第六章DEM精度

1、p數(shù)字高程模型精度研究以數(shù)字高程模型精度研究以19881988年為界分為兩個(gè)階段：從年為界分為兩個(gè)階段：從19581958年數(shù)字高程模型概念提出到年數(shù)字高程模型概念提出到19881988年，這個(gè)階段對年，這個(gè)階段對DEMDEM精度研究的基本特征是精度研究的基本特征是內(nèi)插技術(shù)分析和數(shù)據(jù)采樣策內(nèi)插技術(shù)分析和數(shù)據(jù)采樣策略略研究；之后，對研究；之后，對DEMDEM精度研究逐步由內(nèi)插分析轉(zhuǎn)向精度研究逐步由內(nèi)插分析轉(zhuǎn)向原原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與分析始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與分析。p近幾年來，隨著近幾年來，隨著DEMDEM應(yīng)用由數(shù)據(jù)層面向地學(xué)建模和地表應(yīng)用由數(shù)據(jù)層面向地學(xué)建模和地表過程分析的轉(zhuǎn)變，過程分析的轉(zhuǎn)變，DEMDE

2、M誤差與結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)用的影響分誤差與結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)用的影響分析成為一個(gè)研究熱點(diǎn)析成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。p精度是評價(jià)模型好壞的重要指標(biāo)，同時(shí)精度是評價(jià)模型好壞的重要指標(biāo)，同時(shí)DEMDEM精度也是數(shù)精度也是數(shù)字地形建模、數(shù)字地形分析和各種地學(xué)過程模擬最為關(guān)字地形建模、數(shù)字地形分析和各種地學(xué)過程模擬最為關(guān)心的問題。心的問題。 6.2 DEM6.2 DEM的誤差源與誤差分類的誤差源與誤差分類誤差、精度與不確定性誤差、精度與不確定性p誤差（誤差（errorerror）：通常被定義為觀測數(shù)據(jù)與其真值之間）：通常被定義為觀測數(shù)據(jù)與其真值之間的差異。從性質(zhì)上可分為的差異。從性質(zhì)上可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗差系統(tǒng)誤

3、差、隨機(jī)誤差和粗差。p精 度 ： 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 度 （精 度 ： 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 度 （ A c c u r a c yA c c u r a c y ） 和 精 密 度） 和 精 密 度（ResolutionResolution）的統(tǒng)稱，指誤差分布的密集或離散程）的統(tǒng)稱，指誤差分布的密集或離散程度。度。p不確定性（不確定性（uncertaintyuncertainty）：指對真值的認(rèn)知或肯定的）：指對真值的認(rèn)知或肯定的程度，是更廣泛意義上的誤差，包含系統(tǒng)誤差、偶然程度，是更廣泛意義上的誤差，包含系統(tǒng)誤差、偶然誤差、粗差、可度量和不可度量誤差、數(shù)據(jù)的不完整誤差、粗差、可度量和不可度量誤差、數(shù)

4、據(jù)的不完整性、概念的模糊性等。性、概念的模糊性等。p地形表面特征地形表面特征 大量的研究大量的研究表明表明DEMDEM的精度隨著地形破碎程度的大小而的精度隨著地形破碎程度的大小而變化，最大的誤差往往出現(xiàn)在地形起伏或水平轉(zhuǎn)折處如變化，最大的誤差往往出現(xiàn)在地形起伏或水平轉(zhuǎn)折處如山脊線、山谷線、地形變化線等部位，并且它們之間的山脊線、山谷線、地形變化線等部位，并且它們之間的關(guān)系是呈明顯的線性關(guān)聯(lián)特征。關(guān)系是呈明顯的線性關(guān)聯(lián)特征。p數(shù)據(jù)源誤差數(shù)據(jù)源誤差用來構(gòu)建用來構(gòu)建DEMDEM的數(shù)據(jù)主要來源有野外測量、地形圖數(shù)字的數(shù)據(jù)主要來源有野外測量、地形圖數(shù)字化和攝影測量。各自對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)源如野外數(shù)據(jù)質(zhì)量、化

5、和攝影測量。各自對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)源如野外數(shù)據(jù)質(zhì)量、地形圖誤差、航空相片誤差。地形圖誤差、航空相片誤差。p采點(diǎn)設(shè)備誤差采點(diǎn)設(shè)備誤差包括地形圖手扶或掃描時(shí)數(shù)字化儀或掃描儀的誤差；攝包括地形圖手扶或掃描時(shí)數(shù)字化儀或掃描儀的誤差；攝影測量的采點(diǎn)設(shè)備誤差包括測圖儀的誤差影測量的采點(diǎn)設(shè)備誤差包括測圖儀的誤差和計(jì)算機(jī)計(jì)算和計(jì)算機(jī)計(jì)算有效位數(shù)。有效位數(shù)。p人為誤差人為誤差人為誤差包括數(shù)字化對點(diǎn)人為誤差包括數(shù)字化對點(diǎn)誤差、高程賦值誤差和控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換誤差、高程賦值誤差和控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換誤差等。誤差等。p采樣點(diǎn)密度和分布采樣點(diǎn)密度和分布采樣點(diǎn)應(yīng)該具有足夠的密度并且避免數(shù)據(jù)貧乏區(qū)。地形結(jié)構(gòu)采樣點(diǎn)應(yīng)該具有足夠的密度并且避免數(shù)據(jù)貧

6、乏區(qū)。地形結(jié)構(gòu)是地形表面的骨架線，是地形表面的骨架線，采樣點(diǎn)一般應(yīng)該分布在各個(gè)地形特征采樣點(diǎn)一般應(yīng)該分布在各個(gè)地形特征點(diǎn)、特征線處點(diǎn)、特征線處。p內(nèi)插方法內(nèi)插方法內(nèi)插點(diǎn)的計(jì)算高程與實(shí)際量測高程之間總存在差值。內(nèi)插點(diǎn)的計(jì)算高程與實(shí)際量測高程之間總存在差值。pDEMDEM結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雖然較高分辨率的雖然較高分辨率的DEMDEM能反映地形細(xì)部，但是以犧牲計(jì)算機(jī)能反映地形細(xì)部，但是以犧牲計(jì)算機(jī)存儲量為代價(jià)的，存儲量為代價(jià)的，DEMDEM分辨率要和原始數(shù)據(jù)相分辨率要和原始數(shù)據(jù)相匹配。匹配。6.2.3DEM6.2.3DEM誤差分類體系誤差分類體系6.2.3DEM6.2.3DEM誤差分類體系誤差分類體系p描述誤

7、差是描述誤差是DEMDEM對地形表達(dá)的誤差。對地形表達(dá)的誤差。P127P1276.3.1DEM6.3.1DEM精度的數(shù)學(xué)模型精度的數(shù)學(xué)模型精度是指誤差分布的密集或離散程度精度是指誤差分布的密集或離散程度 A Ac c（DEMDEM）=f=f（S S，M M，R R，A A，D Ds s，D Dn n，O O）A Ac c表示表示DEMDEM的精度；的精度；S S表示表示DEMDEM表面的特征；表面的特征；M M表示表示DEMDEM表面表面建模的方法；建模的方法；R R為為DEMDEM表面自身的特性（粗糙渡）；表面自身的特性（粗糙渡）；A A，DsDs，DnDn為為DEMDEM原始數(shù)據(jù)的三個(gè)屬性

8、（精度、分布和密度）；原始數(shù)據(jù)的三個(gè)屬性（精度、分布和密度）；O O為為其他要素。其他要素。RMSERMSE并不反映單個(gè)誤差的大小，而是從整體意義上描述了并不反映單個(gè)誤差的大小，而是從整體意義上描述了地形參數(shù)和其真值的離散程度，因此，地形參數(shù)和其真值的離散程度，因此，RMSERMSE的真正價(jià)值在的真正價(jià)值在于它能提供真值可能存在的范圍。于它能提供真值可能存在的范圍。6.3.26.3.2常用常用DEMDEM精度描述指標(biāo)精度描述指標(biāo)設(shè)高程數(shù)據(jù)的真值為設(shè)高程數(shù)據(jù)的真值為Z Z，觀測值或計(jì)算值為，觀測值或計(jì)算值為z z，則誤差定義為，則誤差定義為=Z-z=Z-z，如果誤差個(gè)數(shù)為如果誤差個(gè)數(shù)為n n，則

9、數(shù)字高程模型中常用的數(shù)值精度模型如下表。，則數(shù)字高程模型中常用的數(shù)值精度模型如下表。p數(shù)值精度模型數(shù)值精度模型6.3.26.3.2常用常用DEMDEM精度描述指標(biāo)精度描述指標(biāo)p誤差自相關(guān)精度模型誤差自相關(guān)精度模型：誤差的自相關(guān)性對各種地形分析結(jié)果影響是：誤差的自相關(guān)性對各種地形分析結(jié)果影響是系統(tǒng)性的，將引起單一的、非空間統(tǒng)計(jì)模型（如系統(tǒng)性的，將引起單一的、非空間統(tǒng)計(jì)模型（如RMSERMSE）對分析結(jié)果評）對分析結(jié)果評價(jià)上的偏差。價(jià)上的偏差。6.3.26.3.2常用常用DEMDEM精度描述指標(biāo)精度描述指標(biāo)p誤差與精度可視化模型：將抽象單調(diào)的數(shù)據(jù)表達(dá)為具體、誤差與精度可視化模型：將抽象單調(diào)的數(shù)據(jù)表

10、達(dá)為具體、生動的圖形圖像數(shù)據(jù)。生動的圖形圖像數(shù)據(jù)。頻率分布圖頻率分布圖 高程、坡度等地形屬性的頻率和頻率分布圖，是分析地形屬性分布特征和表示這種特征的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。地形屬性在不同地形區(qū)域和分辨率的DEM上所表現(xiàn)的頻率往往是有差異的，在頻率與頻率分布曲線形狀上可直觀的反映出來，通過對比可分析這種差異的特征。p 空間數(shù)據(jù)的不確定性屬于一般不確定性的組成部分。空空間數(shù)據(jù)的不確定性屬于一般不確定性的組成部分?？臻g數(shù)據(jù)的不確定性指以遙感、地信測繪與繪圖為主的空間數(shù)據(jù)的不確定性指以遙感、地信測繪與繪圖為主的空間不確定性。包含空間位置或幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。間不確定性。包含空間位置或幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。 誤差：如果物體可測量，那么測量結(jié)果就存在誤差，主要誤差：如果物體可測量，那么測量結(jié)果就存在誤差，主要包括位置的準(zhǔn)確性和專題準(zhǔn)確性。包括位置的準(zhǔn)確性和專題準(zhǔn)確性。 模糊：如兩類邊界的確定。模糊：如兩類邊界的確定。 歧義：如遙感圖象的異物同譜，同物異譜。歧義：如遙感圖象的異物同譜，同物異譜。 不一致：如不同的研究方法得到不同的結(jié)論。不一致：如不同的研究方法得到不同的結(jié)論。（3 3）不確