Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của định hướng DEM đối với sai số trong tính toán độ dốc
Tóm tắt
Thông tin độ dốc thường được xác định từ dữ liệu mô hình độ cao số (DEM). Tuy nhiên, định hướng của các lưới DEM có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của việc ước lượng độ dốc, điều này sẽ tác động đến độ chính xác của các thông tin khác được suy diễn dựa trên độ dốc. Nghiên cứu này đánh giá sáu thuật toán phổ biến được sử dụng để ước lượng độ dốc: hiệu phân cấp hai, hiệu phân cấp ba, hiệu phân cấp ba có trọng số bởi nghịch đảo của khoảng cách bình phương, hiệu phân cấp ba có trọng số bởi nghịch đảo của khoảng cách, hiệu phân cấp theo khung và hiệu phân cấp đơn giản. Với dữ liệu tổng hợp và các thí nghiệm hệ thống bằng cách xoay các lưới DEM, độ chính xác của các thuật toán đã được phân tích, thực nghiệm và lý thuyết. Các phát hiện chính như sau. Khi độ phân giải DEM là không đổi và sử dụng một trong năm thuật toán đầu tiên, sai số trong tính toán độ dốc do định hướng gây ra có thể được mô tả bằng một hàm sin với chu kỳ dương tối thiểu là π/2. Đối với thuật toán cuối cùng, tức là hiệu phân cấp theo khung, sai số trong tính toán độ dốc không thể được mô tả bằng bất kỳ hàm chu kỳ nào. Các hàm định lượng sai số lý thuyết này đã được kiểm tra và xác minh bằng cách sử dụng các tập dữ liệu tổng hợp trên sáu bề mặt Gaussian khác nhau. Sai số trung bình căn bậc hai của việc tính toán độ dốc bằng năm thuật toán đầu tiên cũng có thể được mô tả bằng một hàm sin với chu kỳ dương tối thiểu là π/4. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ chính xác của các kết luận lý thuyết có thể được đảm bảo khi các biểu thức được mở rộng đến cấp ba bằng cách sử dụng công thức Taylor.
Từ khóa
#độ dốc #mô hình độ cao số #sai số #thuật toán #phân tích lý thuyếtTài liệu tham khảo
Bater CW, Coops NC (2009) Evaluating error associated with lidar-derived DEM interpolation. Comput Geosci 35:289–300
Chow TE, Hodgson ME (2009) Effects of lidar post-spacing and DEM resolution to mean slope estimation. Int J Geogr Inf Sci 23(10):1277–1295
Chu TH, Tsai TH (1995) Comparison of accuracy and algorithms of slope and aspect measures from DEM. In: Proceedings of GIS AM/FM ASIA’95. 21–24 August, Bangkok, pp I-1-1–I-1-11
Erdoğan S (2010) Modeling the spatial distribution of DEM error with geographically weighted regression: an experimental study. Comput Geosci 36(1):34–43
Fei LF, He J (2009) A three-dimensional Douglas-Peucker algorithm and its application to automated generalization of DEMs. Int J Geogr Inf Sci 23(6):703–718
Fleming MD, Hoffer RM (1979) Machine processing of Landsat MSS data and LARS Technical Report 062879. Laboratory for Applications of Remote Sensing, Purdue University, West Lafayette
Gao J, Burta JE, Zhu AX (2012) Neighborhood size and spatial scale in raster-based slope calculations. Int J Geogr Inf Sci 26(10):1959–1978
Hodgson ME (1998) Comparison of angles from surface slope/aspect algorithms. Cartogr Geogr Inf Syst 25(3):173–185
Horn B (1981) Hill shading and the reflectance map. Proc IEEE 69(1):14–47
Jones KH (1998) A comparison of algorithms used to compute hill slope as a property of the DEM. Comput Geosci 24(4):315–323
Liu X (2002) On the accuracy of the algorithms for interpreting grid-based digital terrain model. Ph.D. Dissertation, Wuhan University, Wuhan, China (in Chinese)
Liu X, Bian L, Lu H et al (2008) The accuracy assessment on slope algorithms with DEM error spatial autocorrelation. Acta Geod Cartogr Sin 37(2):200–206 (in Chinese)
Liu H, Kiesel J, Hörmann G et al (2011) Effects of DEM horizontal resolution and methods on calculating the slope length factor in gently rolling landscapes. Catena 87(3):368–375
Livne E, Svoray T (2011) Components of uncertainty in primary production model: the study of DEM, classification and location error. Int J Geogr Inf Sci 25(3):473–488
Ritter D (1987) A vector-based slope and aspect generation algorithm. Photogramm Eng Remote Sens 53(8):1109–1111
Sharpnack DA, Akin G (1969) An algorithm for computing slope and aspect from elevations. Photogramm Surv 35:247–248
Shi W, Yue T (2006) A hybrid interpolation method for the refinement of a regular grid digital elevation model. Int J Geogr Inf Sci 20(1):53–67
Tang G, Li F, Liu X et al (2008) Research on the slope spectrum of the loess plateau. Sci China E 51(1):175–185
Unwin D (1981) Introductory spatial analysis. Methuen, London
Wise S (2011) Cross-validation as a means of investigating DEM interpolation error. Comput Geosci 37(8):978–991
Zevenbergen LW, Thorne CR (1987) Quantitative analysis of land surface topography. Earth Surf Process Landf 12:47–56
Zhou Q, Chen Y (2011) Generalization of DEM for terrain analysis using a compound method. J Photogramm Remote Sens 66(1):38–45
Zhou Q, Liu X (2004) Analysis of errors of derived slope and aspect related to DEM data properties. Comput Geosci 30(4):369–378