全球公众数据资源ASTER GDEM的应用研究

张涛

(河南省测绘工程院,河南 郑州 450003)

·电子信息与计算机技术·

全球公众数据资源ASTER GDEM的应用研究

张涛

(河南省测绘工程院,河南 郑州 450003)

本文利用美国太空总署(NASA)对外公布的全球公众数据资源ASTERGDEM(星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型)数据进行了实践性处理和研究,并对其精度进行统计验证。

ASTER GDEM;SRTM

1 背景概述

数字高程模型在“4D”产品中具有重要的地位,对于遥感影像的数据处理至关重要。当前对于全球数字高程模型(GDEM)数据资源,容易搜集并且比较经典的全球公众数据资源是SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)系统制作的SRTM3 DEM和ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)。

2000年2月11日,美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统,获取北纬60。至南纬60。之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据,覆盖地球80%以上的陆地表面。经过两年多的数据处理,制成了数字地形高程模型(DEM),即现在的SRTM地形产品数据。此数据产品2003年开始公开发布,经历多次修订。SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3,分别对应的分辨率精度为30m和90m数据(目前公开数据为90m分辨率的数据,30m数据暂时保密)［1］。

ASTERGDEM,即先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型,与SRTM一样为数字高程DEM,其全球空间分辨率为1s(约30m),垂直精度20m。该数据是根据NASA的新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的。其数据覆盖范围为北纬83。到南纬83。之间的所有陆地区域,达到了地球陆地表面的99%。目前共有两版,第一版于2009年公布,第二版于2011年10月公布。华盛顿美国宇航局总部的科学家伍迪一特纳说：“ASTER全球数字高程模型目前已经是世界上最完善、最可靠的全球地形图。”加利福尼亚州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的ASTER科研组负责人麦克一埃布拉姆说：“它的这个更新版为民用用户提供了最清晰的全球地形数据。但是美国宇航局同时也发出警告说,图里可能偶尔会出现“一些异常”［2］。

本文将对公众数据资源ASTERGDEM第二版本中某地大区域范围内数字高程模型进行实践性处理和应用研究。

2 ASTER GDEM具体处理实践流程

2.1 ASTER GDEM数据处理方法

2.1.1 按照研究对象区域的经纬度范围下载数据资源

由于ASTER GDEM数据是按照WGS84坐标系统进行平面坐标定义的,网络资源是按1。×1。分片组织发布的,在网络上下载数据资源之前需要明确下载对象区域的WGS84椭球下的经纬度范围参数,然后在下载网站上输入相应的范围参数即可进行数据资源的下载。

图1 ASTER GDEM资源网络下载查询界面

2.1.2 将下载下来的DEM数据解压缩并进行格式转换

将下载下的分片数据进行解压缩后每个GDEM分片包含两个文件,一个数字高程模型(DEM)文件和一个质量评估(QA)文件。每个数据文件的文件名根据分片几何中心左下(西南)角的经纬度产生。例如,ASTGTM_N40E116文件的左下角坐标是北纬40。,东经116。。ASTGTM_N40E116_dem和ASTGTM_N40E116_num对应的分别是数字高程模型(DEM)和质量控制(QA)的数据。DEM格式为GeoTIFF,参考大地水准面WGS84/EGM96,地理坐标为地理经纬度坐标,地面分辨率为1弧度秒(约30m),无效像素值为一9999,海平面数据为0,每片尺寸3601像素x3601像素(1。x1。)。

2.1.3 利用ERDAS将格式转换后的按经纬度分块的DEM数据进行镶嵌拼接

将解压缩后(1。x1。)分片的DEM,利用ERDAS数据导入导出功能将GeoTIFF格式DEM批量格式转换为ERDAS单精度浮点型*img格式,然后利用MOSAIC TOOL工具进行拼接,形成满覆盖研究对象区域的整块DEM数据。

图2 ASTER GDEM研究对象满覆盖结果

2.1.4 空间坐标系统转换

平面坐标转换：利用已知的WGS84椭球对IAG75椭球近似转换七参数,依据七参数模型进行平面坐标转换。

具体模型表达如下：“7参数”法(参心平移量：ΔX、Δ Y、ΔY；尺度比：M；坐标旋转量：ωX、ωY、ωZ)

设WGS84和西安80坐标系间(或北京54坐标系)有七个转换参数一3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。

由WGS84坐标系转换到西安80坐标系(或北京54坐标系)的转换关系为：

其中：

该区域的椭球转换ΔX、ΔY、ΔY；M；ωX、ωY、ωZ7项参数。

高程值转换:利用似大地水准面精化成果进行高程异常值改正。

先依据GDEM上的每个格网点的平面经纬度在高程异常值格网模型上进行双线性内插得到某点的高程异常改正值,再通过“正常高=椭球高+高程异常改正数”公式得到新规划的DEM格网点上的新的高程值。

图3 研究对象区域异常值改正格网模型数据

图4 研究对象区域geoid数据

2.2 数据精度评价

评价方法：利用均匀分布的已知点平面位置在数字高程模型上利用双线性内插出高程值,然后与已知的高程值进行比较,进行统计评价精度。对四个地形类别不同区域进行精度评价。

区域一：检测总点数301

中误差：4.949

图5 区域―误差分布表

区域二：检测总点数：277

中误差：5.845

图6 区域二误差分布表

区域三：检测总点数300

中误差：5.679

图7 区域三误差分布表

区域四：检测总点数200

中误差：5.725

图8 区域四误差分布表

所以利用ASTERGDEM制作的30m*30m数字高程格网模型,插值精度中误差在5～10m之内,通过样本误差分析,发现ASTERGDEM中存在粗差,这种粗差的存在与NASA发布数据时候的警告是相呼应的。事实表明“偶尔会出现一些异常”现象也是客观存在的。可能是因为该数据包含了高于地表的附属构筑物的高度信息。在实际应用的过程中可以进行基于统计的滤波处理,以减少粗差。

3 结语

结合上述的实践工作,可以得到以下结论：

①试验区域内ASTERGDEM数据资源存在一定的数据精度和较好的质量统一性,但使用前必须针对具体区域进行合适的处理和坐标规划。

②在满足一定的数据精度规范要求下,可以利用ASTERGDEM这一公众资源来辅助地理信息从业者的技术设计工作和区域研究工作。

［1］吴建强,王赘祥,杨峪,等.玲珑山及其周边地区SRTM3和ASTERGDEM高程精度评价［J］.资源开发与市场,2014 (02):72一77.

［2］昌小莉,周杨,罗明良.基于ASTERGDEM的延河流域水系提取及面积高程积分研究［J］.资源开发与市场, 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

张涛(1983一),男,本科,注册测绘师,研究方向:摄影测量与遥感。