专利名称：一种对数字高程模型数据高程校准方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测绘领域中的数字高程模型，特别涉及一种对航天飞机雷达地形测绘计划(SRTM)的数字高程模型数据高程校准方法及装置。
背景技术：
数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model,简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、冰川、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、气象、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系网络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础；在无线通讯上，可用于蜂窝电话的基站分析等等。2000 年，由美国国家航空航天局(NationalAeronautics andSpaceAdministration, NASA)的航天飞机雷达地形测绘计划(Shuttle Radar TopographyMission, SRTM)获取的全球北纬60度至南纬56度之间的数字高程模型(DEM)(约90m分辨率)，作为迄今垂直精度最高的全球数字高程模型数据(标称垂直精度为16m，优于ASTERGDEM的标称垂直精度20m)，已广泛应用于各种科学研究和工程应用。但是获取该DEM的C波段雷达信号对地表(特别是冰川、沙漠等地区)的穿透性极强，最多可达10m，造成数字高程模型的表面高程低于真实高程；此外在山区，由于高差较大，地形起伏剧烈，山体的阴影和叠掩也严重影响了数字高程模型的高程精度，因此直接应用数字高程模型将带来较大的误差。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于冰云和地面高度卫星地学激光测高数据对航天飞机雷达地形测绘计划(SRTM)的数字高程模型高程校准方法及装置，提高了数字高程模型高程精确度。为实现上述目的，本发明提供了一种对数字高程模型数据高程校准方法，该方法包括将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化；提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值；利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型；利用所述高程校准模型对数字高程模型进行高程校准。可选的，在本发明一实施例中，所述提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值步骤包括将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据转换为点矢量，将数字高程模型数据转换为面矢量；将转换后的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据和数字高程模型数据相叠加来获取两个矢量的交集；根据交集结果提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值。 可选的，在本发明一实施例中，所述利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型步骤包括对相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值进行回归分析获取校准模型系数；根据所述校准模型系数建立高程校准模型。可选的，在本发明一实施例中，所述高程校准模型为多项式校准模型或线性校准模型。为实现上述发明目的，本发明还提出一种对数字高程模型数据高程校准装置，该装置包括高程基准统一化单元，用于将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化；高程值单元，用于提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值；高程校准模型单元，用于利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型；校准单元，用于利用该高程校准模型对数字高程模型数据进行校准。可选的，在本发明一实施例中，所述高程值单元包括数据转换模块，用于将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据转换为点矢量，将数字高程模型数据转换为面矢量；叠加模块，用于将转换后的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据和数字高程模型数据相叠加来获取两个矢量的交集；提取高程值模块，用于根据交集结果提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值。可选的，在本发明一实施例中，所述高程校准模型单元包括校准模型系数模块，用于对相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值进行回归分析获取校准模型系数；建模模块，用于根据所述校准模型系数建立高程校准模型。可选的，在本发明一实施例中，所述建模模块获得的高程校准模型为多项式校准模型或线性校准模型。
上述技术方案具有如下有益效果本技术方案是基于冰云和地面高度卫星地学激光测高数据建立高程校准模型，通过高程校准模型对数字高程模型进行高程校准，使得数字高程模型的高程值精度大幅度提高，该技术方案为获取高精度的全球地表高程数据提供了一种可行性办法。进一步地，校准后的数字高程模型成为可靠的基础地理信息数据，为开展各种科学研究及工程应用提供参考。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图I为一种对数字高程模型数据高程校准方法流程图；图2为一种对数字高程模型数据高程校准装置结构框图；图3为一种对数字高程模型数据高程校准装置中高程值单元结构示意图；图4为一种对数字高程模型数据高程校准装置中高程校准模型单元结构示意图；图5为本发明实施例试验区的冰云和地面高度卫星地学激光测高系统测量全球陆地表面高程数据分布图；图6为本发明实施例试验区的数字高程模型图；图7为本发明实施例试验区的数字高程模型图的直方图；图8为本发明实施例试验区的冰云和地面高度卫星地学激光测高系统的高程数据和数字高程模型高程数据的散点图；图9为本发明实施例试验区的高程校准后的数字高程模型图；图10为本发明实施例试验区的高程校准后的数字高程模型图的直方图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。美国国家航空航天局于2003年I月发射了专门用于测量冰雪、云层和地面高度的ICESAT 卫星(Ice, Cloud, and land Elevation Satellite, ICESAT),其搭载的地学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter System, GLAS)通过每 172m 抽取直径约为 65m 的光斑可精确地测量地表高程，在平坦冰面上其精度达到O. 02m。由于冰云和地面高度卫星地学激光测高系统可获取全球范围的光斑高程数据(ICESAT共有15类数据产品，分别命名为GLA0LGLA02,…，GLA15，其中GLA14测量全球陆地表面高程)。因此，本申请基于该数据建立高程校准模型，对数字高程模型进行校准，提高数字高程模型的高程精度，使其成为可靠的基础地理信息数据，为开展各种科学研究及工程应用提供参考。如图I所示，为一种对数字高程模型数据高程校准方法流程图。该高程校准方法包括
步骤101 :将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化，使冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准与数字高程模型的高程基准一致，保证二者具有相同的高程参考系。其中，高程基准统一化是为了让两种高程数据都有相同的参考标准，否则两种高程数据无法相互比较。在此基础上提取相同点位的两种数据高程值，就可以进行对比了，进而建立高程校准模型。利用冰云和地面高度卫星地学激光测高数据来校准数字高程模型数据，首先必须将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据和数字高程模型数据的参考基准统一。基准统一分为两个部分，首先是参考椭球的统一，其次是参考框架的统一。所有的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据都使用TOPEX/Poseidon椭球作为参考椭球，而数字高程模型数据以WGS-84作为参考椭球。由于冰云和地面高度卫星地学激光测高数据采用的参考框架与WGS-84的参考框架都是IRTF2000。因此，只需把冰云和地面高度卫星地学激光测高数据从TOPEX/Poseidon椭球按照式(I)和式(2)转换到WGS-84椭球上。
权利要求
1.一种对数字高程模型高程校准方法，其特征在于，包括 将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化； 提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值； 利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型； 利用所述高程校准模型对数字高程模型进行高程校准。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值步骤包括 将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据转换为点矢量，将数字高程模型数据转换为面矢量； 将转换后的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据和数字高程模型数据相叠加来获取两个矢量的交集； 根据交集结果提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型步骤包括 对相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值进行回归分析获取校准模型系数； 根据所述校准模型系数建立高程校准模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高程校准模型为多项式校准模型或线性校准模型。
5.一种对数字高程模型数据高程校准装置，其特征在于，包括 高程基准统一化单元，用于将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化； 高程值单元，用于提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值； 高程校准模型单元，用于利用所述相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型； 校准单元，用于利用所述高程校准模型对数字高程模型数据进行校准。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高程值单元包括 数据转换模块，用于将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据转换为点矢量，将数字高程模型数据转换为面矢量； 叠加模块，用于将转换后的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据和数字高程模型数据相叠加来获取两个矢量的交集； 提取高程值模块，用于根据交集结果提取出相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高程校准模型单元包括校准模型系数模块，用于对相同点位的冰云和地面高度卫星地学激光测高数据高程值和数字高程模型数据高程值进行回归分析获取校准模型系数； 建模模块，用于根据所述校准模型系数建立高程校准模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建模模块获得的高程校准模型为多项式校准模型或线性校准模型。
全文摘要
本发明涉及一种对数字高程模型数据高程校准方法及装置，包括将冰云和地面高度卫星地学激光测高数据的高程基准和数字高程模型数据的高程基准统一化；提取出相同点位的地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值；利用所述相同点位的地学激光测高数据高程值和数字高程模型高程值建立高程校准模型；利用该高程校准模型对数字高程模型数据进行校准。本技术方案是基于冰云和地面高度卫星地学激光测高数据建立高程校准模型，通过高程校准模型对航天飞机雷达地形测绘计划的数字高程模型进行高程校准，使得数字高程模型的高程值精度大幅度提高，使得校准后的数字高程模型成为可靠的基础地理信息数据，为开展各种科学研究及工程应用提供参考。
文档编号G01C5/00GK102865852SQ201210332550
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者吴宏安, 张永红, 金姗姗, 段敏燕 申请人:中国测绘科学研究院