M；ωX、ωY、ωZ7項參數。

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GDEM上的每個格網點的平面經緯度在高程異常值格網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”公式得到新規劃的DEM格網點上的新的高程值。

圖3 研究對象區域異常值改正格網模型數據

圖4 研究對象區域geoid數據

2.2 數據精度評價

評價方法：利用均勻分布的已知點平面位置在數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,進行統計評價精度。對四個地形類別不同區域進行精度評價。

區域一：檢測總點數301

中誤差：4.949

圖5 區域―誤差分布表

區域二：檢測總點數：277

中誤差：5.845

圖6 區域二誤差分布表

區域三：檢測總點數300

中誤差：5.679

圖7 區域三誤差分布表

區域四：檢測總點數200

中誤差：5.725

圖8 區域四誤差分布表

所以利用ASTERGDEM制作的30m*30m數字高程格網模型,插值精度中誤差在5～10m之內,通過樣本誤差分析,發現ASTERGDEM中存在粗差,這種粗差的存在與NASA發布數據時候的警告是相呼應的。事實表明“偶爾會出現一些異常”現象也是客觀存在的。可能是因為該數據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試驗區域內ASTERGDEM數據資源存在一定的數據精度和較好的質量統一性,但使用前必須針對具體區域進行合適的處理和坐標規劃。

②在滿足一定的數據精度規范要求下,可以利用ASTERGDEM這一公眾資源來輔助地理信息從業者的技術設計工作和區域研究工作。

［1］吳建強,王贅祥,楊峪,等.玲瓏山及其周邊地區SRTM3和ASTERGDEM高程精度評價［J］.資源開發與市場,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。