不同地貌类型区DEM空间内插算法精度评价

数字高程模型(DEM)是数字地貌形态表达最为常用的基础数据,在工程建设规划设计、地貌定量分析、流域水文和土壤侵蚀模拟分析、土地利用、数字地质、遥感图像辅助分类等方面具有重要的用途.通过数字化等高线空间内插生成DEM是当前的主要技术手段之一,不同的空间内插算法和不同的地貌区域应用对DEM生成的质量和精度有重要的影响.本文选择了丘陵、山地和高山地3种地貌类型区,利用国际上流行的DEM专业化插值ANUDEM方法及另外5种典型常用的空间插值方法生成DEM,然后通过任意点法、等高线回放法及三维可视化叠加分析方法对生成的DEM进行了精度对比分析.结果表明,3种地貌区ANUDEM算法生成的DEM精度最高,IDW算法其次,THIESSEN算法、Kriging算法和自然邻域法精度相似,样条函数法精度最低.同一种空间插值方法,在地形起伏越大的地区,生成的DEM精度越低.     

复杂条带状沟谷地形点云抽稀与内插算法对数字高程模型构建的精度影响

针对点云数据构建数字高程模型(DEM)的精度受点云抽稀和内插算法等因素影响的问题,设计不同点云抽稀方法和不同内插算法对DEM构建精度影响的两组试验,寻求适用于复杂条带状泥石流沟谷地形构建DEM的组合方法 .利用空间抽稀、体素分割抽稀、随机抽稀3种方法以96%的抽稀率对原始点云数据进行抽稀,得到的抽稀结果再分别应用自然邻点插值法、反距离权重法(IDW)、克里金法、样条函数法4种内插算法进行内插,共构建出12种组合生成DEM的方法,对每种组合方法构建的DEM进行高程和坡度精度评价分析.结果表明,针对泥石流沟谷地形空间抽稀条件下利用IDW进行DEM内插的结果最为可靠,拟合优越度为0.999 540,平均误差为0.746 2 m,中误差为1.262 9 m.     

采煤沉陷区地形插值方法精度对比分析及改进

为探究采煤沉陷区精确的地形特征,在常用地形插值模型的基础上提出一种改良插值模型。运用图像对比、交叉验证、相关性分析等方法对各插值方法进行精度分析,选取最合适该区域的插值方法;再根据非充分采动区沉陷地质结构和无法保留地形细节的情况,采用合适的插值法、使用K-means聚类法将整个研究区域分块,选取地表粗糙度Sr较大的区域,用薄板样条插值法重构局部地形DEM。线性三角网法插值曲面与真实的沉陷地形更吻合且连续性和趋势符合性良好,其评价指标精度最高。采用拟合度为0.9的薄板样条插值法重构Sr>1.50的地形DEM,并计算得整个区域的决定系数R²为0.981 5。结果表明,该组合插值方法在保持高精度的同时,具有可靠的平滑性,可以保留更多的地形细节。结论可为无人船数据构建沉陷区水下地形DEM选择最佳的插值方法及相关工作提供一定的参考。     

DEM快速构建及地形裁剪算法的研究

提出了一种快速构建DEM的算法。它先产生一个包含插值点在内的内插三角形，然后利用此三角形来内插插值点高程；为提高算法对复杂地形的适应能力，利用离散点及地性线对地形进行描述，并保证生成的三角形不跨越地性线。其次，提出了一种基于DEM的对三维地面进行裁剪的分治方法，该方法利用DEM数据生成一个规则的三角网并将裁剪边界插入到三角网中重新构建三角网，通过删除裁剪边界内的三角形来达到对地形裁剪的目的。     

一种曲面拟合内插数字海图水深插值算法的设计与实现

设计和实现了一种改进的曲面拟合内插水深插值算法。以实现海岸带数字高程模型(DEM)为背景，比较几种不同的水深插值算法的优点和不足，设计一种曲面拟合内插算法并建模实现，表明该算法具有插值结果较精确和鲁棒性较好等优点，应用在MGIS上进行海岸带DEM实验并取得了较好的实验结果。     

公路气候区划的DEM综合插值法

温度插值方法的精度对于公路气候区划有重要的影响,以新疆天山地区为例,利用天山及其周边地区共52个气象站点在1971~2000年间的气温数据,采用数理统计方法中的多元线性回归法分析了天山地区累年年平均气温与经度、纬度和海拔的相关关系,在基于DEM(数字高程模型)一般插值方法的基础上,引入残差提出了基于DEM的综合插值法,与反距离权重法、普通Kriging法以及基于DEM的一般插值方法进行了插值效果对比和精度比较,在此基础上对4种插值方法得到的温度分布进行了分区,并对分区结果进行了分析。研究结果表明:插值精度越高,插值得到的气温分布与实际气温分布越接近,温度区划结果就越精确;基于DEM的2种插值方法较反距离权重法、普通Kriging法精度提高了1倍,更适用于地形复杂地区的公路气候区划需求;基于DEM的综合插值法相较于基于DEM的一般插值法在计算精度上提高了10%以上,在公路气侯区划数据有限时具有一定的优越性。     

三种DEM插值方法的适应性对比分析

使用移动曲面拟合法、多面函数法、克吕格法3种DEM插值方法,对比分析其在不同地貌类型状况下的适应性。结果表明:多面函数法的适应性较好,无论在复杂的地形条件下、大幅度的地表起伏变化下都能够保证相对较高的内插精度;移动曲面拟合法能较好地适应于平原和山地地区;克吕格法的插值结果十分稳定但整体插值精度不高。     

耦合布料模拟滤波与径向神经网络DEM自动生成研究

DEM插值指利用已知的采样点数据重构整个区域的三维结构.其中DEM插值方法的选取是当前DEM快速生成的研究热点之一.选取具有代表性的地貌数据进行实验.首先,利用布料模拟滤波将SfM与SGM技术生成的密集点云过滤出地面点;其次,利用简单克里金插值算法、自然邻域插值算法、不规则三角网、径向神经网络4种方法重构DEM;最后,将平均绝对误差及均方根误差作为本文的精度评价指标.试验表明,耦合布料模拟滤波算法和径向神经网络的方法相比于传统方法,其平均绝对误差及均方根误差分别提高了0.11 m和0.28 m,适用于低空摄影测量DEM快速生成.     

数字高程模型中插值算法对坡度和坡向的影响——以历山山区为例

数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是地表形态的数字化表达,其他地形因子如坡度,坡向等可在DEM的基础上提取.文章以山西省运城历山山区为研究区域,数据源取自样区的1∶5万的航拍地形图,利用ArcGIS软件,对比四种插值算法,反距离权重插值,样条函数插值,克里金插值和TIN(不规则三角网)插值算法所生成的DEM在提取坡度、坡向上的差异.研究结果:对于不同的插值算法,所提取的坡度在第1~10级(0°~30°)之间差异较大,所提取的坡向差异主要在正北方向,而且TIN算法产生的平地面积大于其余3种算法.     

数字高程模型的建立与分析应用

为了用数字高程模型实现区域地形表面的数字化表达,通过对比分析的方法,研究了不规则格网(TIN)和规则格网生成的几种算法,对几种算法进行了比较,同时对数字高程模型的应用进行了分析,结果表明,逐点内插法十分灵活,内插效率较高,精度较高,计算方法简单又不需很大的计算机内存,因此逐点内插法是目前DEM生产中常用的内插方法;随着算法的不断改进和完善,DEM生成效率和精度的提高,其应用前景将十分广阔.     

新疆天山山区降水量插值方法比较

雨量站网通常采用插值法获取降水空间分布信息,但在气象站点分布不均,海拔落差大的复杂山区,普通插值法插值结果精度较低.针对复杂山区,应在普通插值方法的基础上加入高程等地形因素.以我国新疆天山山区及周边44个气象站点57年(1958～2015)的平均年降水量和平均季度降水数据为基础,采用克里金插值法、样条函数插值法、反距离权重插值法、考虑高程的反距离权重插值法以及考虑高程的协同克里金插值法5种方法进行空间降水插值,选用36个为插值站点,8个为检验站点,通过相对误差和均方根预测误差为指标对插值结果进行检验,研究不同插值方法对天山山区降水插值结果精度影响.结果表明:采用混合插值的考虑高程的反距离权重法与考虑地形因素的协同克里金法的插值结果与实际情况较为一致.     

基于VC++的移动曲面拟合等高线生成算法

对现有空间插值算法进行了分析,探讨了基于移动曲面拟合等高线生成算法,优化了等高线线性内插和平滑输出的算法,编写了基于VC 的拟合等高线程序,通过模拟数据生成等高线实验,分析了算法的优缺点,探讨了生成等高线的精度.获取的精度表明该算法是可行和有效性的.     

四种气温空间插值方法适用性分析

探讨不同地貌类型区各种气温空间插值方法的精度及其适用性,为环境科学、生态学和地理学等区域性研究提供气象要素空间插值方法选择依据。基于地面气象站点实测气温数据,采用Kriging、IDW、Spline和TPS四种空间插值方法对三江源区、横断山区、内蒙古草原和松嫩平原等热点研究区域进行气温空间插值精度对比分析。结果表明:①TPS插值法引入高程作为协变量提高了插值精度,适用于如青藏高原东南缘地形起伏较大、地域范围较广的区域,但在干热河谷等特殊地理环境中,插值精度有所下降且存在低估现象;②Kriging插值精度高于IDW和Spline,适用于地势平坦的松嫩平原等区域;③IDW和Spline插值法对气象站点分布和密度要求较高,适用于气象站点密度大且地形起伏较小的区域。4种气温插值方法中,TPS插值法精度最高,其次为Kriging插值法,IDW和Spline插值法精度相当。     

工程土方计量空间插值方法对比分析研究

为了更加准确地通过有限的地面测量点数据进行工程土方量计算,本文以新左旗光伏发电厂平整地项目为例,采用反距离加权插值法、样条插值法、克里金插值法、自然邻域插值法等不同的DEM模型内插方法计算工程土方量,通过对计算结果精度的对比分析,发现运用克里金插值法在不同地形条件下生成的数字高程模型在土方计量方面的计算精度较高。     

基于空间分析方法对TIN模型建立后平区域的修正

基于等高线和其他地形特征要素构建的TIN模型，再内插生成DEM往往存在大量不合理平三角形造成的平坦区域，针对这些不合理的平坦区域提出了利用空间分析的方法，对其进行修正，使得DEM逼近地形特征，首先提出了利用似圆度以及其他参数对不同类型的平三角形进行归类，进而将不合理的平区域提取出来，然后针对不同类型的平区域使用不同的处理方法，对山顶造成的平区域采用了增加内插点的方法，对等高线曲率比较大的地方以及鞍部形成的平区域，采用平区域的缓冲区选择方法提取影响平坦区域内插值的高程点，采用局部内插方法获取其平坦区高程值，通过叠加运算的方法来修正不合理平坦区，最后通过实验验证了此方法的有效性。     

基于Delaunay三角网与Voronoi图联合提取等高线骨架的地形重建算法研究

提出一种基于Delaunay三角网与Voronoi图联合提取等高线特征骨架的地形重建算法,该算法利用各Delaunay三角形与其对偶Voronoi多边形之间的关系,能一步高效的提取骨架,再通过分析骨架点与主要地貌特征的对应关系,对骨架点进行插值,最后由提取的骨架及原有等高线共同建立新的TIN,完成整个数字高程模型(DEM)的生成。实验结果表明,该算法对修正TIN 中不真实的平坦区域有良好的效果,使得生成的TIN 能更准确地描述地形特征。     

GIS数字地形模型的建立及应用研究

介绍了GIS数字地形模型（DTM）的构造原理和方法,用离散点移动拟合距离加权平衡插值方法生成了GIS数字高程模型（DEM）,以DEM为基础,用离散点插值数值拟合方法构造了DTM的数学模型,用该模型从DEM中提取地面单元的平均高程、相对高程、高差、高程变形、坡度、坡向、地面粗糙度、坡面形态、谷脊特征线、沟谷密度、沟谷深度等各种地形结构线,由EDM产生了三维地形立体模型和各种地形剖面,以及地面幅照度的计算和地形阴阳坡的划分等,用该方法对晋西离石羊道沟流域的土壤侵蚀进行了试验研究。     

融合两种方法内插格网DEM

首先对内插格网DEM的两种常用的方法(移动曲面内插法和加权最小二乘法)作了较为详细的叙述,对比其优劣。最后提出如何把两种方法相结合进行格网DEM内插的方法,并给出了算法流程图。     

基于多项式插值的定时恢复内插算法

经典的数字调相信号的定时恢复算法中,接收端定时误差矫正主要采用对内插滤波器逼近的方法来实现,这往往会将插值误差通过滤波后平均到定时输出中.提出一种基于时域多项式插值的定时误差矫正算法,通过选取最佳定时位置附近的采样点来构成插值模型,根据Lagrange插值算法或Newton插值算法得出表示信号时域波形的连续多项式函数解析式,取出该最佳定时点处的函数值作为定时恢复的输出,针对输出表达式的多项式特性以及差商和差分的关系对其进行类似Farrow结构的改进,以降低计算复杂度.对该算法在高斯信道下进行仿真,结果表明,所提出的时域样点插值法比内插滤波器逼近法的星座点收敛得更小,且收敛速度更快.     

数字高程模型（DEM）误差分析的逼近论模型

通过对现有地面DEM各种不同观点的分析,阐明地面是多个单元曲面在复杂的地形结构线上拼接而成的确定表面;对把地面或其局部视为随机曲面的观点以及以随机误差概括DEM误差的流行观点和方法提出明确异议,并给出具体论据和分析.针对所有DEM生成方法均使用内插方法却大多避而不谈逼近理论和逼近误差的怪现象,分析了正确的地面现、数据观、逼近观三者之间互相依存的紧密关系.在此基础上,运用数值逼近理论量化地分析了DEM主要生产过程的误差及其作用机制,指出符合规范的测绘数据能在该分辨率上正确反映地形结构特征;给出了规范数据常用的线性、三角形上线性、双一次拟线性DEM内插方法的内插误差模型,以及偶然误差在该逼近函数下的传播模型,指出并证明了DEM最优线性内插模型及其卓越特性;运用这些模型解释了历史试验中若干引起困惑的问题.