TerraSAR-X/TanDEM-X遥感影像为X波段数据,在获取数字高程模型的过程中,X波段对冰雪穿透深度较小。但由于山区其特殊的地形,对微波影像有前向收缩、顶底叠置的影响,地形阴影对数据精度也有影响。在相位解缠的过程中,通过掩膜(mask)剔除影响数据精度的区域,使得获取的数字高程模型存在空洞。由于空洞所占比例较小,不影响数据质量,可以忽略不计。在数据处理的过程中,影像配准也会产生误差,本文使用的GAMMA雷达数据处理平台的影像配准算法误差控制在0.01个像素范围内。
从美国国家冰雪数据中心获取的ICESat-GLAS数据,其中GLA14数据产品(Release 633)为全球陆地地面高程数据。基于TerraSAR-X/TanDEM-X获取的数字高程模型与GLA14点相比较,剔除超出±100米的异常值,在非冰川区的平均值与标准差为2.65±1.48米。
本文采用的SRTM1为C波段数据,而C波段能够穿透冰雪,在测定积雪覆盖的冰川表面地形时得不到真实地面信息。相比C波段数据,X波段对冰雪的穿透效应要小,利用邻近的、且配准和校正之后的SRTM C波段和X波段相比较,得到SRTM1在岗日嘎布地区平均穿透1.24米。由于SRTM1为未经“空洞”填补处理的数据产品,与TOPO DEM、TerraSAR-X/TanDEM-X相比较得到的冰川表面高程变化数据存在空洞。
利用TOPO DEM、SRTM和TerraSAR-X/TanDEM-X数据获取地面高程变化信息后可利用非冰川区的高程差异残差对DEM数据间相对误差进行评估(图4)。无冰区高程差的均方根误差(RMSE)或标准差(STDV)可以作为高程差不确定性的初步估计,但是会高估高程变化的不确定性。根据空间邻近相似性原理,相邻的像元间存在自相关,因此需要除去自相关造成的影响。为此,引入标准平均误差(SE)对高程差不确定性进行评估。最终不同DEM数据之间高程差的精度(σ)可以用无冰区高程差的均值MED和标准平均误差SE表示:
\[\mathrm{\sigma }=\sqrt{{\mathrm{M}\mathrm{E}\mathrm{D}}^{2}+{\mathrm{S}\mathrm{E}}^{2}}\]
\[\mathrm{S}\mathrm{E}=\mathrm{S}\mathrm{T}\mathrm{D}\mathrm{V}/\sqrt{\mathrm{N}}\]
式中:N为去自相关后的像元个数。SRTM与TOPO DEM之间的去空间自相关距离选择600米;TerraSAR-X/TanDEM-X与SRTM/TOPO DEM之间的去空间自相关距离选择200米。结果显示(表2),误差校正后,残差平均值(MED)减小到了−0.53~0.67米之间,趋近于0;TOPO、SRTM和TSX/TDX数据间相对误差介于0.43~0.77米之间。
图4
岗日嘎布地区SRTM与TOPO DEM差值前(a)、差值后(b)在非冰川区的高程差 表2
岗日嘎布地区DEM差值后非冰川区误差特征分布 数据集 | 残差平均值/MED (m) | 残差标准差/STDV (m) | 去自相关的像元个数/N | 标准误差/SE (m) | 高程差的不确定性/\(\mathrm{\sigma }\) (m) |
SRTM - TOPO | 0.67 | 16.41 | 1829 | 0.38 | 0.77 |
TanDEM - SRTM | -0.42 | 9.93 | 16356 | 0.08 | 0.43 |
TanDEM - TOPO | -0.53 | 5.36 | 16356 | 0.04 | 0.53 |