ارزيابي جامع دقت مدل رقومي ارتفاعي GDEM V2

Comprehensive Assessment of ASTER GDEM Ver2

مدل‌های رقومی ارتفاعی، يكی از مهمترين داده‌های مكانی در كاربردهای مختلف از قبيل مطالعات هيدرولوژيكی، نقشه‌برداری توپوگرافی، تصحيح هندسی تصاوير، استخراج پارامترهای سطح زمين، مديريت بلايای طبيعی و غيره هستند. مدل‌های رقومی ارتفاعی می‌توانند از طريق روش‌های مختلف و با دقت‌های ارتفاعی متفاوت به دست آيند. در روش‌های فتوگرامتری، اين داده‌ها از زوج تصاوير ماهواره‌ای طی پردازش‌های زيادی حاصل می‌شوند. نسخه دوم مدل رقومی ارتفاعی جهانی به نام GDEM V2 مبتنی بر تصاوير ماهواره‌ای ASTER با قدرت تفكيك مكانی يك ثانيه كمانی است. تا كنون تحقيقات متعددی در كشورهای مختلف به منظور ارزيابی كيفی و تعيين پارامترهای دقت اين مدل در مقايسه با ساير مدل‌های رقومی ارتفاعی مرجع و يا نقاط كنترل زمينی انجام پذيرفته است. در اين مقاله، نتايج حاصل از ارزيابی دقت GDEM V2 با مدل رقومی ارتفاعی SRTM و يك مدل رقومی ارتفاعی محلی مربوط به منطقه‌ای در جنوب غربی ايران ارائه گرديده است. پارامترهای دقت برای ارزيابی اختلاف ارتفاع بين هر دو مدل رقومی ارتفاعی، بر اساس شاخص‌های متداول (ميانگين خطا، جذر ميانگين مربعات خطا ، انحراف استاندارد) و شاخص‌های پايدار (ميانه، انحراف مطلق نرمال‌ شده‌ی ميانه (NMAD)، چندك‌های نمونه) محاسبه می‌شوند. نتايج حاصل شده، وجود يك باياس ارتفاعی منفی در حدود 5/4- متر و 8/2- متر را در مدل GDEM V2 به ترتيب نسبت به دو مدل SRTM و مدل محلی نشان می‌دهند. علاوه براين ميانه خطای GDEM V2 نسبت به مدل محلی برابر 7/3- متر است كه از ميانه‌ی خطای اين مدل نسبت به SRTM كمتر است (6- متر). جذر ميانگين مربعات خطای اختلاف ارتفاعات در GDEM V2 نسبت به دو مدل SRTM و مدل محلی با هم برابر و حدود 3/8 متر است با اين حال انحراف معيار خطای بين دو مدل GDEM V2 و مدل محلی كمی بيشتر از GDEM V2 و SRTM است. برای مقايسه‌ی بهتر دقت داده‌ها، از فاكتور NMAD استفاده می‌شود كه مقدار آن برای مدل GDEM V2 نسبت به دو مدل محلی و SRTM به ترتيب 5/5 و 9/5 متر است. همچنين حدود 68% خطاهای مدل GDEM V2 در مقابل مدل محلی در بازه‌ی 0 تا 5/7 متر قرار دارد اين در حالی است كه اين بازه برای اختلاف ارتفاع دو مدل GDEM V2 و SRTM برابر 0 تا 9 متر است.

Digital elevation models (DEMs) are one of the most important data for various applications such as hydrological studies, topography mapping, image ortho rectification, 3D images generation, extraction terrain parameters, disaster management, and etc. A digital elevation model can be derived from numerous techniques with different elevation accuracies. In photogrammetric techniques, a DEM can be extracted from stereo satellite images through many processing steps. A satellite imagery based digital elevation model is called ASTER GDEM ver2 was released on 2011 at a spatial resolution of 1 arc-second. This model was evaluated by differencing with other reference DEMs in order to investigate the quality and accuracy parameters over different land cover types. In this paper, an accuracy assessment of ASTER GDEM ver2 dataset with SRTM and local elevation model over the bare area of a port in southwest of IRAN is presented. This study investigates DEM’s characteristics such as systematic error (bias), vertical accuracy and outliers for these three datasets. The accuracy measures for the assessment of the height differences between each DEMs can be calculated based on the usual (Mean error, Root Mean Square Error, Standard Deviation) and the robust (Median, Normalized Median Absolute Deviation, Sample Quantiles) descriptor. The results demonstrated that there is a large negative elevation bias of approximately -4.5 m and -2.8 m of ASTER GDEM ver2 against the SRTM and local DEM. The median of the differences between GDEM and local DEM is about -3.7 m which is a robust measure to prove the existence of systematic shift between the two data. The RMSE measured for elevation differences between GDEM and two other DEMs is same, but the standard deviation GDEM and local DEM differences are higher than the value of this parameter between GDEM and SRTM. The accuracy measures NMAD of GDEM against the local DEM and SRTM are 5.5 m and 5.9 m, respectively. On the other hand, about 68% of the GDEM and local DEM elevation differences are in [0, 7.5] m, while this values are in [0, 9] m for GDEM and SRTM elevation differences.