SRTM与ASTER数据精度分析和比较本科毕业论文

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1、商丘师范学 院 2013 届本科毕业论文（设计） 1 SRTM 与 ASTER 数据的精度分析和比较 引言 由于可获得的 SRTM 每个 90m 的数据点是由 9 个 30m 的数据点算术平均得来的，我们可以了解 SRTM 数据所记录的并不是真正的地面点数据。 ASTER 以地面获得的实际数据点的值为矩阵的元素，它能反映真实的地貌特征。 通过选取同一个地区的不同数据形式的数字地面模型 2，在 Global Mapper 中绘制等高线，分析等高线的特点，观察其 3 维模型的特点，再在 Matlab 中进行矩阵的运算，求的此地区两数据的差值，来分析 SRTM DEM 与 ASTER DEM 的精度

2、，从而确定哪种 数据精度更高，在什么地区运用什么种类的 DEM 更好、更合适。 本文在介绍了 SRTM 数据、 ASTER 数据、 Global Mapper、 Matlab 软件之后，运用 Global Mapper软件进行等高线的绘制，等高线的叠加，发现两种数据的等高线并不一致，等高线的走向以及弯曲程度不一致。再观察其 3 维 模型 ，基于 ASTER 的 3 维 模型 更细致的表达了地面的起伏变化。从而得出 ASTER 的精度高于 SRTM 的精度。利用 Matlab 软件进行矩阵的运算，计算差值矩阵的最大值，最小值，平均值以及方差等，分析两数据的在平原和山区的差异， 得出在平原地区无论

3、是 30m 的数据好似是 90m 的数据均能很好地表达地貌，在实际生活和普通科研中，二者均能满足需要。而在山区二者的差异很大，平均值在 SRTM 所描绘的地貌比 ASTER 所描绘的地貌平均高出 6m 的高程，而且其差值不稳定，上可达 270m 左右，下可达 -160m，方差达到 15m，所以两种数据所描绘的山区地貌有很大差异，在表现地面起伏形态时，在山区益选择 ASTER 数据。而在垂直度上需要借助其他数据进行比较。 1 SRTM 与 ASTER 数据 10及 Global Mapper 和 Matlab 简介 SRTM 数据与 ASTER 数据都是 通过遥感传感器对地面 上的 信息进行采集

4、，获得的地面上的地 物地貌三维数据，即数字高程模型 4，因此 很多时候又称 为 SRTM DEM 和 ASTER DEM5。 在大面积范围内， 两者 都近似的表现了地面的高低起伏变化，为研究地球，商 业发展，国防军事，科学研究等提供了方便 。但二者又有一些不同之处， 下面就对其分别介绍 ， 并简要介绍一下 Global Mapper 和Matlab 软件。 1.1 SRTM 数据 8 航天地形测绘是指以人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器为工作平台，对地球表面所进行的遥感测量 。以往的航天测绘由于其精度有限，一般只能制作中小比例尺的地图。 2000 年 2 月11 日上午 11 时 44

5、分，美国 “奋进 ”号航天飞机在佛罗里达州卡那维拉尔角的航天发射中心发射升空，执行耗资 3.64 亿美元，称之为 “航天飞机雷达地形测绘使命（ Shuttle Radar Topography Mission ,简称SRTM） ”的空间飞行任务。 “奋进 ”号上搭载的 SRTM 系统共计进行了 3222 小时 23 分钟的数据采集工作，获取北纬 60至南纬 56之间面积超过 1.19 亿平方公里 9.8 万亿字节的影像数据，覆盖全球陆地表面的 80%以 上，覆盖了中国全境。 SRTM 数据之大，精度之高在测绘史上前所未有，全部数据的处理约需两年的时间，最终获取平面精度为 20m,高程精度为 1

6、6m 的全球数字高程模型 DEM，可以将美军现有的全球 DEM 精度提高约 30 倍。借助如此精准的地图，美国国防部将能更好地选择部署部队，甚至发射导弹的地点，因此 这项计划所得的最佳品质的图像被列为机密文件，供美国军方和情报局 使用，只将一些分辨率较商丘师范学 院 2013 届本科毕业论文（设计） 2 低的地图向公众公开，用于普通科研和商业。 SRTM 数据每经纬度方格提供一个文件，精度有 1arcsecond 和 3 arcseconds 两种，称作SRTM1 和 SRTM3 或者 30m 和 90m 数据， SRTM1 的文件里面包含 36013601 个采样点的高程数据，SRTM3 的

7、文件里面包含 12011201 个采样点的高程数据。 目前，能够免费获取的中国境内的 SRTM3 文件是 90m 的数据，每个 90m 的数据点是 由 9 个 30m的数据点算术平均得来的。用户可以通过中国科学院计算机网络信息中心国际科学服务器平台免费获得（ http:/ 下载的数据， 其 产品 类型 是 SRTM 90m DEM version 4，文件名 为 srtm_59_06.zip（东经 E110E115， 北纬 N30N35的区域） ， 包括山区和平原，便于后续工作的进展。下载完成后解压数据，一次解压后不修改文 件名，放在指定位置。再次解压 得到 文件 srtm_59_06.hdr

8、(头文件 )， srtm_59_06.tfw（ tiff 影像坐标信息的文本 文件） ， srtm_59_06.tif（ 二进制的 数字高程模型）。 1.2 ASTER 数据 ASTER 是在 2009 年 6 月 30 日，美国航天局 NASA 与日本经济产业省（ METI）共同推出 的 最新的地球电子地形数据 ASTER GDEM(先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型 )，该数据是根据 NASA 的新一代对地观测卫星 TERA 的详细观测结果制作完成的。这一全新的地球数字高程模型包含了先进 星载热发射和反辐射及（ ASTER）搜集的 130 万个立体影像。 ASTER 测绘数据覆盖范

9、围为北纬 83到南纬 83之间的所有陆地区域，比以往任何地形图都要广得多，达到了地球陆地表面的 99%。此前，最完整的地形数据是 NASA 的航天飞机雷达地形测绘任务 (SRTM)提供的，此项任务对位于北纬 60和南纬 56间地球 80%的陆地进行了测绘。 ASTER GDEM 是采用全自动化的方法对 150 万景的 ASTER 存档数据进行处理生成的，其中包括通过立体相关生成的 1264118 个基于独立场景的 ASTER GDEN 对应区域的最后 像素值 。 纠正剩余的异常数据，再按 11分片，生成全球 ASTER GDEM 数据。 目前， ASTER GDEM 数据可以在网上免费获取。本

10、文所使用数据的下载网址为 http:/ 从中选择 河南省的网址： http:/ 下载 并保存 数据 ， 解压后选择处于平原地区的压缩包 N34E114.zip 和处于高山地区的压缩包 N33E110.zip 作为分析数据。再次解压得到平原区的 ASTGTM2_N34E114_dem.tif（ DEM 文件）和ASTGTM2_N34E114_num.tif (质量评估文件 )以及高山区的 ASTGTM2_N33E110_dem.tif（ DEM 文件）和 ASTGTM2_N33E110_num.tif(质量评估文件 )，放在指定位置。 1.3 Global Mapper 简介 Global Mapper 是一款地图绘制软件，不仅能够将数据（例如： SRTM 数据）显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图作编辑、转换 、打印、记录 GPS 及利用数据的 GIS(地理信息系统 )功能。它可以转换数据集的投影方式以符合你的项目的坐标系统，并可以同时对数据集的范围进行裁剪。它还提供距离和面积计算，光栅混合、对比度调节、海拔高度查询、视线计算，以及一些高级功能，如图像校正、通过地表数据进行轮廓生成、通过地表数据观察分水岭、对 3Dpoint 数据转换为三角多边形和网格化等。通过内建的 脚本语言 或众多的 批处理 转换选项能够高效地完成重复性任务