基于無(wú)控DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差的檢測(cè)分析研究

王佑武,張四季,朱建華

（1.32016部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020；2.61243部隊(duì)，新疆 烏魯木齊830020）

1 概述

數(shù)字高程模型 （Digital Elevation Model,簡(jiǎn)稱(chēng)DEM）是通過(guò)格網(wǎng)點(diǎn)表達(dá)一定范圍內(nèi)地面高程信息的數(shù)據(jù)集合，并通過(guò)這些高程數(shù)據(jù)數(shù)字化模擬地面地形[1]，從而真實(shí)反映區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布。通常檢查驗(yàn)收的內(nèi)容有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、平面位置和高程精度、邏輯一致性、現(xiàn)勢(shì)性、格網(wǎng)質(zhì)量、元數(shù)據(jù)和附件質(zhì)量等[2-4]，在這些質(zhì)量檢查元素中，工作量和難度最大的就是格網(wǎng)點(diǎn)的三維方向偏差檢測(cè)。目前，對(duì)于有地面控制點(diǎn)的區(qū)域，以部分野外控制點(diǎn)和加密點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)比對(duì)檢測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)格網(wǎng)點(diǎn)的高程值偏差，并計(jì)算其中誤差或均方差，這種方法雖然成熟簡(jiǎn)單，被廣泛使用，但受人員、設(shè)備及其采集點(diǎn)的密度等因素的影響大、自動(dòng)化程度低，可選取的檢測(cè)點(diǎn)少，并且籠統(tǒng)采用中誤差或均方誤差的大小作為檢核標(biāo)準(zhǔn)并不能有效反映生產(chǎn)質(zhì)量[5-6]，比較適合小區(qū)域或局部格網(wǎng)點(diǎn)偏差的檢核。在困難測(cè)區(qū)，因各種條件限制，既無(wú)法獲取該區(qū)域可靠的控制資料，也無(wú)法進(jìn)行實(shí)地野外控制測(cè)量，通過(guò)僅比對(duì)已知檢測(cè)點(diǎn)的方式已不適用，通常還要在立體環(huán)境下根據(jù)地形地貌特征選取少量格網(wǎng)點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)，以選取的格網(wǎng)點(diǎn)和立體模型的套合程度來(lái)確定其位置的偏差，這種方法雖然也比較簡(jiǎn)單，但選取的檢測(cè)點(diǎn)缺乏代表性，也受人員、設(shè)備因素影響，并且檢測(cè)工作量大、檢測(cè)結(jié)果可靠性也差，無(wú)法滿(mǎn)足需求。本論述分析以遙感衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)資料、利用適普公司VirtuoZo SAT衛(wèi)星影像測(cè)圖軟件、基于無(wú)地面控制點(diǎn)的多模型區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)制作DEM的流程，依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，構(gòu)建了一種檢測(cè)及分析格網(wǎng)點(diǎn)偏差的方法，并以軟件工程思想設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的檢測(cè)軟件，提高了檢測(cè)效率和可靠性。

2 無(wú)控?cái)z影測(cè)量方法制作DEM流程

因原始資料、測(cè)區(qū)地形地貌特征、數(shù)據(jù)精度及其生產(chǎn)制作平臺(tái)等不同，DEM的制作方式通常有地面測(cè)量、地形圖數(shù)字化和攝影測(cè)量三種。對(duì)于人員難以到達(dá)，又無(wú)地面控制成果和相應(yīng)地圖資料的大區(qū)域，一般采用攝影測(cè)量的方法來(lái)制作，具體為基于無(wú)地面控制點(diǎn)的多模型區(qū)域網(wǎng)平差方法構(gòu)建立體環(huán)境，利用衛(wèi)星影像測(cè)圖和解譯判繪方法在立體模型上采集特征點(diǎn)、特征線(xiàn)和等高線(xiàn)作為制作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再在相應(yīng)制作平臺(tái)上引入這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，內(nèi)插生成單模型成果，再通過(guò)拼接、裁切和檢查驗(yàn)收獲得最終成果。作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 DEM制作流程

3 DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差檢測(cè)

DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差的檢測(cè)檢驗(yàn)方法與其數(shù)據(jù)制作方法相對(duì)應(yīng)，無(wú)論何種方法，其實(shí)質(zhì)是檢測(cè)DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏離立體模型的程度，包括高程和平面位置的偏離。由于DEM由大量的格網(wǎng)點(diǎn)組成，且這些格網(wǎng)點(diǎn)在每個(gè)方向的偏差都是獨(dú)立隨機(jī)的，具有正態(tài)分布形態(tài)[7]。因此，可以引用正態(tài)分布性質(zhì)構(gòu)建檢測(cè)數(shù)學(xué)模型、編制檢測(cè)軟件自動(dòng)直觀(guān)分析格網(wǎng)點(diǎn)三維方向的偏差情況，從而提高成果精度檢測(cè)的可靠性。

3.1 常規(guī)檢測(cè)方法

基于無(wú)地面控制點(diǎn)攝影測(cè)量的方法構(gòu)建的DEM，由于沒(méi)有實(shí)做地面控制點(diǎn)參與解算和檢測(cè)，DEM的平面和高程精度的評(píng)估通常通過(guò)人工比較格網(wǎng)點(diǎn)在影像立體模型上的偏差來(lái)表達(dá)。具體就是把DEM疊加到立體模型上，人工選取部分格網(wǎng)點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)，在立體模型上觀(guān)測(cè)檢測(cè)點(diǎn)的高程值，再通過(guò)比對(duì)檢測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)格網(wǎng)點(diǎn)的高程偏差來(lái)判斷DEM成果精度。這種方法自動(dòng)化程度低，檢測(cè)人員技術(shù)水平影響大，內(nèi)容不全面，往往忽略了平面位置的偏差，尤其選取的檢測(cè)點(diǎn)很難代表該區(qū)域地形地貌特征，檢測(cè)質(zhì)量難以保證。

3.2 自動(dòng)檢測(cè)方法

基本思路是根據(jù)DEM格網(wǎng)點(diǎn)在各個(gè)方向上的偏差符合正態(tài)分布的特性，構(gòu)建檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合立體測(cè)圖平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)自動(dòng)檢測(cè)軟件系統(tǒng)，對(duì)格網(wǎng)點(diǎn)的三維偏差都進(jìn)行檢測(cè)分析。主要步驟包括制定檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)樣本文件（包含構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)文件和立體模型重采樣構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)文件等），計(jì)算偏差分析策略元素（包括中誤差、均方差、最大偏差、最小偏差，偏態(tài)系數(shù)等），定制檢測(cè)分析策略，按照檢測(cè)分析策略和偏差分析策略元素值分析DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差情況，形成偏差檢測(cè)分析報(bào)告等。

3.2.1 制定檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)

不同特征的區(qū)域檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，以均勻分布又兼顧地形地貌特征為基本原則。一般應(yīng)包括區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)、最低點(diǎn)和地形地貌突變處、建筑物密集處、植被茂密和大面積水域等重點(diǎn)區(qū)域，其他區(qū)域內(nèi)以與格網(wǎng)間距成倍數(shù)均勻選取既可，一般10倍為宜。地形地貌特殊區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況在地形地貌特殊變換處設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)；地形地貌比較復(fù)雜區(qū)域，要多選取幾組檢測(cè)點(diǎn)。植被覆蓋區(qū)域檢測(cè)點(diǎn)盡量選取在能夠在立體模型上切準(zhǔn)的位置；水域中檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量在岸邊選取，避免在位于水面的建筑物或構(gòu)筑物上選?。痪用顸c(diǎn)工農(nóng)業(yè)文化設(shè)施較密集區(qū)域，盡量選擇在道路交叉口、空地、桿塔等比較容易識(shí)別且能夠準(zhǔn)確切準(zhǔn)的位置，避免選擇在屋頂、墻角、溝渠等有高差、陰影遮擋、反差較大的位置。

3.2.2 構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)文件

按照檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)從DEM成果中提取檢測(cè)點(diǎn)三維位置信息，并賦予特定地物類(lèi)型屬性，構(gòu)成符合地物編碼標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)點(diǎn)。為了區(qū)別于其他地物，該檢測(cè)點(diǎn)類(lèi)型屬性一般選取該測(cè)區(qū)不存在地物的類(lèi)型或設(shè)計(jì)規(guī)定某種特定類(lèi)型。所有檢測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和特定類(lèi)型屬性，重新構(gòu)建成符合地物數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)點(diǎn)集合文件，以便后續(xù)導(dǎo)入立體環(huán)境進(jìn)行立體切準(zhǔn)檢測(cè)。

3.2.3 重采樣構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)文件

在立體測(cè)圖環(huán)境下，引入以DEM決定空間位置、以特定地物屬性編碼為基礎(chǔ)構(gòu)建的檢測(cè)點(diǎn)文件。根據(jù)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的位置，逐點(diǎn)重新采集該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，形成檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)文件，并以文本格式導(dǎo)出。重新采樣獲得基準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)的三維位置作為衡量格網(wǎng)點(diǎn)偏差的基準(zhǔn)。

3.2.4 計(jì)算偏差分析策略元素

以基準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)組成點(diǎn)對(duì)，解算點(diǎn)對(duì)在X、Y、Z方向上的偏差值、偏差最大值和最小值、偏差均值、偏差均方差和偏態(tài)系數(shù)，以便分析應(yīng)用。檢測(cè)區(qū)域內(nèi)n個(gè)點(diǎn)對(duì)中對(duì)應(yīng)第i個(gè)點(diǎn)對(duì)的X、Y、Z 方向的偏差值分別用 dxi、dyi、dzi表示 （i表示檢測(cè)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)序號(hào)，取值從1至n，n表示所有檢測(cè)點(diǎn)對(duì)的個(gè)數(shù)），最大偏差值分別用 dxmax、dymax、dzmax表示，最小偏差值分別用 dxmin、dymin、dzmin表示，偏差均值分別用表示，偏差均方差分別用Sx、Sy、Sz表示，偏態(tài)系數(shù)分別用 Cxs、Csy、Csz表示。 計(jì)算公式如下：

Xoi、Yoi、Zoi分別表示第 i個(gè)檢測(cè)點(diǎn)組中原始DEM 格網(wǎng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，Xji、Yji、Zji分別表示第 i個(gè)檢測(cè)點(diǎn)組中對(duì)應(yīng)重采樣獲得基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。

3.2.5 定制檢測(cè)分析策略

利用檢測(cè)點(diǎn)三維方向上的偏差值、偏差均值、偏差均方差、偏差極限值和不同模型或圖幅的偏差偏態(tài)系數(shù)等分析策略元素值，分析判斷成果在三維方向上的偏差情況，也可繪制不同方向的樣本偏差離散圖，分析偏差的分布情況及其趨勢(shì)。

對(duì)于單幅DEM而言，如果所有偏差值沒(méi)有超出限差范圍，在三個(gè)方向上的偏差均值都相等，且位于各自正態(tài)分布曲線(xiàn)的中部，則成果精度最為理想。如果所有偏差值雖然沒(méi)有超出限差范圍，但在三個(gè)方向上的偏差均值或偏差均方差較大，接近于限差，格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)值在不同方向整體偏小或者偏大，需要對(duì)各自方向上偏差絕對(duì)值最大的點(diǎn)位重新進(jìn)行核查，以便提高成果精度。如果在某個(gè)方向上的個(gè)別偏差值超過(guò)其限差范圍，成果精度則不符合要求，尤其如果高程偏差較大，DEM數(shù)據(jù)中就會(huì)存在飛點(diǎn)，應(yīng)考慮在立體環(huán)境下某方向未切準(zhǔn)立體模型，或檢查人員重采樣不正確造成，需要對(duì)所有超出限差范圍的格網(wǎng)點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行檢查修改，修改完成需要重新檢核。如果在某個(gè)方向上偏差值整體偏離偏差范圍，應(yīng)考慮模型定向是否存在問(wèn)題，需要從立體模型定向工序檢查定向是否超限，再依據(jù)具體情況進(jìn)行修改。

對(duì)于測(cè)區(qū)整體DEM格網(wǎng)點(diǎn)的偏差檢核分析，采用先單幅再整體的原則，通過(guò)分析比較相鄰DEM格網(wǎng)點(diǎn)三個(gè)不同對(duì)應(yīng)方向的偏差均方差的大小，分析全部測(cè)區(qū)DEM成果數(shù)據(jù)的精度。即先用單幅DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差檢測(cè)分析的方法，檢核并修改獲得滿(mǎn)足精度要求的單幅DEM數(shù)據(jù)，再兩兩比較相鄰圖幅在三個(gè)方向上的偏差均方差，如果三個(gè)方向上的偏差均方差較小，則測(cè)區(qū)成果精度整體較為理想，如果在某一方向偏差均方差較大或三個(gè)方向上偏差均方差都較大，應(yīng)考慮不同模型或圖幅間定向或接邊有問(wèn)題，需要進(jìn)行定向或接邊檢查核對(duì)。

對(duì)于測(cè)區(qū)地貌特殊地形多變，立體像對(duì)影像云影或斑點(diǎn)較多等影像不夠清晰時(shí)，對(duì)多幅DEM精度的分析檢核，還應(yīng)利用檢測(cè)點(diǎn)在三個(gè)方向上偏差的偏態(tài)系數(shù)Cs進(jìn)行綜合分析，Cs=0時(shí)為正態(tài)分布，Cs>0時(shí)為正偏分布，Cs<0時(shí)為負(fù)偏分布[8]。如果各方向偏態(tài)系數(shù)等于零，則成果最為理想。如果某方向表現(xiàn)為正（負(fù)）偏分布，則表明格網(wǎng)點(diǎn)在該方向偏差值大部分大于（小于）偏差中值，存在個(gè)別格網(wǎng)點(diǎn)在該方向偏差值偏?。ù螅┑摹半x群”數(shù)據(jù)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)偏差值偏大和偏小的點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核檢查。

這些偏差的產(chǎn)生可能是由于作業(yè)人員或檢測(cè)人員在立體環(huán)境下因視差不同造成，或者由于立體影像質(zhì)量較差，云影、雪山、森林植被等遮擋嚴(yán)重，采集光標(biāo)點(diǎn)無(wú)法切準(zhǔn)立體模型表面造成，也有可能由于立體定向時(shí)模型間誤差較大，致使格網(wǎng)點(diǎn)位置整體偏向某一方向，或者使高程值升降。圖2為DEM格網(wǎng)點(diǎn)在x方向偏差的統(tǒng)計(jì)情況，其中f(dx)表示DEM格網(wǎng)點(diǎn)在x方向?qū)?yīng)偏差值dx的數(shù)量，格網(wǎng)點(diǎn)在y方向和z方向的偏差值及其對(duì)應(yīng)的數(shù)量形態(tài)和在x方向上形態(tài)一致，可以用相同的方法進(jìn)行分析評(píng)估。

圖2 X方向偏差統(tǒng)計(jì)圖

3.2.6 檢測(cè)分析及其報(bào)告制作

依據(jù)分析策略元素值和分析策略進(jìn)行DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差分析，并按照檢測(cè)報(bào)告格式要求編寫(xiě)DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差分析報(bào)告[9]。

3.3 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)依據(jù)自動(dòng)檢測(cè)的方法步驟設(shè)計(jì)檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，并以Virtual C++為開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了偏差檢測(cè)分析評(píng)估系統(tǒng)?；竟δ苣K有系統(tǒng)配置、選取檢測(cè)點(diǎn)、計(jì)算分析策略元素值、檢測(cè)結(jié)果分析及檢測(cè)報(bào)告的構(gòu)建。

系統(tǒng)配置主要包括系統(tǒng)安全密鑰的設(shè)置、DEM成果基本信息的填寫(xiě)、檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)分析策略的構(gòu)建，以及精度檢測(cè)報(bào)告格式模板設(shè)計(jì)等。構(gòu)建檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)和分析策略就是以表單文件或文本文件的形式把已制定好的全部檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)和分析策略編制成系統(tǒng)能夠讀取的格式，也可在系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)和策略開(kāi)放式編輯窗口中，根據(jù)DEM區(qū)域特征自定義選取標(biāo)準(zhǔn)和策略?xún)?nèi)容。

選取檢測(cè)點(diǎn)模塊，按照系統(tǒng)配置中設(shè)置的選取標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際特征，以選項(xiàng)界面的形式勾選或自定義合適的檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)，再把待檢測(cè)的DEM成果數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)按照用戶(hù)制定的選取標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)從DEM成果數(shù)據(jù)中提取出檢測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)值，并賦予特殊屬性編碼，重新構(gòu)建成符合立體測(cè)圖系統(tǒng)能夠讀取的檢測(cè)點(diǎn)文件。

制作標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)模塊，系統(tǒng)以外部命令形式調(diào)用第三方立體測(cè)圖平臺(tái)，在此平臺(tái)上構(gòu)建立體環(huán)境，引入檢測(cè)點(diǎn)文件，重新采集該點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再以文本格式導(dǎo)出，形成檢測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)文件。

計(jì)算分析策略元素值模塊，調(diào)用檢測(cè)點(diǎn)文件和檢測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)文件，按照策略元素計(jì)算公式，計(jì)算出分析策略元素值。

檢測(cè)結(jié)果分析及檢測(cè)報(bào)告構(gòu)建模塊，根據(jù)計(jì)算所得的偏差分析策略元素值和用戶(hù)選取的偏差分析策略，系統(tǒng)自動(dòng)分析DEM成果在三維方向上偏差大小和偏差的離散程度，進(jìn)而推斷成果的偏差情況及其偏差超限的趨勢(shì)和原因。檢測(cè)分析完成后，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告格式，填寫(xiě)成果名稱(chēng)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、格網(wǎng)間距、制作方法、偏差檢測(cè)點(diǎn)選取原則及個(gè)數(shù)、檢測(cè)分析結(jié)論、制作單位、制作時(shí)間等基本信息，并以附表形式制作抽樣檢測(cè)點(diǎn)及重采樣檢測(cè)點(diǎn)、三維方向偏差值等數(shù)據(jù)報(bào)表。

4 實(shí)例分析

4.1 試驗(yàn)區(qū)及資料情況

試驗(yàn)區(qū)域?yàn)槲覈?guó)西部某無(wú)人區(qū)，地形地貌復(fù)雜，人員難以到達(dá)。大部分為山地、高山地地形。測(cè)區(qū)植被稀少，交通不便，冬季大雪封山，人跡罕至，發(fā)育著巨大的現(xiàn)代山地冰川。測(cè)區(qū)沒(méi)有控制資料，影像資料有2017年8月拍攝的GeoEye-1衛(wèi)星立體影像數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的RPC參數(shù)文件，該衛(wèi)星影像的地面分辨率為0.41m、重疊10%～30%、云影遮蓋小于15%，能夠滿(mǎn)足作業(yè)要求。

4.2 數(shù)據(jù)要求及作業(yè)流程

DEM數(shù)據(jù)投影為CGCS 2000橢球參數(shù)、高斯-克呂格投影，按3°分帶，2000中國(guó)大地坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，格網(wǎng)間距為10m，高斯直角坐標(biāo)系規(guī)則格網(wǎng)。高程精度與相同比例尺數(shù)字地形圖高程注記點(diǎn)精度一致，立體觀(guān)測(cè)困難地區(qū)，高程中誤差放寬到1.5倍。作業(yè)采用適普公司VirtuoZo SAT衛(wèi)星影像測(cè)圖軟件，按照?qǐng)D1流程進(jìn)行作業(yè)。

4.3 偏差檢測(cè)及分析

為了測(cè)試自動(dòng)檢測(cè)方法的可靠性，選取試驗(yàn)區(qū)40幅DEM成果用常規(guī)檢測(cè)方法和自動(dòng)檢測(cè)方法分別進(jìn)行了偏差檢測(cè)和分析，并對(duì)檢測(cè)效果進(jìn)行了評(píng)估和作業(yè)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。具體分為三步，第一步，把試驗(yàn)區(qū)每1幅作為檢測(cè)單元，每4幅作為1個(gè)檢測(cè)區(qū)域，全試驗(yàn)區(qū)共分40個(gè)檢測(cè)單元、10個(gè)檢測(cè)區(qū)域。每個(gè)檢測(cè)單元中按照預(yù)設(shè)好的檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)，分別選取10個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)。第二步，計(jì)算匯總檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所有檢測(cè)點(diǎn)三個(gè)方向的偏差值、偏差最大值、偏差最小值、偏差均值和偏差均方差，分析評(píng)估單個(gè)區(qū)域內(nèi)成果在三個(gè)方向偏差分布特征，某區(qū)域統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。第三步，對(duì)全試驗(yàn)區(qū)的4個(gè)檢測(cè)區(qū)域的偏差均值和偏差均方差進(jìn)行比較，也可計(jì)算4個(gè)檢測(cè)區(qū)域三個(gè)方向的偏態(tài)系數(shù)，根據(jù)偏差均值、偏差均方差和偏差偏態(tài)系數(shù)依據(jù)檢測(cè)分析策略綜合分析評(píng)估試驗(yàn)區(qū)成果的整體精度情況，提出需要改進(jìn)建議。立體模型接邊和圖幅接邊偏差檢查，只需在模型或圖幅接邊重合處選取適當(dāng)數(shù)量檢測(cè)點(diǎn)，計(jì)算三個(gè)方向的偏差值，并根據(jù)檢測(cè)分析策略進(jìn)行分析評(píng)估既可。選取3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的某圖幅北圖廓接邊偏差檢測(cè)情況見(jiàn)表2，其他圖幅接邊偏差檢測(cè)與表2相似。

表1 單元偏差統(tǒng)計(jì)表 單位：m

表2 接邊偏差統(tǒng)計(jì)表 單位：m

常規(guī)檢測(cè)中，投入4名作業(yè)人員，總計(jì)耗時(shí)約28h，人工選取400個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中，作業(yè)人員立體模型未切準(zhǔn)造成5幅共8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)平面位置超限，樹(shù)木遮擋造成4幅共12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)高程超限，多幅大區(qū)域整體偏差情況不能分析。

自動(dòng)檢測(cè)中，投入人員2名作業(yè)人員，總耗時(shí)約3.5h，按照檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)選取了400個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。通過(guò)檢測(cè)，作業(yè)人員立體模型未切準(zhǔn)造成7幅共14個(gè)檢測(cè)點(diǎn)平面位置超限、14個(gè)檢測(cè)點(diǎn)高程超限，影像云影造成3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)高程超限，樹(shù)木遮擋、高層建筑陰影影響造成25個(gè)檢測(cè)點(diǎn)高程超限，測(cè)區(qū)地形劇烈變換造成4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的平面位置和高程均超限；10個(gè)檢測(cè)區(qū)域中，9個(gè)區(qū)域檢測(cè)對(duì)象在三個(gè)方向的偏態(tài)系數(shù)絕對(duì)值都小于0.35，1個(gè)幅檢測(cè)區(qū)域在Z方向上偏態(tài)系數(shù)為-3.1，經(jīng)核查該區(qū)域中1幅數(shù)據(jù)由于作業(yè)員視差，在陰影處格網(wǎng)點(diǎn)光標(biāo)整體未切實(shí)模型表面。檢測(cè)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。為了核實(shí)檢測(cè)成果的真實(shí)性，組織了有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員在立體環(huán)境下進(jìn)行了復(fù)核并對(duì)產(chǎn)生超限的原因進(jìn)行了分析，復(fù)核結(jié)果表明，兩種檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際相符。

表3 結(jié)果比對(duì)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)檢測(cè)方法與常規(guī)檢測(cè)方法相比，選取的檢測(cè)點(diǎn)代表性更突出全面，能有效覆蓋全部檢測(cè)區(qū)域，避免了人工選取既費(fèi)時(shí)又不夠合理的缺陷；檢測(cè)耗時(shí)減少24.5h，檢測(cè)效率提高了8倍；檢測(cè)結(jié)果更可靠，同樣檢測(cè)區(qū)域中，多檢測(cè)出40個(gè)超限點(diǎn)，差錯(cuò)率從5%提高到15%，檢測(cè)可靠性提高了3倍；偏差數(shù)據(jù)計(jì)算更準(zhǔn)確快速，分析更全面細(xì)致，不僅僅憑借單點(diǎn)偏差值，而且能夠通過(guò)偏差均值、偏差均方差和偏差偏態(tài)系數(shù)等偏差分析元素，對(duì)不同模型、不同圖幅綜合分析整體偏離傾向，并指出可能存在的原因和提出解決建議，具有分析決策的功能，尤其對(duì)大區(qū)域、大數(shù)據(jù)量DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差的檢測(cè)其優(yōu)點(diǎn)更為突出。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，DEM獲取越來(lái)越快速高效，其成果精度檢測(cè)方法應(yīng)依據(jù)其制作資料和工藝流程更加精準(zhǔn)。本論述提出的DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差自動(dòng)檢測(cè)方法是針對(duì)衛(wèi)星影像無(wú)控制測(cè)量制作DEM的工藝流程和基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理而提出的，不僅適用于立體環(huán)境下對(duì)DEM精度的檢測(cè)和分析，也適用于大批量DEM精度的檢測(cè)和檢測(cè)點(diǎn)偏差的分析，并且數(shù)據(jù)量越大其優(yōu)勢(shì)越明顯。該方法通過(guò)高效檢測(cè)分析DEM格網(wǎng)點(diǎn)偏差來(lái)提高成果精度檢查的可靠性，所依據(jù)的源數(shù)據(jù)是DEM格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)值與其對(duì)應(yīng)位置的真值之間的偏差大小，分析評(píng)估方法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析評(píng)估的策略是長(zhǎng)期作業(yè)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)重點(diǎn)制定合理的檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)、盡量增大檢測(cè)點(diǎn)的選取數(shù)量，以進(jìn)一步增強(qiáng)檢測(cè)的可靠性，降低了成果數(shù)據(jù)的不確定性。同時(shí)，可依據(jù)不同地形類(lèi)別（平地、丘陵、山地、高山地）、不同地表覆蓋情況（植被、雪山、水域等）、不同影像資料以及不同精度等要求，總結(jié)歸納其檢測(cè)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)和格網(wǎng)點(diǎn)偏差范圍，作為經(jīng)驗(yàn)資料供同類(lèi)工程參考使用。