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Geomorphology: Worldview-2 立體像對提取DEM的垂向精度分析及其在活動構造中的適用性

2019-03-27

通過數字化地形圖和野外地形測量獲取數字高程模型(DEM)的傳統方法存在時效性差、獲取周期長、范圍小等缺點,高分辨率衛星影像提取DEM技術的出現為快速獲取斷裂帶大范圍的地形地貌數據提供了全新的解決方案,極大地提高了野外地形地貌數據獲取的效率,該方法與激光雷達掃描技術(LiDAR,Light Detection and Ranging)相比成本低,與SfM (Structure from Motion)攝影測量方法相比覆蓋范圍大, 為精確測量地表變形提供了有利條件。但是用立體像對提取出的DEM測量精度能否滿足活動構造定量研究的相關研究較少,尚未有過系統的精度評價。

為了解決這一問題,中國地震局地質研究所碩士研究生汪思妤在導師任治坤研究員的指導下,與課題組其他研究人員以庫米什斷裂斷裂為研究對象,使用全色波段0.5 m分辨率立體像對數據提取DEM,用Geo 7x后差分GPS測量提取DEM所需的外業控制點,分析了在無控制點條件下提取出的DEM精度;同時跨典型斷層陡坎進行了野外地形剖面測量,與基于DEM數據測量的斷層陡坎剖面進行對比分析,評估該DEM數據對陡坎及其上下盤形態刻畫的準確度及其在斷層陡坎測量方面的精度,為獲得庫米什盆地南緣斷裂的幾何展布和變形特征、確定斷裂活動習性和分析晚第四紀以來的構造變形機制及其在東天山構造變形中的作用提供依據。獲得了以下研究結論:

(1)無控制點時提取的點云比有控制點時提取的點云高程值大部分偏小,整體偏差為-1.2 – 0.4 m。相比于整體偏差值,斷層陡坎處附近的高程偏差在-1.1 – 0.01 m,平均值為-0.40 m(圖1)。

(2)立體像對提取DEM測量陡坎剖面與野外用后差分GPS測量的真實剖面形態差異為0.29m,對地形剖面描繪的準確度相對較高。

(3)立體像對提取DEM測量陡坎高度的精度為0.25 m(圖3)。

  

  圖1 添加控制點與未添加控制點點云數據在跨斷層陡坎處的高度對比

  

  圖2 立體像對提取DEM測線與后差分GPS測線形態對比

  

  圖3 立體像對提取DEM測線與后差分GPS測線測量的陡坎高度對比

上述研究成果發表在國際地學期刊Geomorphology上(S. Wang, Z. Ren, C. Wu, et al., DEM generation from Worldview-2 stereo imagery and vertical accuracy assessment for its application in active tectonics, Geomorphology, (2019) https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.03.016)。


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