融合地形结构的DEM质量分析研究

针对目前DEM误差研究中重数据轻形态、重随机轻逼近、重整体轻局部、重模型轻语义的研究现状，遵循局部与全局、确定性与不确定性相结合的研究思路，在理论研究和实验分析的基础上，全面探索DEM质量分析方法和表征参数集。以影像数据和地形形态先验信息为参照，通过特征匹配、叠合等运算，揭示实际地形形态和DEM所表述的地形形态之间的差异；以DEM内插函数为主线，通过DEM逼近误差模型和随机误差模型的研究，构建DEM数据局部误差模型，建立DEM数据误差场，并厘定DEM曲面重建的误差区间；以地形形态特征和语义为约束，构建DEM形态误差场；探索DEM误差的空间结构，建立DEM质量描述的数值和语义表征参数集，研发DEM质量分析模拟器。本课题将DEM误差研究从单一数据层面推向数据和形态统一的层面，对揭示DEM误差的空间分布规律、提升DEM生产和应用水平、完善空间数据不确定性分析的理论与方法具有重要的理论和实践意义。

经过三年的研究，课题按计划完成相应的研究任务。. 在DEM地形形态表征方面，提出了地形形态的语义描述框架，研究了DEM地形特征提取的优化算法，从地形形态和空间关系两方面展开了DEM地形形态和实际地形的一致性分，提出了二者一致性分析的定量指标。. 针对当前地形复杂度的定性研究不足，研究了区域地形复杂度内涵和区域复杂度的定量化描述模型；通过DEM内插函数的数学和物理机理研究，提出了DEM内插统一模型描述框架；基于空间统计和误差传播等相关理论，实现了内插中趋势项和随机项的分离，提出了DEM逼近误差模型和DEM随机误差模型，进而构建了DEM高程数据的局部误差模型。基于DEM高程数据的局部误差模型，证明了DEM数据误差的空间自相关性和自相关模型，论述了DEM误差的空间结构和描述指标。. 提出了DEM误差场的概念，研究了DEM误差场的内涵，给出了DEM数据误差场和形态误差场的构建方法。通过对现有格网DEM的地形表达失真现象、失真形成原因与机理、失真现象的定量描述等方面研究，提出了DEM质量表征参数集，开发了DEM质量分析模拟器，并在此基础上，提出了顾及语义和几何的DEM数据模型、数据组织和构建方法，集成DEM质量模拟器，开发了融合地形结构的DEM构建原型系统。. 项目上述研究为全面衡量DEM质量，开展DEM质量评估参数研究奠定了良好基础。