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        青藏高原地區(qū)3種全球DEM精度對(duì)不同地形因子的響應(yīng)

        2019-06-03 07:22:32高志遠(yuǎn)謝元禮王寧練蔣廣鑫
        水土保持通報(bào) 2019年2期
        關(guān)鍵詞:橢球坡向維數(shù)

        高志遠(yuǎn), 謝元禮,3, 王寧練,3, 蔣廣鑫, 周 鵬

        (1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710127; 2.陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710127; 3.西北大學(xué) 地表系統(tǒng)與災(zāi)害研究院, 陜西 西安 710127)

        在地理學(xué)研究中,數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)已成為一個(gè)重要且可靠的分析數(shù)據(jù)源,在土壤侵蝕、水土流失、流域分析、地貌分析以及地形因子提取方面有著十分廣泛的應(yīng)用。針對(duì)全球尺度DEM產(chǎn)品的精度評(píng)估工作已有不少進(jìn)展。Rodriguez等人[1]利用絕對(duì)地理誤差、絕對(duì)高程誤差和相對(duì)高程誤差等精度指標(biāo)對(duì)全球6大洲的SRTM DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)估;Shortridge等人[2]針對(duì)全美格局的景觀結(jié)構(gòu)對(duì)SRTM DEM精度影響進(jìn)行了大范圍的評(píng)估分析。但是對(duì)于特定地區(qū)DEM精度評(píng)價(jià)可能面臨以下問題:第一,全球大尺度DEM精度評(píng)價(jià)結(jié)果不一定適用于特定區(qū)域的數(shù)字高程模型;第二,DEM精度評(píng)價(jià)主要依賴于地面測(cè)量數(shù)據(jù)如GPS測(cè)量作為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)[3-4],而地面測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于特殊地理環(huán)境地區(qū)通常較難獲取。高精度星載雷達(dá)(ICESAT/GLAS)數(shù)據(jù)的水平精度為±20 cm,高程精度為±18 cm,已有不少學(xué)者以ICESAT/GLAS高程數(shù)據(jù)為參考進(jìn)行了相關(guān)的精度分析。En?le等人[5]利用GLAH14數(shù)據(jù)進(jìn)行了樹冠頂層、地面高程和植被高度的精度評(píng)價(jià)。Yue[6]利用ICESAT/GLAS高程數(shù)據(jù)對(duì)ASTER GDEM數(shù)據(jù)進(jìn)行改正并與SRTM DEM數(shù)據(jù)的進(jìn)行無縫融合。Liu等人[7]利用經(jīng)過ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)糾正后的ASTER數(shù)據(jù)計(jì)算蘭伯特冰川的變化率,結(jié)果表明其速率符合當(dāng)期冰川的物質(zhì)平衡。但是全球DEM在青藏高原地區(qū)的精度情況及其地形影響因素研究的比較少。為此,本文中選取3種的全球免費(fèi)中分辨率DEM數(shù)據(jù)SRTM DEM(shuttle radar topography mission digital elevation model),ASTER GDEM(the advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model)以及HydroSHEDS,以星載激光雷達(dá)ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)中的GLAH14數(shù)據(jù)為高程參考標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)青藏高原地區(qū)具體情況,對(duì)SRTM DEM,ASTER GDEM以及HydroSHEDS DEM這3種DEM進(jìn)行整體的精度評(píng)價(jià),并分別從坡度、坡向以及地形粗糙度等地形因子進(jìn)行精度變化趨勢(shì)及規(guī)律的探究。

        1 研究區(qū)概況與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        青藏高原是世界上面積最大的高原,同時(shí)也是世界上平均海拔最高的高原,有“世界屋脊”和“第三極”之稱[8],青藏高原總面積為2.60×106km2,平均海拔4 500 m,全球海拔超過8 000 m的14座山峰全部分布在該地區(qū)[9]。青藏高原是中國(guó)3個(gè)凍土主要聚集區(qū)域之一,分布有大量季節(jié)性凍土和部分多年凍土[10],因?yàn)槠鋬鐾撩娣e廣泛,地表覆蓋特征受植被季節(jié)性變化影響小。萬杰等人[11]提出時(shí)間間隔為4 a的青藏高原ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)和SRTM DEM數(shù)據(jù)的高程線性擬合的決定系數(shù)高達(dá)0.999 8,因此在青藏高原地區(qū)利用多年ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)進(jìn)行DEM精度評(píng)價(jià)十分合適。本文研究區(qū)為青藏高原非冰雪覆蓋區(qū)域。

        1.2 研究數(shù)據(jù)

        本次研究使用的數(shù)據(jù)主要包括DEM數(shù)據(jù)和ICESAT/GALS數(shù)據(jù)。DEM數(shù)據(jù)包括SRTM DEM,ASTER GDEM和HydroSHEDS。SRTM DEM數(shù)據(jù)選用的是SRTM V4版本,SRTM V4版本數(shù)據(jù)是針對(duì)SRTM V2版本的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插值補(bǔ)充;ASTER GDEM為對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星Terra的近紅外波段獲取的立體像對(duì)生成的DEM;HydroSHEDS DEM是在3弧秒的SRTM DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,采用新改進(jìn)和新開發(fā)的算法所生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。3類DEM數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)采用的是GLAH14數(shù)據(jù),GLAH14數(shù)據(jù)是由GLAH05數(shù)據(jù)和GLAH06數(shù)據(jù)再生產(chǎn)的陸地表面二級(jí)測(cè)高數(shù)據(jù)。GLA14數(shù)據(jù)為散點(diǎn)記錄方式,相鄰點(diǎn)的距離為172 m,與目前常見的數(shù)字高程模型相比GLAH14數(shù)據(jù)有更高的精度,因此可以當(dāng)成DEM的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行精度驗(yàn)證。ICESAT/GLAS工作周期為2003—2009年,共18個(gè)工作時(shí)間段,數(shù)據(jù)來源于國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心(National Snow and Ice Data Center, http:∥nsidc.org/),試驗(yàn)中在GLAH14的18期數(shù)據(jù)序列中選取300 000余個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析。

        1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

        由于3種DEM數(shù)據(jù)的參考橢球體與GLAH14數(shù)據(jù)不同,要對(duì)GLAH14數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理工作。預(yù)處理工作包括高程基準(zhǔn)處理、參考橢球體處理和粗差剔除3部分。

        1.3.1 高程基準(zhǔn)處理 在GLAH14的數(shù)據(jù)集中,直接利用HDFView工具提取出大地水準(zhǔn)面差距的數(shù)值t,再利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算,把橢球體高程轉(zhuǎn)化為正高(地面點(diǎn)沿過此點(diǎn)的重力線到大地水準(zhǔn)面的距離)。

        HT/P=h-t

        (1)

        式中:HT/P——TOPHEX/Poseidon橢球體的正高;t——水準(zhǔn)面差距。

        1.3.2 參考橢球體處理 3種DEM的參考橢球體都是WGS84橢球體,而GLAH14的參考橢球體是TOPHEX/Poseidon橢球體(T/P橢球體)。橢球體之間的差異主要來源于水平差異和垂直差異兩方面,兩者在水平方向上的差異只有厘米極[12],因此這里主要針對(duì)高程差異進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表2為TOPHEX/Poseidon橢球體和WGS84橢球體參數(shù)對(duì)比,經(jīng)計(jì)算可知,兩種橢球體的高程差異約在70 ~71 cm之間,一般取70 cm[13]。最后再利用公式(2)進(jìn)行計(jì)算,求出WGS84的正高高程。

        表2 T/P橢球體和WGS84橢球體參數(shù)對(duì)比

        HWGS84=HT/P-0.70=h-t-0.70

        (2)

        式中:HWGS84——WGS84橢球體的正高;HT/P——TOPHEX/Poseidon橢球體的正高。

        1.3.3 粗差剔除 先剔除NODATA的數(shù)據(jù)點(diǎn)(數(shù)據(jù)異常值點(diǎn)),然后計(jì)算GLAH14數(shù)據(jù)點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的3種DEM的差值,高程差超過標(biāo)準(zhǔn)差3倍的數(shù)據(jù)點(diǎn)不參與統(tǒng)計(jì)。

        1.4 精度指標(biāo)

        本文利用坡度、坡向以及地形粗糙度等地形因子,結(jié)合不同的精度指標(biāo),綜合對(duì)3種DEM進(jìn)行精度評(píng)價(jià)以及地形因子的響應(yīng)分析。本文利用高程的誤差d,平均誤差Mean及中誤差RSME作為評(píng)價(jià)精度的指標(biāo)。其公式如式(3)—(5)所示。

        d=hDEM-hICESAT/GLAS

        (3)

        (4)

        (5)

        其中高程誤差d表示了數(shù)據(jù)集中每個(gè)DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)高程與GLAH14數(shù)據(jù)之間的差值;平均誤差 表示數(shù)據(jù)集中DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)高程與GLAH14數(shù)據(jù)的高程誤差的平均值;中誤差 代表了數(shù)據(jù)集中DEM高程數(shù)據(jù)與相應(yīng)GLAH14數(shù)據(jù)之間的離散程度,是評(píng)價(jià)精度的直接指標(biāo)。綜合研究3種DEM在不同的精度指標(biāo)與各個(gè)地形因子之間的關(guān)系及變化規(guī)律。

        針對(duì)DEM分形維數(shù)的計(jì)算方法,本文采用表面積—尺度法,表面積—尺度法也稱作投影覆蓋法,此方法由Clarke等人[14]于1986年首次提出,而后謝和平、周銀軍等人[15-16]又在此方法的基礎(chǔ)之上做出了改進(jìn)。首先,需要對(duì)原始的DEM柵格進(jìn)行重采樣,以分出不同的空間分辨率尺度Ri,并且計(jì)算每一種空間分辨率尺度下DEM的表面積Si。而后,計(jì)算各個(gè)尺度下DEM分辨率尺度Ri的對(duì)數(shù)值以及其對(duì)應(yīng)表面積Si的對(duì)數(shù)值,并將其進(jìn)行線性擬合,再在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上找尋一段擬合較好的區(qū)域作為無標(biāo)度區(qū)。雖然分形維數(shù)具有尺度不變性,但當(dāng)尺度大到一定值時(shí),粗糙表面根本不表現(xiàn)出分形性質(zhì)[17]。因此只有當(dāng)觀測(cè)尺度介于一定范圍內(nèi)時(shí),粗糙表面才能出現(xiàn)分形性質(zhì),因此需要尋找一個(gè)合適的尺度范圍來計(jì)算分形維數(shù)D。

        1.5 試驗(yàn)方案

        利用以上幾種精度評(píng)價(jià)指標(biāo),先計(jì)算總體精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),然后結(jié)合坡度、坡向以及地表粗糙度等地形因子進(jìn)行3種DEM精度的分析。在坡度因子分析中,對(duì)坡度進(jìn)行離散化分級(jí),級(jí)差根據(jù)地形特點(diǎn)選取1°~5°,在每個(gè)坡度級(jí)內(nèi)統(tǒng)計(jì)3種DEM的平均誤差和中誤差,分析坡度對(duì)精度的影響。在坡向因子分析中,將坡向按照45°范圍分為8個(gè)坡向區(qū)域,在每個(gè)坡向區(qū)域內(nèi)分別統(tǒng)計(jì)3種DEM的平均誤差和中誤差,分析坡向?qū)鹊挠绊憽7中尉S數(shù)的計(jì)算是在青藏高原研究區(qū)選取600余個(gè)ICESAT/GLAS數(shù)據(jù)點(diǎn)較多分布的區(qū)域,每個(gè)區(qū)域大小為60 km×60 km(圖1),因?yàn)樵?0 km的空間尺度下,研究區(qū)地形有較為明顯的分維特征。為了保證精度,地形因子采用SRTM DEM進(jìn)行計(jì)算,將每個(gè)區(qū)域的DEM柵格進(jìn)行重采樣,采樣分辨率范圍為100~600 m,以10 m作為間隔,最后利用求得的分形維數(shù)D與每個(gè)區(qū)域的中誤差擬合,分析地形破碎度對(duì)精度的影響。

        圖1 青藏高原分形維數(shù)試驗(yàn)分區(qū)

        2 結(jié)果及分析

        經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算,青藏高原地區(qū)SRTM DEM平均誤差為0.49 m,中誤差為14.29 m。ASTER GDEM平均誤差為1.71 m,中誤差為18.81 m。Hydro SHEDS DEM平均誤差為4.17 m,中誤差為31.08 m。其中,SRTM DEM數(shù)據(jù)精度與萬杰等人[11]在青藏高原地區(qū)研究得到的16.65 m高程中誤差相當(dāng),ASTER GDEM數(shù)據(jù)精度與杜小平等人[13]在中國(guó)西南地區(qū)高海拔山區(qū)得到的20.42 m高程中誤差相接近。很明顯地,在青藏高原地區(qū),SRTM DEM精度最高,HydroSHEDS DEM精度最低。

        2.1 坡度對(duì)DEM精度的影響

        將DEM與GLAH14高程的高程誤差d(hDEM-hICESAT/GLAS)按照點(diǎn)所在的坡度級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),坡度級(jí)差設(shè)定為:<1°,1°~5°,5°~10°,10°~15°,15°~20°,20°~25°,25°~30°,30°~35°,35°~40°,40°~45°,45°~50°以及>50°分別求出在各個(gè)坡度級(jí)中3種DEM的平均誤差Mean和中誤差RSME,計(jì)算結(jié)果詳見表3。

        表3 各坡度區(qū)間3類DEM精度指標(biāo)

        3種DEM平均誤差隨坡度的變化及中誤差隨坡度的變化如圖2所示。SRTM DEM的平均誤差在坡度為40°~45°時(shí)較大,HydroSHEDS DEM平均誤差在坡度為0°~10°及35°~45°出現(xiàn)兩個(gè)峰值,而ASTER GDEM的平均誤差隨坡度增大而增大。從中誤差分析來看,SRTM DEM數(shù)據(jù)高程精度在各個(gè)坡度上均優(yōu)于ASTER GDEM;HydroSHEDS DEM中誤差隨坡度變化規(guī)律呈明顯的對(duì)數(shù)關(guān)系,與SRTM DEM和ASTER GDEM的規(guī)律有很大的不同。在地形較為平坦地區(qū)(坡度小于5°),HydroSHEDS DEM精度高于ASTER GDEM精度,但在坡度較大地區(qū)(坡度大于5°),則ASTER GDEM精度高于HydroSHEDS DEM精度。

        圖2 3類DEM中誤差和平均誤差與坡度的關(guān)系

        2.2 坡向?qū)EM精度影響

        將坡向劃分為北方向(337.5°~22.5°)、東北方向(22.5°~67.5°)、東方向(67.5°~112.5°)、東南方向(112.5°~157.5°)、南方向(157.5°~202.5°)、西南方向(202.5°~247.5°)西方向(247.5°~292.5°)以及西北方向(292.5°~337.5°)8個(gè)坡向級(jí)。圖3為3種DEM高程誤差隨坡向分異圖,圖中上下邊緣代表了除數(shù)據(jù)異常值(大于或小于上下四分位數(shù)1.5倍四分位數(shù)差的數(shù)據(jù))外的最大和最小值。3種DEM的高程誤差分布均具有不同程°的坡向分異性特征,其中SRTM DEM的分異幅°最小,不同坡向的高程誤差數(shù)據(jù)中位數(shù)接近,且均大于0,高程誤差隨坡向的分異特征不明顯,南方向和東南方向SRTM DEM的高程誤差相對(duì)較大。相較于SRTM DEM,ASTER GDEM和HydroSHEDS DEM數(shù)據(jù)高程誤差隨坡向的分異性強(qiáng),規(guī)律顯著,且高程誤差有明顯的正負(fù)分布性。

        其中ASTER GDEM高程誤差正值最大值分布在東北方向和西南方向,而高程誤差負(fù)值在東南方向最大;HydroSHEDS DEM的高程誤差則呈現(xiàn)明顯的“東北—西南對(duì)稱”分布,坡向?yàn)?37.5°~157.5°時(shí),高程誤差總體傾向?yàn)檎?,且誤差在東北方向和北方向值最大,當(dāng)坡向?yàn)?57.5°~337.5°時(shí),高程誤差總體傾向?yàn)樨?fù)值,誤差在西南方向和南方向值最大??梢姴煌珼EM測(cè)量值在不同坡向上的正負(fù)分布有一定差異性。

        SRTM DEM ASTER GDEM HydroSHEDS DEM

        圖3 青藏高原3種DEM高程誤差隨坡向分異

        為了進(jìn)一步研究這種差異規(guī)律特征,本文分別對(duì)測(cè)量值大于正2倍中誤差和小于負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)(下文中稱為正負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn),即di>2RSME和di<-2RSME)按照其在某一坡向數(shù)據(jù)點(diǎn)所占百分比進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì),嘗試探究DEM測(cè)量正偏離值、負(fù)偏離值隨坡向的分異特征,結(jié)果如圖4所示。

        3種DEM測(cè)量偏離值的分布呈現(xiàn)不同的特征,且程度不同。SRTM DEM正負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)主要呈“南—北”分布,正2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在南方向、西南方向和東南方向,其中南方向占比達(dá)3.23%,負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)則主要出現(xiàn)在西北方向上,占比為3.07%,ASTER GDEM正負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)呈現(xiàn)“西北—東南”分布,正2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)主要出現(xiàn)在西方向,占比為1.46%,負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在南方向,占比為0.89%。HydroSHEDS DEM正負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)呈現(xiàn)“東北—西南”分布,正2倍差數(shù)據(jù)點(diǎn)峰值分布在東方向上,占比為21.52%,負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)峰值位于西南方向,占比為8.69%。

        研究表明,SRTM DEM測(cè)量正偏離值主要分布在南方向,而負(fù)偏離值主要分布在北方向。ASTER GDEM測(cè)量正偏離值主要分布在西北方向,負(fù)偏離值分布在東南方向,HydroSHEDS DEM測(cè)量正偏離值分布在東北方向,負(fù)偏離值分布在西南方向。3種DEM測(cè)量偏離值的離散程度不盡相同,HydroSHEDS DEM的偏離程度最大,ASTER GDEM的偏離程度最小。3種DEM出現(xiàn)高程測(cè)量偏離值隨坡向的分異特征的原因可能與衛(wèi)星傳感器在上升軌道和下降軌道的航向[2]以及SRTM傳感器雷達(dá)與地表的入射角度有關(guān)。

        圖4 3類DEM各坡向正負(fù)2倍中誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)占比

        Zhang[18]等人在研究地表覆蓋對(duì)SRTM DEM精度的影響時(shí)將坡度進(jìn)行分級(jí)固定,以排除坡度因子的干擾,本文利用這一思想進(jìn)行坡度、坡向的控制變量分析。不同DEM的中誤差隨坡向變化規(guī)律不同,且隨著坡度的增加,中誤差隨坡向變化幅度增大,呈現(xiàn)更加明顯的坡向分異特征。

        如圖5所示,當(dāng)坡向固定時(shí),3種DEM中誤差隨著坡度的增加,呈現(xiàn)增加趨勢(shì),其中SRTM DEM和ASTER GDEM在坡度大于30°時(shí)中誤差迅速增加,HydroSHEDS DEM在坡度大于8°時(shí),精度迅速變差。而當(dāng)坡度處于不同的特定區(qū)間時(shí),3種DEM精度的坡向分異規(guī)律也不同,其中SRTM DEM在各個(gè)坡度區(qū)間內(nèi)中誤差隨坡向的分異規(guī)律均不明顯,ASTER GDEM在坡度小于16°時(shí),規(guī)律不顯著,而當(dāng)坡度大于16°時(shí),坡向分異明顯,且隨著坡度的增加,規(guī)律愈發(fā)突出,其中最大中誤差集中在西南方向,而在西北方向和北方向上精度最好,受到坡度的影響較小。HydroSHEDS DEM在坡度小于8°時(shí),各個(gè)坡向上的精度大致相當(dāng),且中誤差均在30 m以內(nèi),當(dāng)坡度大于8°時(shí),HydroSHEDS DEM中誤差在不同坡向上呈現(xiàn)明顯的“雙峰”分布,即在東北方向和西南方向中誤差往往較大,而在東南方向,精度相對(duì)較好。由以上分析可以發(fā)現(xiàn),HydroSHEDS DEM受到地形坡度的波動(dòng)精度變異性更明顯,并且相對(duì)SRTM DEM和ASTER GDEM其在更小的的坡度區(qū)間內(nèi)就出現(xiàn)了明顯的坡向分異性。

        SRTM DEM ASTER GDEM HydroSHEDS DEM

        圖5 3類DEM各坡向中誤差分市

        2.3 DEM精度與地形粗糙度的關(guān)系

        按照分形維數(shù)的計(jì)算步驟進(jìn)行逐個(gè)樣方的計(jì)算,每個(gè)樣方中樣點(diǎn)的數(shù)量從168到756,656個(gè)樣方的分形維數(shù)D計(jì)算統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

        表4 分形維數(shù)D統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        由圖6可以看出,樣方分形維數(shù)的分布主要集中在2.00~2.06之間,當(dāng)分形維數(shù)大于2.06時(shí),樣方數(shù)迅速減少,而在2.00~2.01區(qū)間內(nèi)的樣方數(shù)最多,為262個(gè),達(dá)到總數(shù)的40%。

        通過對(duì)3種DEM中誤差與分維數(shù)擬合,發(fā)現(xiàn)它們均呈現(xiàn)二次多項(xiàng)式關(guān)系,如圖7所示。SRTM DEM精度受到地形破碎度的影響較小,ASTER GDEM次之,HydroSHEDS DEM精度隨地形破碎度影響最大。當(dāng)分形維數(shù)較大時(shí)(D>2.04)時(shí),SRTM DEM和ASTER GDEM中誤差與分維數(shù)的相關(guān)性變?nèi)?,而HydroSHEDS DEM中誤差與分維數(shù)一貫的相關(guān)性,可見HydroSHEDS DEM精度對(duì)地形破碎度響應(yīng)較為敏感。

        圖6 分形維數(shù)數(shù)頻數(shù)

        SRTM DEM ASTER GDEM HydroSHEDS DEM

        圖7 3種DEM分形維數(shù)和中誤差的關(guān)系

        3 結(jié) 論

        (1) 在青藏高原地區(qū),SRTM DEM的精度最高,中誤差為14.29 m,ASTER GDEM的精度次之,中誤差為18.81 m,HydroSHEDS DEM精度最差,中誤差為31.08 m。

        (2) SRTM DEM精度隨坡度變化趨勢(shì)與ASTER GDEM趨勢(shì)相似,但是在各坡度區(qū)間內(nèi)略優(yōu)于ASTER GDEM。HydroSHEDS DEM中誤差隨坡度變化呈明顯的對(duì)數(shù)關(guān)系,在地形較為平坦地區(qū)(坡度小于5°),HydroSHEDS DEM精度高于ASTER GDEM精度;但在坡度較大地區(qū)(坡度大于5°),ASTER GDEM精度高于HydroSHEDS DEM精度。

        (3) SRTM DEM誤差正偏離主要位于南坡向,而負(fù)偏離主要分布在北坡向;ASTER GDEM誤差正偏離主要分布在西北坡向,負(fù)偏離分布在東南坡向;HydroSHEDS DEM誤差正偏離主要分布在東北坡向,負(fù)偏離主要分布在西南坡向。HydroSHEDS DEM測(cè)量偏離值的離散程度最大,ASTER GDEM離散程度最小。

        (4) SRTM DEM中誤差在不同坡度、各個(gè)坡向上分異幅度較小,具有一定的同質(zhì)性;ASTER GDEM在坡度大于16°時(shí)分異性較強(qiáng),中誤差峰值出現(xiàn)在西南坡向;HydroSHEDS DEM在坡度大于8°時(shí)分異性較強(qiáng),最大中誤差分布在西南和東北坡向。

        (5) 分形維數(shù)D和3種DEM中誤差擬合均呈較為明顯的二次多項(xiàng)式關(guān)系,分形維數(shù)越小,分形維數(shù)對(duì)DEM精度的影響越大。其中分形維數(shù)對(duì)HydroSHEDS DEM精度影響最大,對(duì)SRTM DEM精度影響最小。

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