专利名称：一种定量评估数字高程模型保真精度的方法
技术领域：
本发明涉及一种定量评估数字高程模型保真精度的方法。
背景技术：
当前，数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)精度的研究主要集中在数值精度评估方面，常用的数值精度评估方法包括中误差法、传递函数法、协方差函数法、影像分析法(参见柯正谊，何建邦，池天河.数字地面模型[M].北京中国科学技术出版社，1993.胡鹏，吴艳兰，胡海.数字高程模型精度评定的基本理论[J].地球信息科学，2003，(3) =64-70.唐新明，林宗坚，吴岚.基于等高线和高程点建立DEM的精度评价方法探讨[J].遥感信息，1999, (3) :7_10· ZHOU Xinghua, ZHAO Jixian, et al. Researchon Interpolation and Accuracy Assessment ofDEM[J]. Science of Surveying andMapping, 2005, 30(5).汤国安，陶旸，王春.等高线套合差及在DEM质量评价中的应用研究[J].测绘通报，2007，(7) :65-67.)，以及基于地形描述误差的综合判定方法(参见汤国安，龚健雅，陈正江，成燕辉，王占宏.数字高程模型地形描述精度量化模拟研究[J].测绘学报，2001，30 (4) 361-365.王光霞，朱长青，史文中，等.数字高程模型地形描述精度的研究[J]·测绘学报，2004，33 (2) :168-173·)。保真度是判断DEM是否保持了实际三维空间或原始三维数据所具有的在相邻区域无冲突的三维特征和高程逻辑一致性的标准(参见申浩，荆鑫鑫.DEM高保真问题探析[J].测绘工程，2011，20(1) :30-32.)，这恰恰是中误差法、传递函数法、协方差函数法和影像分析法等难以确定解决的问题，即无法确定DEM对原始地形的保真程度，因此基于“视觉精度”评估的等高线回放法成为DEM形态精度评估的主要方法，等高线回放法可以有效剔除局部粗差，较好地保证DEM数据的整体质量。但是等高线回放法工作量较大，且多为定性描述，缺乏定量描述指标，导致受人为因素影响较大。许多学者提出了不同的定量评估指标，用以实现等高线回放的定量描述。汤国安等(参见汤国安，陶旸，王春.等高线套合差及在DEM质量评价中的应用研究[J].测绘通报，2007，(7) :65-67.)依据“I :1万DEM数据等高线回放检查时，同名等高线偏移不大于1/2等高距”的规定，运用等高线套合差指标定量评估DEM精度。江帆(参见江帆.DEM表面建模与精度评估方法研究[D].郑州信息工程大学测绘学院，2006, 6.)、朱长青等((朱长青，王志伟，刘海砚.基于重构等高线的DEM精度评估模型[J].武汉大学学报(信息科学版)，2008，33(2) :153-156.)提出用原始等高线和重构等高线间的面积差与原始等高线长度之比(即重构误差)，作为DEM精 度评估指标。王志伟(王志伟.基于重构等高线的DEM误差模型研究及应用[D].郑州信息工程大学测绘学院，2007，6.)在重构误差的基础上提出了等高线的最大重构偏移误差和平均最大重构偏移误差两个指标，利用这两个指标反映局部区域内DEM与实际地形的吻合程度。王光霞等(王光霞，边淑莉，张寅宝.用回放等高线评估DEM精度的研究[J].测绘科学技术学报，2010，27 (I) :9_13.)同样在重构误差的基础上，增加重要地性线回放偏移误差指标反映原始等高线和重构等高线在地形特征表达上的差异。上述研究都对等高线回放法的定量评估做出了有益的探索。无论是利用等高线套合差还是利用等高线重构误差等指标定量评估DEM保真程度，都必须解决两个关键问题。一是闻保真重构等闻线的生成，虽然基于DEM重构等闻线的算法效率较高、健壮性较好，但是重构等高线的质量并不理想，尤其在平坦区或DEM尺寸较大时，歧义性和折线现象比较严重(王春，陶吻，贾敦新，朱雪坚.规则格网DEM地形描述形态精度研究[J].地理信息世界，2008，1:46-52. )。二是同名等高线的匹配，由于原始等高线和重构等高线之间并不是一对一的简单关系，而是一对多、多对一甚至多对多的复杂关系，同名等高线的匹配存在一定难度。这两个关键问题都可能需要大量的手工编辑操作，导致等高线回放法可操作性较差。更为重要的是，各种评估指标都没有形成系统的DEM保真精度评估标准，虽然可以评估同一实验区域、不同插值算法建立的DEM之间的差异，但无法确定DEM保真质量是否已经达到生产和应用的需求，进而无法确定DEM多尺度转换的适宜范围等关键性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用水系和地形套合度定量评估数字高程模型保真精度的方法，用以解决定量评估中，由于缺少数字高程模型保真精度标准，等高线回放法只能定性评估的问题。为实现上述目的，本发明的方案是一种定量评估数字高程模型保真精度的方法，步骤如下I)对于一个实验区域，水系为基准要素，重构山谷线为比较要素，建立水系和重构山谷线套合偏移量隶属度函数f (AD)
权利要求
1.一种定量评估数字高程模型保真精度的方法，其特征在于，步骤如下 1)对于一个实验区域，水系为基准要素，重构山谷线为比较要素，建立水系和重构山谷线套合偏移量隶属度函数f (AD)f(AD) =A*fEMSE(AD)+B*fMax(AD) frise(AD)为偏移量中误差隶属度函数，fMax(AD)为最大偏移量隶属度函数，A e [O. 1,0. 3], B e
；当 DEMs>2&&DEMAh>80 时
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述水系和重构山谷线套合偏移量隶属度函数是运用模糊数学建立的，建立水系和重构山谷线套合偏移量隶属度函数所遵循的准则包括线状要素位移准则和尺度准则；线状要素位移准则当水系和地形特征线的偏移量中误差在O. 3_以内时，认为套合程度较好，即隶属度值达到O. 8以上；当水系和地形特征线的偏移量中误差为O. 4mm时，认为套合程度一般，即隶属度值在O. 5左右；当水系和地形特征线的偏移量中误差大于O. 4mm时，认为套合程度较差，即隶属度值在O. 5以下； 尺度准则依据线状要素的位移准则，并参照开方根规律，修正O. 4mm的中误差阈值在不同比例尺地形图中对应的实地偏移量；当地形图比例尺为I :10000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为5. 6m ;当地形图比例尺为I :50000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为20m ;当地形图比例尺为I :100000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为28. 3m ;当地形图比例尺为I :250000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为35. 8m ;当地形图比例尺为I :1000000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为71. 6m。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立水系和地形套合偏移量隶属度函数 所遵循的准则还包括平均坡度准则、最大套合偏移量准则和目视效果准则； 平均坡度准则实验区域平均坡度较小表明区域的等高线特征不明显，因此可以放宽线状要素位移准则；当平均坡度小于2。、高差小于80m时，重新修正O. 4mm的中误差阈值在不同比例尺地形图中对应的实地偏移量；当地形图比例尺为I :10000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为11. 2m ;当地形图比例尺为I :50000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为40m ;当地形图比例尺为I :100000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为56. 6m ;当地形图比例尺为I :250000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为71. 6m ;当地形图比例尺为I :1000000时，O. 4mm的中误差阈值对应实地偏移量为143. 2m ； 最大套合偏移量准则最大偏移量隶属度函数占水系和地形套合偏移量隶属度函数的比例为10%至30% ； 目视效果准则同一实验地区不同尺度数字高程模型之间，如果目视观察效果类似，那么计算得到的偏移量隶属度值不存在较大地差别；不同实验地区同一尺度数字高程模型之间，如果目视观察效果类似，那么计算得到的偏移量隶属度值同样不存在较大地差别。
全文摘要
本发明涉及一种定量评估数字高程模型保真精度的方法，用以解决定量评估中，由于缺少数字高程模型保真精度标准，等高线回放法只能定性评估的问题。本发明的方法充分利用制图综合规范中线状要素位移的规定，以水系和地形重构山谷线为例，计算两者之间的偏移量中误差值和最大偏移量值，运用模糊数学方法建立水系和重构山谷线套合偏移量隶属度函数，最终确定单一数字高程模型的套合隶属度值。该方法不仅可以用于数字高程模型的保真精度定量评估，而且可以用于确定数字高程模型多尺度转换的适宜范围。
文档编号G06F19/00GK102930146SQ20121039774
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者张锦明, 游雄, 王光霞, 张威巍, 张寅宝 申请人:中国人民解放军信息工程大学