CN104914483A

CN104914483A - 一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法

Info

Publication number: CN104914483A
Application number: CN201510272026.6A
Authority: CN
Inventors: 谢欢; 陆赛赛; 徐洋; 刘爽; 童小华; 李荣兴; 田一翔; 冯甜甜; 乔刚; 刘世杰
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-05-25
Also published as: CN104914483B

Abstract

本发明涉及一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，包括以下步骤：1)获取南极接地线相对位置、定性与定量分析评价指标；2)根据南极接地线评价标准进行误差分类，将接地线间的差异分为处于可接受误差范围、存在粗差和存在接地线变化；3)分别采用结合南极测高数据的分析方法、结合南极数字高程模型的分析方法、结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法对南极接地线数据进一步分析；4)输出南极接地线判断与结果。与现有技术相比，本发明对全南极数据确定定性与定量分析的评价指标，对误差进行分类，并结合南极测高点云数据、数字高程模型及多期高分辨率遥感影像进行分析，确保质量评价的全面性与准确性。

Description

一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法

技术领域

本发明涉及一种数据质量评价方法，尤其是涉及一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法。

背景技术

接地线是指内陆冰盖和漂浮冰架的边界线，是冰流脱离冰床的地方。接地线的位置对于我们计算冰盖物质平衡，模拟冰盖动力学的数值模型，研究冰和海洋之间的相互作用是十分重要的。为了进一步理解接地线动态变化，我们必须对接地线位置有精确地了解。此外，大部分海洋学和冰川学的应用也需要知道的接地线的确切位置。本发明设计的接地线包括：MOA接地线，通过目视解译中分辨率成像光谱仪(MODIS)的影像获得；ASAID接地线，目视解译LIMA影像，利用ICESat高程点校正获得；InSAR接地线，利用差分干涉雷达方法获得；ICESat接地线点，利用重复轨高程异常获得。由于受到实验条件所限，很少对南极接地线进行评价。目前可用的现场检验方法是地面和机载回波探测，但覆盖面积很小，只能进行小范围评价。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，既充分考虑了接地线产品原始遥感数据的精度，又兼顾了点、线状接地线数据的特点，评价方法具有较强的可操作性，为解决接地线质量评价关键问题提供新的思路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，用于处理南极接地线数据，所述南极接地线数据包括MOA接地线(来自MODIS影像)、InSAR接地线(来自ERS-1/2、Radarsat－1/2、ALOS PALSAR数据)、ICESat接地线(来自ICESat激光测高数据)，ASAID接地线(来自Landsat影像，局部由ICESat调整)，该方法包括以下步骤：

1)获取南极接地线相对位置、定性与定量分析评价指标；

2)根据南极接地线评价标准进行误差分类，将接地线间的差异分为处于可接受误差范围、存在粗差和存在接地线变化；

3)分别采用结合南极测高数据的分析方法、结合南极数字高程模型的分析方法、结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法对南极接地线数据进一步分析；

4)根据步骤1)、步骤2)和步骤3)输出南极接地线判断与结果。

所述相对位置分析评价指标为穿过率分析指标，具体为：MOA接地线与ASAID接地线穿过ICESat接地线F点与I点的百分率；

所述定性分析评价指标为缓冲区分析指标，具体为：对MOA接地线与ASAID接地线，做500米、1000米、2000米和5000米缓冲区，计算InSAR接地线在其中的个数与百分率；

所述定量分析评价指标为距离分析指标，具体为：计算每一个InSAR接地线点到MOA接地线与ASAID接地线的距离，做统计分析。

步骤2)具体为：

201：根据误差传播公式，得到MOA接地线和InSAR接地线数据间、ASAID接地线和InSAR接地线数据间的允许误差，满足以下公式：

δ = \sqrt{{m_{a}}^{2} + {m_{b}}^{2}}

式中，δ为两种数据间的允许误差，m_a为其中一种数据的定位误差，m_b为另一种数据的定位误差；

202：南极接地线评价标准同时考虑三倍允许误差和每个流域接地线差异的三倍标准差，若小于三倍允许误差，则两种数据处于可接受误差范围，若大于三倍标准差，则为存在粗差，若大于三倍允许误差且小于三倍标准差，则为存在接地线变化。

所述结合南极测高数据的分析方法具体为：

使用ICESat高程点云与CryoSAT-2高程点云作为南极测高数据，分别由搭载在冰、云和陆地高程卫星上的激光高度计和欧洲航天局的冰层探测卫星的雷达测高仪获得，在接地线存在差异的地方，利用点云数据，根据南极接地线定义分析接地线的位置。

所述结合南极数字高程模型的分析方法具体为：

在接地线存在差异的地方，利用数字高程模型获得高程剖面图，结合接地线定义分析接地线位置，同时，利用数字高程模型结合ArcGIS制作区域三维图，判断接地线位置。

所述结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法具体为：

根据多期高分辨率遥感影像，通过目视解译，分析冰盖与冰架的相对变化，得出接地线位置。

所述步骤4)具体为根据步骤1)、步骤2)和步骤3)对南极接地线的位置做出分析评价，并给出南极接地线使用建议。

所述南极接地线均以点的形式处理，同时，将按照国际上通用的南极流域划分方法，将全南极划分成23个流域，对每个流域内的南极接地线逐一处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明方法克服传统地面和机载回波探测等方法覆盖范围小以及没有考虑接地线变化的局限，对全南极数据确定定性与定量分析的评价指标，对误差进行分类，并结合南极测高点云数据、数字高程模型及多期高分辨率遥感影像进行分析，实现了大范围的评价，确保质量评价的全面性与准确性。

2)本发明方法根据不同接地线表现形式的不同，采用穿过率、缓冲区分析、最小距离计算的方法判断接地线产品的质量。通过该方法评价的接地线质量既充分考虑了接地线产品原始遥感数据的精度，又兼顾了点、线状接地线数据的特点，评价方法具有较强的可操作性，为解决接地线质量评价关键问题提供新的思路。

附图说明

图1为本发明基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法流程图；

图2为本发明所涉及的四种接地线产品全南极分布图；

图3为本发明所用的三种接地线相对位置、定性与定量分析评价指标示意图；

其中，(3a)为接地线相对位置分析评价指标示意图，(3b)为定性分析评价指标示意图，(3c)为定量分析评价指标示意图；

图4为本发明所涉及的接地线定义示意图；

图5为本实施例采用南极第9个流域的四种接地线产品全南极分布图；

图6为本发明采用结合南极测高数据分析方法的数据处理图；

其中，(6a)为接地线与ICESat点云分布示意图，(6b)为ICESat高程点云在1、2位置处剖面图，(6c)为ICESat高程点云在3、4、5、6位置处剖面图，(6d)为南极冰盖地形数据库BEDMAP 2在5、6位置处剖面图；

图7为本发明采用结合南极数字高程模型分析方法的数据处理图；

其中，(7a)为在接地线区域所作剖面示意图，(7b)为利用ERS-ICESat DEM输出的高程剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，用于处理南极接地线(grounding lines，GL)数据，南极接地线数据包括MOA接地线、ASAID接地线、InSAR接地线和ICESat接地线，如图2所示，MOA接地线，通过目视解译中分辨率成像光谱仪(MODIS)的影像获得；ASAID接地线，目视解译LIMA影像，利用ICESat高程点校正获得；InSAR接地线，利用差分干涉雷达方法获得；ICESat接地线点，利用重复轨高程异常获得。其中，MOA与ASAID接地线为全南极的接地线，精度不高；InSAR接地线为点文件，精度较高；ICESat接地线为非常少量的点对形式(F点与I点)，精度较高。

接地线均以点的形式处理，同时，将按照国际上通用的南极流域划分方法，将全南极划分成23个流域，对每个流域内的南极接地线逐一处理。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

1)获取南极接地线相对位置、定性与定量分析评价指标，如图3所示。

相对位置分析评价指标为穿过率分析指标，如图(3a)所示，具体为：MOA接地线与ASAID接地线穿过ICESat接地线F点与I点的百分率；

定性分析评价指标为缓冲区分析指标，如图(3b)所示，具体为：对MOA接地线与ASAID接地线，做500米、1000米、2000米和5000米缓冲区，计算InSAR接地线在其中的个数与百分率；

定量分析评价指标为距离分析指标，如图(3c)所示，具体为：计算每一个InSAR接地线点到MOA接地线与ASAID接地线的距离，做统计分析。

本发明方法在质量评价中考虑了点状、线状形式表示的接地线的特点，针对南极接地线实地观测数据较难获取的特点，设计穿过率、缓冲区分析、最小距离计算等指标实现了南极接地线质量的定量估计。

2)根据南极接地线评价标准进行误差分类，将接地线间的差异分为处于可接受误差范围、存在粗差和存在接地线变化。具体为：

δ = \sqrt{{m_{a}}^{2} + {m_{b}}^{2}}

式中，δ为两种数据间的允许误差，m_a为其中一种数据的定位误差，m_b为另一种数据的定位误差。

例如，MOA接地线的定位误差为500米，ASAID接地线的定位误差为502米，InSAR接地线的定位误差为100米，ICESat接地线的F点的定位误差为400米。两种数据间的误差如表1所示：

表1两种接地线数据间误差

	一倍误差	两倍误差	三倍误差
				MOA&InSAR	510m	1020m	1530m
ASAID&InSAR	512m	1024m	1536m

202：为将误差分类，接地线评价标准同时考虑三倍允许误差和每个流域接地线差异的三倍标准差，若小于三倍允许误差，则两种数据处于可接受误差范围，若大于三倍标准差，则为存在粗差，若大于三倍允许误差且小于三倍标准差，则为存在接地线变化，需要进一步分析。

3)分别采用结合南极测高数据的分析方法、结合南极数字高程模型的分析方法、结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法对南极接地线数据进一步分析。

结合南极测高数据分析方法具体为：

使用ICESat高程点云与CryoSAT-2高程点云作为南极测高数据，分别由搭载在冰、云和陆地高程卫星(ICESat)上的激光高度计和欧洲航天局的冰层探测卫星的雷达测高仪获得。根据南极接地线定义，如图4所示冰表面高程，在越过接地线到达冰架后，高程趋于一致，其中，G：冰脱离基岩的位置，即接地线的位置；F：受到潮汐影响的冰区到陆地的极限点；Ib：受到潮汐影响冰架上产生的冰曲坡度的突变点；Im：冰架上局部地形的最低点，即局部地形最低点；H：冰首次达到近似静力平衡的位置；接地带：冰曲极限点到静水点之间的区域，即F－H之间的区域。因此在接地线存在差异的地方，利用点云数据，根据南极接地线定义分析接地线的位置。

结合南极数字高程模型分析方法具体为：

在接地线存在差异的地方，利用数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)获得高程剖面图，结合接地线定义分析接地线位置，同时，利用南极DEM数据，结合ArcGIS中Arcscene模块制作区域三维图，判断接地线位置。ArcGIS产品线为用户提供一个可伸缩的，全面的GIS平台。

结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法具体为：

根据多期Landsat-7镶嵌图(LIMA)影像，通过目视解译，分析冰盖与冰架的相对变化，得出接地线位置。

4)根据步骤1)、步骤2)和步骤3)输出南极接地线判断与结果，即对南极接地线的位置做出分析评价，对在误差范围内的数据，建议使用最新的数据；对存在误差的部分，分析推荐更合适接地线。对全南极每个流域，制作质量评估报告，并提供各部分数据使用建议。

将对各个步骤给出实例。针对步骤1)，如图5所示，将给出南极第9个流域的数据统计表格。如表2所示：

针对步骤2)，根据两种数据间的允许误差以及表2中流域的三倍标准差(3*std)，对误差进行分类。

针对步骤3)，包括：如图6所示，图(6a)中包括InSAR接地线、MOA接地线、ASAID接地线和ICESat点云，图(6b)、(6c)、(6d)为ICESat高程点云剖面图，根据南极接地线定义，接地线应该通过位置2、5、6。

如图7所示，图(7a)中包括MOA接地线、ASAID接地线和InSAR接地线，利用ERS-ICESat DEM，做高程剖面图，如图(7b)，根据南极接地线定义，接地线应通过位置1。

将利用多期LIMA影像，利用目视解译的方法通过在光学影像上探测影像亮度的变化去跟踪冰盖接地冰的边界，来判断接地线的位置。

最终，在基于对全南极分析的基础上，给出接地线质量的判断与选择接地线的建议。最后结果表明，本发明适用于南极接地线产品的质量评价，能够保证全面性与准确性。

Claims

1.一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，用于处理南极接地线数据，所述南极接地线数据包括MOA接地线、ASAID接地线、InSAR接地线和ICESat接地线，该方法包括以下步骤：

1)获取南极接地线相对位置、定性与定量分析评价指标；

4)根据步骤1)、步骤2)和步骤3)输出南极接地线判断与结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述相对位置分析评价指标为穿过率分析指标，具体为：MOA接地线与ASAID接地线穿过ICESat接地线F点与I点的百分率；

3.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，步骤2)具体为：

δ = \sqrt{{m_{a}}^{2} + {m_{b}}^{2}}

4.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述结合南极测高数据的分析方法具体为：

5.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述结合南极数字高程模型的分析方法具体为：

6.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述结合南极多期高分辨率遥感影像的分析方法具体为：

7.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述步骤4)具体为根据步骤1)、步骤2)和步骤3)对南极接地线的位置做出分析评价，并给出南极接地线使用建议。

8.根据权利要求1所述的一种基于多源观测数据的南极接地线质量评价方法，其特征在于，所述南极接地线均以点的形式处理，同时，将按照国际上通用的南极流域划分方法，将全南极划分成23个流域，对每个流域内的南极接地线逐一处理。