理想状态下的模拟试验及精度分析

G.X.Wang 等人提出了基于重构轮廓的DEM 精度评估(王光霞等，2010)；Desmet(1997)研究了插值误差对DEM 数据精度的影响；Rees(2000)、David(2003)等人通过数据插值来建立更高分辨率的数字高程模型，以7.3.3 中的实验数据作为真值，对各种飞行情况下生成的DEM 数据按照式(7-25)进行精度评定(王光霞等，2006；禄丰年和张云端，2007)。

图7-7　已测量的地面控制点以及其分布位置

式中，σZ为各类DEM 数据在高程上的均方根误差；Z 为各类DEM 数据中地面控制点的高程值；Z 为标准数据中对应x，y 坐标下的高程值；n 为地面检查点的个数。

根据式(7-29)，可以计算得出在理想飞行状态下，各飞行参数下生成的DEM 数据精度评定结果。

理想状态下，设置的姿态角参数、GPS 定位误差参数、飞行参数如表7-1 所示。

表7-1　姿态角参数、GPS 定位误差参数、飞行参数

通过上述DEM 精度评定模型，对所有飞行条件下DEM 数据进行精度评定，得出一系列DEM 数据中各类特征地物Z 方向上的精度，将各种情况下的DEM 数据通过三维可视化软件进行可视化分析，得出一系列的DEM 三维图像，其中“白色线条”代表真实房屋边缘，“黑色线条”代表实际测得的房屋边缘，如图7-8 所示。(www.xing528.com)

在图7-8 中，g1、g2、g3、g4 分别代表在理想状态下，飞行高度为400m，飞行速度为60m/s、40m/s、25m/s、15m/s 的情况下生成的DEM 三维图像；g5、g6、g7、g8 分别代表在理想状态下，飞行高度为200m，飞行速度为60m/s、40m/s、25m/s、15m/s 的情况下生成的DEM 三维图像；g9、g10、g11、g12 分别代表在理想状态下，飞行高度为100m，飞行速度为60m/s、40m/s、25m/s、15m/s 的情况下生成的DEM 三维图像。

在理想飞行状态下，面阵式激光雷达生成的DEM 数据精度评定结果如图7-8 所示。从图7-9 中可以看出以下三点：

①地面的平均精度为0.17～0.22m，房屋边缘的平均精度为0.84～0.9m，森林的平均精度可以达到4.2～4.9m。

图7-8　房屋边缘轮廓DEM 三维图像

图7-9　理想情况下Z 方向的高程精度

②对于不同特征地物来说，它们之间的数据精度差距比较大。对于平坦的地面来说，采用插值法来获取面阵激光脚点周围点的可靠性强；而对于森林地区，由于森林地区的树木参差不齐，以及地形的复杂性，使得采用插值法获取激光脚点周围点的可靠性极低，以至于它们之间的数据精度相差很大。

③对于同一特征地物来说，它们在不同的飞行高度和不同的飞行速度情况下，生成的DEM 三维数据的精度基本上不变，所以可以得出这样的结论：在一定的飞行高度及飞行速度范围内，机载面阵激光雷达生成的地面DEM 三维数据是可靠的，能满足一般用户的需求。