申请/专利权人：中南林业科技大学

申请日：2019-06-18

公开（公告）日：2022-11-08

公开（公告）号：CN110322557B

主分类号：G06T17/05

分类号：G06T17/05;G06V10/80

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.11.08#授权;2019.11.05#实质审查的生效;2019.10.11#公开

摘要：一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，包括以下步骤：1在第一个已知GPS点建立已知第一个GPS点与对应SRTM格网九个相邻格网的平差模型；2求解平差模型计算对应SRTM格网和四个角点的改进高程值；3把四个角点作为下一轮改进SRTM的已知值，求每一层平差融合后的新值与原格网值的差值，若差值的均值阀值0.5米，则算法收敛；4在第一个GPS点以外的区域继续搜索第二个已知GPS点，然后进行第二轮改进，方法和第一个GPS点一致，直至整个区域融合完成。本发明可以提高融合区域SRTM的高程精度。

主权项：1.一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，其特征在于：包括以下步骤：1在第一个已知GPS点建立已知第一个GPS点与对应SRTM格网九个相邻格网的平差模型；2求解平差模型计算对应SRTM格网和四个角点的改进高程值；3把四个角点作为下一轮改进SRTM的已知值，求每一层平差融合后的新值与原格网值的差值，若差值的均值阀值0.5米，则算法收敛；4在第一GPS点以外的区域继续搜索第二个已知GPS点，然后进行第二轮改进，方法和第一个GPS点一致，直至整个区域融合完成。

全文数据：一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法技术领域本发明涉及一种图像处理方法，尤其涉及一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法。背景技术数字高程模型DigitalElevationModel，简称DEM是地表起伏形态的数字化表达，也是进行各类地学分析的重要基础数据，已被广泛用于地震、火山、滑坡、地面沉降、洪水灾害及军事等各个领域。伴随着对地观测技术的不断发展，获取DEM数据的能力日益增强，各研究领域对高质量DEM的需求也随之增长。目前，DEM数据获取方法主要包括野外测量、摄影测量和遥感、制图数字化、合成孔径雷达和机载激光扫描。如今，使用卫星图像生成DEM有一个显著的优势因为它相对便宜而且生成DEM所需的时间更少。然而使用光谱范围的缺点是它需要高分辨率，良好的光照条件和无云视线才能得到较好的DEM精度。近年来，干涉合成孔径雷达InSAR因其不依赖于自然光照而作为一个主动系统在提取高程数据方面变成流行技术。2000年美国航天飞机雷达地形测绘任务Shuttleradartopographymission,SRTM利用机载Insar技术，仅11d便获取了全球80％陆地1″分辨率的三维地形信息。2014年9月，1″分辨率的SRTM数据逐步向全球用户免费开放，因其精度在平坦地区稳定而成为最常用的DEM数据源。然而受限于雷达侧视成像模式，仍有空隙和异常，直接影响数据的应用潜力。多源DEM融合方法通过综合不同数据之间的互补信息，能获取更准确、全面、可靠的DEM，实现现有数据集的质量提升。在我国，每个省市都建有CORS站，每天收集全省各地大量点的GPS高程或北斗高程，充分利用这些GPS高程数据具有重要的实际和实用价值。发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法。通过对研究区域已知GPS点的高程值与SRTM对应格网的高程值进行多项式系数加权游动平差处理，提高融合区域SRTM的高程精度。最后根据SRTM坡度选择地理特征明显的典型研究区域包括平坦区、半平坦区和陡峭区作为研究对象进行实验分析，证明该算法的可行性和有效性。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，包括以下步骤：1在第一个已知GPS点建立已知第一个GPS点与对应SRTM格网九个相邻格网的平差模型；2求解平差模型计算对应SRTM格网和四个角点的改进高程值；3把四个角点作为下一轮改进SRTM的已知值，求每一层平差融合后的新值与原格网值的差值，若差值的均值阀值0.5米，则算法收敛；4在第一GPS点以外的区域继续搜索第二个已知GPS点，然后进行第二轮改进，方法和第一个GPS点一致，直至整个区域融合完成；5精度评定。以某区域一个已知GPS观测点M举例说明，首先把DEM中每一个格网的高程用一个多项式函数表达，然后为M点对应的SRTM格网建立平差模型，通过M点的GPS观测高程与对应SRTM格网周围的九个相邻格网联合解算出M点对应的SRTM格网改正高程值和该格网的四个角点高程改正值，接着把四个角点看做已知点，继续求解周围的格网改正值；待第一个已知GPS点修正完毕，在该已知点半径为9个像素范围以外的区域继续搜索第二个已知GPS点，然后进行第二轮改进，方法和第一个GPS点一致，直至整个区域融合完成。因为从已知GPS点开始利用平差方法不断融合SRTMDEM，并且是逐个格网逐个点进行的运算，因此称为游动平差方法。具体的平差模型可按如下方法建立：假设DEM中格网i,j的格网高程值用一个fx,y函数表示。fx,y表示任意一点x,y的高程，即：其中。DEM的各格网值一般是通过各种测绘手段获取的的观测值hi,j。考虑观测误差，有：hi,j+v＝fx,y2M点的高程可表示为hxM，yM，考虑到观测误差的存在，M点高程的观测值可表示为：hM+v＝fxM，yM3因为实际地形一般都非常复杂，故难以用数学函数准确描述，所以很难求得fx，y的精确表述。这里采用多项式函数代替fx，y。fx，y＝a1+a2x+a3y+a4xy+a5x2+a6y24然后根据式1利用M点的GPS观测值与对应SRTM格网周围相邻9个格网点的高程建立观测方程，再与式2联合建立平差模型，接下来联合求解fx，y，由此可求解出融合后格网i,j和四个角点的高程值：L+V＝AX5其中L＝hi-1，j-1hi-1，j...hi+1，jhi+1，j+1hMTV＝Vi-1，j-1Vi-1，j...Vi+1，jVi+1，j+1VMTX＝a1a2a3a4a5a6T根据最小二乘平差，有其中P是权值，初始权值为900，采用反距离降权的方式定权。根据平差融合后，改进格网小区域内各点的高程值可表示为格网i，j平差融合后的值分别为：格网i，j四个角点的融合后的高程分别为格网i，j平差融合后的值即为该格网融合后的格网值。格网i，j四个角点融合后的高程值对于相邻的格网就是新的观测值，如对于格网i-1，j，是2个新的观测，新观测值的权可按上式计算。按与上述一样的方法，取格网i-1，j及周边9个格网值与这2个新观测一起进行平差，可以求得该格网融合后的高程值及格网4个角点融合后的高程值。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对研究区域已知GPS点的高程值与SRTM对应格网的高程值进行多项式系数加权游动平差处理，提高融合区域SRTM的高程精度。附图说明图1为实施例1中平坦区的SRTM影像图。图2为实施例1中半平坦区的SRTM影像图。图3为实施例1中陡峭区的SRTM影像图。图4为平坦区SRTM高程与GPS高程直线拟合图。图5为平坦区算法改正高程与GPS高程直线拟合图。图6为半平坦区SRTM高程与GPS高程直线拟合图。图7为半平坦区算法改正高程与GPS高程直线拟合图。图8为陡峭区SRTM高程与GPS高程直线拟合图。图9为陡峭区算法改正高程与GPS高程直线拟合图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。实施例选取中国某地区为研究区域，从网站http:earthexplorer.usgs.gov上面下载该地区的SRTM数据，然后从该地区截取三个地理特征不同的区域作为实验数据，它们的大小均为128*128，三个区域的坡度分别在0-10度，10-20度，20度以上，如图1-图3所示分别对应平坦区、有坡度区、陡峭区，地理特征极具代表性。该地区已知高程点的高程来自于CORS站记录的该区域大量的GPS流动站点的高程。每个研究区域的GPS数据集分为两部分：实验GPS数据和校验GPS数据，如表1所示。然后对每个研究区域实验GPS高程数据运用游动平差算法改进对应研究区域的SRTM影像，从而达到提高研究区域DEM精度的目的。表1研究区域的GPS数据为了客观地评估改进的DEM精度，考虑到系统偏差和标准差等精度估计会受到异常值和误差非正态分布的影响，因此这里考虑采用稳健统计方法，采用误差均值MeanError，ME、均方根误差RootMeanSquareError，RMSE、归一化绝对偏差中位数NormalizedMedian，NMAD和误差的标准差Standarddeviationoferror，SDE来进行精度评定。NMAD＝1.4826×medianj|Δhj-mΔh|其中，N是GPS精度评定样本的个数；Hi，Href分别是提出算法改进的GPS高程和GPS的高程；Δhi,mΔh分别是第i个精度评定点的高程差和高程差的中值；这些值都是精度的度量，越小表明改进算法效果越好。对三个研究区域的实验GPS数据运用游动平差算法改进对应研究区域的SRTM影像，然后采用ME、RMSE、NMAD、SDE精度评定因子对研究区域校验GPS数据、SRTMDEM与游动平差算法改正DEM评估，得到精度评定如表2所示。表2三个研究区域精度评定由表2可得，在平坦区、过渡区和陡峭区采用所提算法得到的DEM具有明显优势，与SRTMDEM比较，改进的RMSE提高了1-2米，精度分别提高了25.9％、22.4％和21.5％，表明所提出算法能够有效改善SRTMDEM，三个区域的精度提高程度相差不大，但在陡峭区域，因为受到地势的影响，融合的精度受到了影响。为了更好地展示和分析所提出算法的优势，这里对校验GPS数据的测量高程和游动平差融合之后的高程之间的测量关系进行详细分析，分别列出GPS测量高程与相应SRTM的高程的直线拟合图，和GPS测量高程与游动平差算法改正高程的直线拟合图，如图4-图9所示。图4、图6和图8是三个研究区域表明精度评定点的SRTM高程值与GPS观测高程之间的相关性；图5、图7和图9反映的是算法改正高程与GPS观测高程之间的相关性。这六个图显示的均是线性与正斜率的关系，表明两两变量之间朝着同一个方向发展。与图4、图6和图8相比，图5、图7和图9拥有更高的正斜率，而且散点的分布更加朝拟合直线聚拢，说明提出的游动平差算法改进DEM效果明显，拥有相对较高的置信限分析。本实施例主要结合GPS实测高程数据，提出一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，该方法通过对研究区域已知GPS点的高程值与SRTM对应格网的高程值进行多项式系数加权游动平差处理，已达到提高研究区域SRTMDEM精度的目的。该方法已通过三个典型的研究区域平坦区、半平坦区和陡峭区实验验证，实验结果表明所提出游动平差算法能够有效改善三个实验区域的SRTMDEM，精度大约能提高21％以上。

权利要求：1.一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，其特征在于：包括以下步骤：1在第一个已知GPS点建立已知第一个GPS点与对应SRTM格网九个相邻格网的平差模型；2求解平差模型计算对应SRTM格网和四个角点的改进高程值；3把四个角点作为下一轮改进SRTM的已知值，求每一层平差融合后的新值与原格网值的差值，若差值的均值阀值0.5米，则算法收敛；4在第一GPS点以外的区域继续搜索第二个已知GPS点，然后进行第二轮改进，方法和第一个GPS点一致，直至整个区域融合完成。2.根据权利要求1所述的结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，其特征在于：所述步骤1中首先将待融合区域的DEM中每一格网的高程用一个多项式表达；然后为GPS观测点M对应的SRTM格网建立平差模型；DEM中格网i，j的格网高程值用一个fx，y函数表示；fx，y表示任意一点x，y的高程，即：其中；DEM的各格网值一般是通过各种测绘手段获取的的观测值hi，j；考虑观测误差，有：hi，j+v＝fx，y2M点的高程可表示为hxM，yM，考虑到观测误差的存在，M点高程的观测值可表示为：hM+v＝fxM，yM3因为实际地形一般都非常复杂，故难以用数学函数准确描述，所以很难求得fx，y的精确表述；这里采用多项式函数代替fx，y；fxy＝a1+a2x+a3y+a4xy+a5x2+a6y24然后根据式1利用M点的GPS观测值与对应SRTM格网周围相邻9个格网点的高程建立观测方程，再与式2联合建立平差模型，L+V＝AX5其中L＝hi-1，j-1hi-1，j...hi+1，jhi+1，j+1hMTV＝Vi-1，j-1Vi-1，j...Vi+1，jVi+1，j+1VMTX＝a1a2a3a4a5a6T根据最小二乘平差，有其中P是权值，初始权值为900，采用反距离降权的方式定权；根据平差融合后，改进格网小区域内各点的高程值可表示为3.根据权利要求1所述的结合GPS与SRTM融合的游动平差方法，其特征在于：所述步骤2中格网i,j平差融合后的值分别为：格网i,j四个角点的融合后的高程分别为格网i,j平差融合后的值即为该格网融合后的格网值；格网i,j四个角点融合后的高程值对于相邻的格网就是新的观测值，如对于格网i-1,j，是2个新的观测，新观测值的权可按式6计算；按与上述一样的方法，取格网i-1,j及周边9个格网值与这2个新观测一起进行平差，可以求得该格网融合后的高程值及格网4个角点融合后的高程值。

百度查询： 中南林业科技大学 一种结合GPS与SRTM融合的游动平差方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD