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关于SRTM精度的讨论

SRTM数据的由来,相信大家大都有所了解,在此我进行简单的回顾一下,因为相关的介绍太多了,我也就转贴一个国内网站的简单介绍(ZT):国家图像和测绘局(NIMA)同美国宇航局(NASA)合作2000年进行了航天飞机雷达拓扑测绘(SRTM),即以航天飞 机为平台对全球进...

作者:penguin来源:http://www.lvye.org/|2006年07月10日
SRTM数据的由来,相信大家大都有所了解,在此我进行简单的回顾一下,因为相关的介绍太多了,我也就转贴一个国内网站的简单介绍(ZT):国家图像和测绘局(NIMA)同美国宇航局(NASA)合作2000年进行了航天飞机雷达拓扑测绘(SRTM),即以航天飞 机为平台对全球进行了同轨干涉(InSAR)雷达立体测绘。为了得到雷达信号干涉图,在航 天飞机舱内安装了一副主天线,再在舱外安装了一副副天线,雷达波由主天线向地面发射,回波由主副两天线同时接收。两副天线收到的回波会存在细小差别,两者相位差称为干涉相位。在已知雷达参数和航天飞机飞行参数的情况下,通过干涉相位和基线可以计算出地面目标的高程。航天飞机上的合成孔径雷达--SIR-C/X(航天成像雷达-C/X),由SIR-CX-SAR两台SAR集成 。其中SIR-C是一台双频多极化多视角SAR,而X-SAR是单频单极化多视角SAR。我补充的是SAR(合成孔径雷达)技术其实早在50年代就已经用在飞机上了,后来随着航天技术的发展,才被装到卫星上,他除了可以进行探测地形数据之外,还可以感测冰川变化,地震、海啸灾害造成的地壳变化,森林、农业方面也有很多应用。在2000年的航天飞机完成SRTM任务之前,90年代还有过航天飞机的两次类似的飞行,只是装载的雷达的精度低以及的飞行时间也较短(约50小时),属于测试性质飞行。
自从SRTM成功实施以后,各国都加大了对于SAR技术的研究,美国、欧盟等相继发射了相关卫星,目前的公开的标称精度已达到3(军用的侦察卫星应该更高一些),我国的SAR的技术水平,我看到的机载(指飞机)的精度能达到一米以下。如果装载到卫星上,精度就不好说了。SAR是当今卫星遥感的一个方向,早期的国内遥感教材(90年代)大多介绍光谱类的遥感理论,很少涉及此方面。近一两年的大学遥感教材多会有一两章节介绍雷达在遥感领域的应用(补充一下,我是因为业余爱好所以经常会到书店找遥感方面的书有此体会),商业化的专业遥感软件如PCIERDAS等随着版本的升级,雷达数据分析方面的功能也越做越强。
DEM
USGS制定的数字高程官方标准,网上可以公开下载,加起来100多页 USGS制定的DEM标准,为了与讨论的话题接近,我就画繁为简,通俗简单的描述一下,以1度区域的数据为例子:1==3600秒,SRTM-11弧秒)精度的数据是将1度的面积分成了3600x3600个小区域,每一个小区域的大小是1弧秒(约30x30的面积,实际上随着纬度的变化,面积会有一定的差异),,SRTM-33弧秒)精度的数据是将1度的面积分成了1200x1200个小区域,每一个小区域的大小是3弧秒( 90x90)。任何一个小区域只有一个数值代表给区域的中心的海拔高程,其余区域的高程数值都是通过该区域本身的一个高程数值以及相邻区域的高程属性值作距离加权差分计算的。相对而言,划分的区域面积越少,海拔的精度就越高。
SRTM
DEM的关系,SRTM仅仅是获取地形数据的方法之一,而且SRTM的数据结构与DEM类似,转换起来很容易。其他的如立体像对也能获取DEM数据,如ASTERDEM水平采样精度大约30,(据网上传说最初ASTER数据对于研究机构可以免费获得,还来才收费的,不知是否属实),SPOT5的精度水平定位精度15 链接国内的产品代理,而且spot5的法国厂家也要生成覆盖全球的数字高程模型,当然还有其它的一些方法获取地形数据。
SRTM
的数据是用16位的数值表示高程数值的(-/+/32767),最大的正高程9000,负高程(海平面以下12000)。空数据用-32767标准(空数据修复的依据,SRTMFILL以及用MATLAB的编程序修复都基于原始的数据本身的修复,仅仅是算法有一些区别,小空洞效果还勉强,大的洞效果不好。用其他的辅助数据高程的数据如GTOPO30 修复,一般需要编程,自从绿野的GENO同学发了一个数据修复后的下载网址后我发现该网站公布了ARCINFO以及TIFF两种修复格式,就仔细的查阅ARCINFO Workstation版的帮助文件,发现用Workstation版本身有一个命令,可以直接用辅助的数据如GTOPO30 等修复空洞数据,不需要编程序)。存储结构方面,大家都知道,计算机的数值是用二进制存储的,对于数值既可以高位在前,亦可以低位在前,因为STRM数据使用工作站处理的,它的存储结构与X86的方式正好相反,故此在SRTM数据早期发布的时候出了GMOZI等功能一般的普通软件可以处理以外,功能强大的一些PC版的商业软件反而处理不了,不过现在除了旧版本的软件外,新版本一般都更正了这个问题。
关于DEM数据的精度,USGS有相关的数据可以作参考,大体上1度的幅面(1度、30分、15分、7.5分等是地图幅面的区别,幅面越小,精度越高)采用的是3弧秒精度的数据,精度是125000030分幅面的数据用的2弧秒精度的数据,精度是110000015分的数据用2弧秒精度(Alaska:阿拉斯加州用)1633667.5分的数据用1弧秒或1/3弧秒(水平采样精度10124000 相关的网页链接如下 里面关于DEM的东西很多,也可以看看。在美国3弧秒精度的数据是被当作25万比例地图数据使用的。
National Imagery and Mapping Agency’s
NIMA )国家图像和测绘局:主管军用测绘和照相侦察两方面的事务,受美国国防部指挥。他制定DIGITAL TERRAIN ELEVATION DATADTEM)的标准包括了SRTM
现摘录部分章节如下:
Scope. This specification defines the requirements within
National Imagery and Mapping Agency’s (NIMA) Digital Terrain Elevation Data
Base which supports various weapon and training systems. This edition
includes the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DTED Level 1 and Level 2
requirements.


3.3.1 DTED Level 1 accuracy.
3.3.1.1 Absolute accuracy.
3.3.1.1.1 Absolute horizontal accuracy.
90% Circular Error (C.E.) World Geodetic System (WGS) < 50 meters
3.3.1.1.2 Absolute vertical accuracy.
90% Linear Error (L.E.) Mean Sea Level (MSL) ≤ 30 meters
3.3.1.2 Relative vertical accuracy (point-to-point).
90% L.E. MSL ≤20 meters over a 1° cell


3.3.2 DTED Level 2 accuracy.
3.3.2.1 Absolute accuracy.
3.3.2.1.1 Absolute horizontal accuracy.
90% Circular Error (C.E.) World Geodetic System (WGS) ≤ 23 meters
3.3.2.1.2 Absolute vertical accuracy.
90% Linear Error (L.E.) Mean Sea Level (MSL) ≤ 18 meters
3.3.2.2 Relative vertical accuracy (point-to-point).
90% L.E. MSL ≤ 12 meters over a 1° cell for low and medium
terrain (0 to 20% predominant slope).
90% L.E. MSL ≤ 15 meters over a 1° cell for high relief terrain
er than 20% predominant slope).


T3.10.9.4SRTM Accuracies. The SRTM DTED Level 2 has a system design 16
meter absolute vertical height accuracy, 10 meters relative vertical height
accuracy and 20 meter absolute horizontal circular accuracy. All accuracies
are at the 90% level. Individual SRTM DTED Level 2 cells have an accuracy
recorded in the ACC record calculated from the collection parameters. These
values will differ from the system design accuracies.
(系统的设计精度更高一些)

说明:Level 21弧秒的SRTMLevel 13弧秒的SRTM数据
可以点击链接选择
Performance Specification Digital Terrain Elevation Data (DTED®)
或者
直接点击链接
因为MIL的后缀,与军事有关可能部分地区上不了所以我特意选择了部分同精度有关的部分。

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