ارزيابي و مقايسه دقت مدل‌هاي ارتفاعي رقومي آزاد GDEM و SRTM و بررسي نحوه انتشار خطاها به نقشه شيب و جهت شيب

Vertical Accuracy Assessment of SRTM and GDEM Open Source Digital Elevation Models and Error Propagation for Slope and Aspect Maps

با گسترش مدل‌هاي ارتفاعي رقومي آزاد، كاربرد اين مدل‌ها در زمينه هاي مختلف در چند سال اخير رشد روزافزوني داشته است. عدم اطلاع كامل از دقت ارتفاعي اين مدل‌ها در مناطق با ويژگيهاي مختلف يكي از معضلاتي مي‌باشد كه نتايج مطالعات در حوزه‌هاي مختلف بر پايه اين مدل‌ها را غير قابل ارزيابي و اطمينان مي‌كند. نتايج حاصل از مدل‌هاي آماري رايج ارزيابي دقت نظير خطاي ميانگين، انحراف استاندارد و خطاي مجذور ميانگين مربعات با فرض پيروي خطاها از توزيع نرمال قابل اتكا مي‌باشند در حاليكه اين شرط عمدتاً با توجه به احتمال وجود خطاهاي بزرگ در داده‌ها قابل تامين نمي‌باشد. در اين مقاله ابتدا به بررسي رفتار آماري خطاي مدل‌هاي ارتفاعي زمين GDEM و SRTM پرداخته و با استفاده از تعريف يك محدوده اطمينان براي خطاي مجذور ميانگين مربعات روشي براي تعيين تعداد نقاط مرجع مناسب ارائه شده است. سپس با استفاده از مدل‌هاي آماري رايج و نيز مدل‌هاي با استحكام به ارزيابي دقت اين مدل‌ها در مقايسه با نقاط مرجع پرداخته‌ايم. براي اين منظور ابتدا شاخصهاي آماري لازم تعريف شده و سپس در چهار كلاس مناطق شهري، مسطح، تپه ماهور و كوهستان در مناطق غربي و مركزي ايران با محاسبه اين شاخصها به مقايسه و تحليل خطاي مدل‌هاي رقومي مذكور پرداخته شده است. عدم توجه به ويژگيهاي متفاوت مناطق مختلف و تاثيري كه اين ويژگيها در مراحل مختلف تعيين ارتفاع و تهيه مدل ارتفاعي خواهند داشت يكي از نواقص مطالعات پيشين مي‌باشد كه در اين مطالعه به آن پرداخته شده است. علاوه بر اين بررسي تاثير خطا بر محصولات ثانويه از طريق محاسبه انتشار خطاها در نقشه‌هاي شيب و جهت شيب حاصل از مدل‌هاي مذكور از جنبه هاي نوآورانه بسيار مهمي مي‌باشد كه در اين تحقيق به آن پرداخته شده است. نتايج تحقيق انجام شده نشان داد كه علي‌رغم قدرت تفكيك پايين‌تر، دقت SRTM در همه مناطق بهتر از GDEM است. علاوه بر اين در هر دو مدل دقت در مناطق شهري به ميزان قابل ملاحظه اي بهتر از ديگر مناطق مي‌باشد.

Recent developments in open source digital elevation models (DEMs) increase their applications in different disciplines. The lack of proper information about the accuracy of these models in regions with different topographic characteristics, make their analysis unreliable. Most estimates of accuracy, e.g., mean, standard deviation and RMSE depend on an implicit assumption that the errors comprise a random sample from a normal distribution. But, analytic data often depart from that assumption. Therefore, this paper first study statistical characteristics of SRTM and GDEM open source global DEMs. Then we define a confidence interval for RMSE which make it possible to investigate the appropriateness of reference points. Afterwards, measures for accuracy assessment of DEMs based on robust methods in L1 norm and Huber's method as well as conventional methods in L2 norm are discussed. In order to consider different topographic characteristics we compare SRTM and GDEM based on the defined measures in Urban, Flat, Hill and Mountain regions. Finally, we studied how the errors propagate into slope and aspect maps. It was found that although GDEM has better resolution, but SRTM performs better based on the defined measures in all the regions. It is also illustrated that the accuracy of both models in urban are better than other regions.