资源卫星三号DEM数据在活动构造定量研究中的应用评价

引用本文

宿渊源, 张景发, 何仲太, 姜文亮, 蒋洪波, 李强. 资源卫星三号DEM数据在活动构造定量研究中的应用评价[J]. 国土资源遥感, 2015,27(4): 122-130
SU Yuanyuan, ZHANG Jingfa, HE Zhongtai, JIANG Wenliang, JIANG Hongbo, LI Qiang. Assessment of applying ZY-3 DEM data to quantitative study of active structures[J]. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES,2015,27(4): 122-130 复制到剪切板

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《国土资源遥感》编辑部

资源卫星三号DEM数据在活动构造定量研究中的应用评价

宿渊源, 张景发, 何仲太, 姜文亮, 蒋洪波, 李强

中国地震局地壳应力研究所,北京 100085

通信作者:张景发(1962-),男,研究员,主要从事灾害遥感方面的研究。Email: zhangjingfa@hotmail.com。

第一作者简介: 宿渊源(1989-),女,硕士研究生,主要研究方向为灾害遥感。Email: suyuanyuanrs@hotamil.com。

收稿日期: 2014-07-17

摘要

为评价资源三号测绘卫星(ZY-3)DEM数据在地质领域的应用效果,结合ZY-3卫星的在轨测试工作,选择内蒙古大青山山前断裂为实验区,从数据精度和可用性2个方面对ZY-3 DEM数据在活动构造定量研究中的应用进行评估。参考1:5万比例尺DEM和实验区野外实测高精度GPS数据,对比ASTER传感器立体像对生产的30 m分辨率GDEM数据,采用检查点法和剖面法对ZY-3立体像对生产的5 m分辨率DEM数据进行了精度评价。实验结果表明: ZY-3 DEM的高程精度略优于ASTER GDEM; ZY-3 DEM受地表形态因素影响更为显著。通过对大青山山前断裂呼和浩特段的地貌特征进行遥感数据统计分析与微地貌研究发现,该区域以中、低陡坡为主(约占该段山体的92%),发育有4级夷平面和1级山前沉积台地,越靠近东部断裂末段,断裂的活动性越弱; 断裂呈线性展布,其活动性以张性为主,兼具左行水平滑移。研究结果表明,ZY-3提供的高分辨率光学影像、多光谱影像和DEM可有效地应用于活动构造的定量研究。

关键词: 资源三号测绘卫星(ZY-3); 数字高程模型(DEM); 大青山山前断裂; 遥感解译

中图分类号:TP 79; P 2 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2015)04-0122-09 doi: 10.6046/gtzyyg.2015.04.19

Assessment of applying ZY-3 DEM data to quantitative study of active structures

SU Yuanyuan, ZHANG Jingfa, HE Zhongtai, JIANG Wenliang, JIANG Hongbo, LI Qiang

Institute of Crustal Dynamics, CEA, Beijing 100085, China

Abstract

In order to evaluate the data usability of ZY-3 in geology, the authors chose piedmont fault of the Daqing Mountain as the study area, and assessed the effect of applying the DEM(digital elevation model)of ZY-3 to quantitative study of active structure on the basis of the on-orbit testing work. Consulting 1: 50 000 DEM and high-precision GPS data, the authors assessed the DEM of ZY-3 which has 5m resolution by the check-point method and profile method, in comparison with the GDEM of ASTER which has 30 m resolution. Experimental results show that the elevation accuracy of ZY-3 DEM is slightly better than that of ASTER GDEM,and ZY-3 DEM is affected by the terrain factors more significantly than ASTER GDEM. Statistic analysis and micro-topographic research were carried out on piedmont fault of the Daqing Mountain, and the results obtained show that mountain areas account for about 92% of this region, and most of them are low or medium mountains. This region has four planation surfaces and a piedmont deposition platform, the closer to the last part of the eastern fault, the weaker the activity is. Fractures are distributed in linear form and their activities are mainly in tension with left-level slip. The high resolution optical images, multispectral resolution images and DEM can be widely used in quantitative study of active structures.

Keyword: ZY-3; digital elevation modal (DEM); piedmont fault of the Daqing Mountain; remote sensing interpretation

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0 引言

资源三号测绘卫星(ZY-3)是我国首颗民用高分辨率三线阵立体测绘卫星, 主要用于全国1:5万比例尺的基础地理信息产品生产和1:2.5万及更大比例尺的地形图修测与更新, 同时为国土资源调查与监测、防灾减灾、农田水利、生态环境、城市规划与建设、交通等领域的应用提供服务和保障。ZY-3搭载了1台多光谱相机和1台三线阵相机, 多光谱相机在可见光至近红外谱区有4个波段, 空间分辨率为5.8 m; 三线阵相机可以获取3.6 m分辨率的前、后视全色影像和2.1 m分辨率的正视全色影像, 可生成立体像对。在轨测试表明: 单景ZY-3影像的有控制点平面精度优于3 m, 高程精度优于2 m; 无控制点平面精度优于25 m; 满足1:5万比例尺的立体测图要求和1:25万比例尺的地图修测与更新要求^[1]。ZY-3发射成功后, 迅速由卫星应用系统牵头开展了在轨测试工作。中国地震局地壳应力研究所在第一时间分发到了ZY-3测试数据, 对实验区内蒙古大青山山前断裂进行了活动断层信息提取, 完成了震害领域ZY-3数据的应用评价^{[2, 3, 4]}。

ZY-3最大的优势在于可通过立体成像获得数字高程模型(digital elevation modal, DEM)。DEM是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化拟合, 或者说是地形表面形态的数字化表示^[5]。应用遥感技术获取大范围DEM数据始于1986年SPOT卫星的成功发射, 现在许多卫星传感器如QuickBird, IKONOS, ALOS等都可以立体成像。遥感技术已成为提取DEM的重要技术手段^[6]。

DEM在地质学与地貌学中的广泛应用始于20世纪90年代末, 地球科学逐渐与其他学科融合, 提出了“ 数字地球” 的概念。利用DEM并结合地质资料进行地貌与新构造研究, 不但可以突破区域条件的限制, 还可以节省大量的人力和物力。国内外学者在这一领域已经进行了不同程度的研究及应用, 例如Hooper等^[7]应用雷达干涉技术生成高分辨率DEM, 研究了美国内达华州— 加利福尼亚州的鱼湖谷断层崖地貌; 张会平等^[8]利用DEM对我国岷江断裂带的构造地貌进行了模拟与分析; 陈正位等^[9]利用DEM制作地形剖面, 分析了亚东— 谷露构造带的第四纪活动构造习性; 洪顺英等^[10]则利用SRTM DEM结合地质资料, 对阿尔泰山的构造地貌特征进行了统计分析。上述研究所采用的数据多为国外卫星的中、低分辨率DEM。ZY-3的成功发射弥补了国产卫星在这一领域的数据空白, 高分辨率的成像精度将极大地提高其在活动构造定量研究中的应用水平。基于此, 本文应用国产ZY-3 DEM数据, 对内蒙古大青山山前断裂呼和浩特段的地貌特征进行了定量分析和微地貌研究。

1 实验区概况与数据源

1.1 实验区概况

实验区为内蒙古大青山山前断裂呼和浩特段。大青山山前活动断裂位于鄂尔多斯断块的北缘, 是河套活动断裂系的主要断裂之一, 为典型的张性正断裂。它西起流经包头市的黄河以南, 东至呼和浩特市东, 长约240 km, 总体沿NEE方向呈线状展布, 控制着大青山隆起和呼— 包断陷盆地的形成和发展。大青山山前断裂自晚更新世以来的活动在空间上分布不均匀, 依据断裂几何学、运动学特征和古地震分布, 可将其划分为5段: 黄河南— 雪海沟段、雪海沟— 威俊段、水涧沟— 美岱桥段、美岱桥— 土左旗段和土左旗— 奎素段^[11]。本文研究的呼和浩特段是指土左旗— 奎素段的东半段, 始于呼和浩特西北郊的乌素图— 元山子一带, 向东延伸至奎素以东4 km。相对而言, 呼和浩特段比大青山山前断裂中间几段自第四纪以来的累积位移量都要小, 其更新世以来的位移速率仅为中间4个段的一半^[12]。在晚更新世晚期至全新世, 该段的活动性增强, 冉永康等^[13]使用位移量限定法和多探槽校验法对这一段揭示了7次古地震事件。

1.2 遥感数据源

本文所用的ZY-3数据为2012年2月17日获取的1C级数据, 地理范围在E 111.01° ~ 111.90° , N 40.63° ~ 41.36° 之间。采用基于WGS84椭球的UTM投影, 共有前、后视影像各1景、正视影像1景和多光谱影像1景。数据质量较好, 没有云、雪等覆盖, 纹理信息和几何结构清晰。用于对比的ASTER GDEM数据的空间分辨率为30 m, 由国际科学数据服务平台提供; 用于验证DEM高程的基准数据是空间分辨率为25 m的1:5万比例尺DEM数据(TIN DEM), 由国家测绘地理信息局提供。野外实测的GPS RTK数据, 在研究区内共有233个采样点。

1.3 数据处理及DEM数据的生成

对多光谱影像的前、后、正视影像分别进行辐射校正和几何精纠正。对多光谱影像和正视影像进行色彩拉伸、影像增强等处理, 以提高其可解译程度。本次实验采用的立体像对覆盖了整个实验区, 重叠度接近100%。按照“ 立体像对相对定向— 立体相对绝对定向— 核线影像生成— DEM生成及编辑” 等步骤, 基于地面控制点和连接点进行DEM提取, 生成以卫星地势面-WGS 84基准面为基准的5 m分辨率ZY-3 DEM数据(图1)。

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	图1 呼和浩特段ZY-3 DEMFig.1 ZY-3 DEM of Huhehaote section

2 DEM精度评价

DEM数据的高程误差是评价DEM数据质量的一个重要指标。评价DEM高程精度的主要方法有检查点法、剖面法及等高线回放法等^[14]。本文主要采用检查点法和剖面法进行精度评价。

2.1 检查点法

以野外实测GPS高程点(图2中红色虚线为GPS采样路线)作为检查点的真值, 沿大青山山前断裂北侧的沟谷进行采集。

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	图2 GPS采样路线部署Fig.2 GPS sampling strategy

从ZY-3 DEM和ASTER GDEM数据中提取对应点进行比较, 并建立高程中误差(RMSE)模型, 对ZY-3 DEM的高程精度进行评价。其计算方法为

$\begin{matrix} RMSE = \sqrt{\overset{n}{\sum_{i = 1}} {(H - H')}^{2} / n} \end{matrix}$ , (1)

式中: RMSE为均方根误差; H与H'分别为某个点在DEM上的高程值和GPS实测高程值; n为检查点个数。RMSE模型是一种广泛应用的DEM高程精度评价模型。在美国地质调查局(USGS), 各尺度DEM中都以RMSE作为其垂直精度的衡量标准; 但并不反映单个点位高程误差的大小, 而是从整体意义上描述地形参数与其真值的离散度^[15]。

将与采样点对应的ZY-3 DEM和ASTER GDEM数据高程值分别与野外GPS实测数据进行线性回归分析(图3)。

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	图3 2种DEM高程值与GPS实测值的线性回归分析Fig.3 Linear regression between DEMs and GPS data

结果表明, 在实验区内, 2种DEM高程值与GPS实测结果都有显著的相关性, 趋势线的斜率均接近1。提取采样点位置在2种DEM数据中的高程值, 计算高程中误差(RMSE, 表1)。

表1 ZY-3 DEM和ASTER GDEM采样点数据对比 Tab.1 Comparison between sampling point data of ZY-3 DEM and ASTER GDEM(m)

在273个采样点中, ZY-3 DEM与ASTER GDEM数据的高程中误差(RMSE)分别为15.96 m和16.41m; 两者与GPS实测值的绝对误差平均值均大于15 m, 其产品的垂直精度都没达到官方提供的参考数值, 但前者的精度明显优于后者。这种现象的产生可能有3个原因: ①GPS数据本身有一定偏差; ②实验区地形多为山地和丘陵, 地形因素可能对精度造成一定影响; ③由立体像对提取DEM时, 控制点的数量和分布也会对DEM提取精度造成较大影响。因此, 需要选取范围更大、地形更丰富的实验区以及更高精度的参考GPS数据做进一步实验。

2.2 剖面法

为了验证2种DEM产品的水平位置精度, 选择1:5万比例尺的标准DEM数据(TIN DEM)为参照, 在DEM上沿X和Y方向各作4条剖面曲线(图1, 分别以X_a, X_b, X_c, X_d和Y_a, Y_b, Y_c, Y_d表示), 并在任意方向作2条剖面曲线(图1, 以R_a和R_b表示)。计算这些曲线与TIN DEM的RMSE(表2)。

表2 剖面曲线与TIN DEM的RMSE Tab.2 RMSE between profiles and TIN DEM(m)

这些剖面曲线如图4— 6所示。

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	图4 东西方向剖面曲线Fig.4 Profiles along X direction

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	图5 南北方向剖面曲线Fig.5 Profiles along Y direction

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	图6 任意方向剖面曲线Fig.6 Profiles along random directions

从图4— 6可以看出, 每个剖面中的3条曲线都不完全吻合, 但其分布趋势相似。ZY-3 DEM与ASTER GDEM的相似度较大, 两者与TIN DEM(1:5万标准数字高程模型)有一定偏差, 这可能与卫星的飞行轨道方向有关^[16]。不同方向剖面曲线与TIN DEM的RMSE具有不同的特征: ①X方向剖面曲线与TIN DEM的RMSE由X_a至X_d(即由北至南)先增大后减小, 在影像上表现为RMSE随地形而变化, X_a和X_d地形较平缓, 其值较小; X_b和X_c处为山地, 其值较大; ②ZY-3 DEM在X方向剖面曲线与TIN DEM的RMSE大于ASTER-DEM与TIN DEM的RMSE, 说明ZY-3的立体相对受地形的影响更显著; 而在Y方向, ZY-3 DEM较ASTER GDEM与TIN DEM的RMSE整体偏小, 说明其沿经度方向的精度较高; ③对于任意方向的2条剖面曲线, 其与TIN DEM的RMSE皆表现为ZY-3 DEM数据的精度较高。不同方向剖面曲线的RMSE与233个检查点的RMSE基本一致(其值大部分都优于一个像素), 说明ZY-3 DEM的精度略优于ASTER GDEM的精度, 两者高程精度都优于一个像素。从剖面曲线上可以看到, 用立体像对提取的DEM与标准DEM之间不存在明显的位置偏移, 其位置精度较高。综上所述, ZY-3立体像对能生成高分辨率、高精度的DEM, 可应用于活动构造信息的定量提取中。

3 大青山山前断裂地貌分析

3.1 地表坡度分析

地表坡度能够对地貌成因、地貌发育阶段起指示作用, 对研究新构造运动有重要意义。使用ZY-3 DEM数据, 采取三阶反距离法生成坡度图, 然后利用GIS空间统计分析方法对大青山山前断裂呼和浩特段进行遥感解译与地貌分析。

从坡度图(图7)中可以看出, 断裂两侧的地表坡度存在着明显差异, 这与较强的构造活动造成断裂两侧地形和地貌的强烈反差相对应。

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	图7 坡度分类图Fig.7 Slope classification

结合ZY-3 DEM(图1)可以发现, 该区域的坡度和高程具有较强的相关性, 高程较小的区域(如山前盆地)其地表坡度较小, 高程较大的山地区域对应的地表坡度较大。同时, 坡度变化明显区域的高程亦发生强烈变化, 表明这些区域受断层的控制, 构造活动较为强烈(如在融合影像中显示为陡坎、陡崖的区域, 在坡度图上出现相应的高坡度值)。

GIS空间统计分析表明, 研究区内的最大坡度值可达88° , 平均坡度值8° , 这与研究区域内分布有大量的盆地和丘陵(坡度0° ~9° , 约占44.41%)有关。对缓坡(坡度0° ~9° )以外的区域进行坡度统计分析的结果见表3。

表3 坡度统计 Tab.3 Slope statistics

根据坡度倾角大小进行分类, 可划分为低陡坡(坡度倾角[9° , 21° ), 约占69%)、中陡坡(坡度倾角[21° , 33° ), 约占22%)、陡坡(坡度倾角[33° , 45° ), 约占5%)和陡崖(坡度倾角45° 以上, 约占3%)。由此可见, 大青山呼和浩特段多为中、低坡度, 存在少量悬崖峭壁, 反映了该区域受活动构造的控制作用地表存在较大起伏, 地势及地表坡度变化较大的地区往往是断裂构造发育或活动强烈的区域。结合相关地质资料分析大青山呼和浩特段的高程及坡度变化特点, 在某种意义上说明: ①内部因素作用。受大青山山前断裂的强烈控制, 山体不是简单的大面积拱起, 而是间歇性抬升; ②外部因素作用。因遭受剥蚀作用, 形成了大量的夷平面、剥蚀山地等地貌。在晚更新世, 山前构造活动强烈, 形成了山前台地和断崖, 对现代地貌的形成具有重要意义。

3.2 地形剖面分析

研究地形剖面通常以线代面, 进而研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化以及地表切割强度等。在研究区自西向东分别作4条剖面(剖面位置见图 1)。通过高程剖面分析(图8)可知, 大青山呼和浩特段存在明显的层状地貌, 大致发育5层(级)地貌单元, 山脉西北侧地势高于东南侧。第Ⅰ 级地貌单元主要分布于海拔2 200 m以上的高山, 由山脊线和峰顶面组成; 第Ⅱ 级主要分布于海拔2 100 m左右的高度; 第Ⅲ 级主要位于海拔2 000 m左右的亚高山带; 第Ⅳ 级主要位于海拔1 800 m左右; 第Ⅴ 级位于海拔1 400 m左右低山带。以上5级地貌单元与前人野外工作查明的该段发育有1级山前侵蚀盆地和4期夷平面共5级地貌单元的结果相符^[17]。

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	图8 山体剖面(图中Ⅰ ~Ⅴ 表示第Ⅰ 级~第Ⅴ 级地貌单元)Fig.8 Profiles of mountainous bodies

大青山呼和浩特段5级地貌单元的分布特征具有一定的规律。在总体上: ①从地势来看, 山体西北侧同级夷平面的高度大于其东南侧, 山体西段同级夷平面的高度大于东段, 这与整个大青山西段构造活动强度大于东段有关, 且越向西构造活动强度越大; ②从成因来看, 各级夷平面代表着一个相对平静的构造时期, 不同级夷平面海拔的明显差异说明该段经历过多次隆升作用; ③从分布来看, 夷平面从分水岭向两侧逐渐降低, 呈阶梯状分布。从图8可以看出, 自西向东, “ V” 形谷发育逐渐减弱、夷平面保存逐渐完好, 说明越向东、流水活动性越缓, 深切作用越小, 侧蚀作用越强, 致使山前河谷越宽阔。综上所述, 越向东越靠近断裂末端, 断裂的构造活动性越明显减弱, 这符合断裂末段应有的规律^[18], 这一结果与断层垂直位移幅度和平均倾滑速率的研究结果相符^[19]。

关于大青山呼和浩特段阶梯状地貌的成因、时代及层数, 吴中海等^[20]通过热释光年代分析法进行实验后认为: 该区域存在4期夷平面和1级山前侵蚀台地, 并与之对应具有4期大的沉积间断(分别是下白垩统与始新统之间、始新统与渐新统之间、渐新统与中新统之间和中新统与上新统之间的沉积间断), 根据夷平面与相关沉积的关系, 推断盆地堆积中的主要沉积间断期应对应于相邻隆升山地的地貌面形成时代; 因为最高1级夷平面夷平了大青山逆冲推覆构造和下白垩统固阳组, 所以大青山最高1级夷平面形成于大青山逆冲推覆运动^[20], 即白垩世至早始新世之间^[21]。

3.3 区域构造地貌遥感分析

大青山山前断裂断层两盘的构造地貌差异性明显, 断层大致控制着山地与平原的边界。断层北盘为高耸的大青山山体, 主要由太古宇和元古宇变质岩系、上侏罗统和下白垩统砂岩及砾岩组成; 南盘为平坦广阔的呼包盆地东部, 广为全新统冲洪积物所覆盖, 仅在东部零星出露少量上新统砖红色砂岩和泥岩。

活动断裂不仅在DEM数据和彩色影像中呈现出线性特征, 还对周围的地貌产生强烈的控制作用。沿活动构造发育有断层三角面、陡坎等地貌; 同时, 断裂控制了河流, 改变河流流向、影响阶地发育, 造成不同的局部微地貌特征。这些特征在遥感影像中可以得到清晰的表征。

利用ZY-3 DEM构造三维场景(图9), 并赋以ZY-3多光谱彩色影像的色彩和纹理特征, 可以看到清晰的断裂线性分布特征(图中红色箭头所示)。

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	图9 呼和浩特附近断裂3D效果显示(红色箭头指示断裂线性分布)Fig.9 Three-dimensional scene of fault near Huhehaote

断裂在山前发育有大量的断层三角面(图10(a)), 山前断层三角面坡度角向南倾, 并具有张性特征; 断层陡坎(图10(b))广泛分布。大青山山前断裂呼和浩特段在晚更新世以来活动较弱, 山间发育的河流普遍具有2级阶地(图10(c)(d)); 水系对山前断裂活动极为敏感, 因受断裂活动的影响, 水系要调整自身的比降以达到均衡状态。图10(e)表明山前水系有明显的左旋活动特征, 表征断层具有左行水平滑移运动。这种滑移导致大青山山前水系不是直接向南流动, 而是转向西流入黄河^[22]。

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	图10 断层三角面、陡坎、河流阶地及河流转向地貌Fig.10 Geomorphology of terminal facet, scarp, terrace and river steering

4 结论

1)资源三号测绘卫星(ZY-3)立体像对可以生产高分辨率DEM, DEM精度与地面控制点的数量、分布和精度有密切关系。ZY-3 DEM高程精度优于一个像素, 且优于30 m分辨率ASTER GDEM数据。DEM高程精度受卫星轨道和地形起伏的影响, 对高程精度与地形的相关性需选择更广泛的、地形更丰富的实验区作进一步分析。ZY-3 DEM无位置偏移。

2)整个研究区域包括盆地在内, 平均海拔达1 497 m, 说明与大青山呼和浩特段断裂对应的大青山山体海拔很高, 以中、低陡坡为主, 这种高海拔、中低坡度的现代地貌特征与断裂的强烈构造活动有关。该段山体具有明显的阶梯状地貌特征, 发育有4级夷平面和1级山前台地, 且同级夷平面具有西北侧高度大于东南侧的特点。大青山山脉不是简单的拱起, 而是呈阶段性隆升; 山体的发育特点表明, 该断裂的水系越向东, 其流动性越弱, 侧蚀作用越强。控制水系的山前断裂也具有相同的特征, 与该段处于整个断裂末段的特征相吻合。

3)以ZY-3 DEM、多光谱和全色数据为基础, 解译大青山山前断裂的呼和浩特段为NEE走向, 主断面向山前盆地倾斜, 具有很强的线性特征和地形控制作用。在山前发育有大量的断层三角面、陡坎及河流阶地, 河流普遍具有左旋活动特征, 证明断裂以张性力学性质为主并兼具左行水平滑移。

4)ZY-3的立体像对和全色影像可有效地应用于活动断裂几何特征和活动特性的解译, 能为分析活动断裂的发育过程和控制作用提供遥感支撑, 满足活动构造定量研究的需要。ZY-3数据不仅填补了我国地图测绘卫星数据的空白, 而且可以预见其对地震监测预报、地震地质过程研究、地震应急评估等其他地震领域的科学研究与应用也将具有巨大潜力。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[12]	李克, 吴卫民, 杨发, 等. 大青山山前断裂分段性研究[G]//中国地震学会地震地质专业委员会. 中国活动断层研究. 北京: 地震出版社, 1994: 102-113. Li K, Wu W M, Yang F, et al. Segment research of Daqingshan piedmont fault[G]//Committee on Seismogeology, Seismological Society of China. Research of Active Faults in China. Beijing: Seismological Press, 1994: 102-113. [本文引用:1]
[13]	冉勇康, 张培震, 胡博, 等. 大青山山前断裂呼和浩特段晚第四纪古地震活动历史[J]. 中国地震, 2002, 18(1): 15-27. Ran Y K, Zhang P Z, Hu B, et al. Paleoseismic activity on the Hohhot segment of Daqingshan piedmont fault in the Late Quaternary history[J]. Earthquake Research in China, 2002, 18(1): 15-27. [本文引用:1]
[14]	唐新明, 林宗坚, 吴岚. 基于等高线和高程点建立DEM的精度评价方法探讨[J]. 遥感信息, 1999(3): 7-10. Tang X M, Lin Z J, Wu L. Accuracy discussion of DEM extracted based on contours and elevation points[J]. Remote Sensing Information, 1999(3): 7-10. [本文引用:1]
[15]	Nikolakopoulos K G, Kamaratakis E K, Chrysoulaks N. SRTM vs ASTER elevation products. comparison for two regions in Crete, Greece[J]. International Journal of Remote Sensing, 2006, 27(21): 4819-4838. [本文引用:1]
[16]	郭笑怡, 张洪岩, 张正祥, 等. ASTER GDEM与SRTM3数据质量精度对比分析[J]. 遥感技术与应用, 2011, 26(3): 334-339. Guo X Y, Zhang H Y, Zhang Z X, et al. Comparative analysis of the quality and accuracy between ASTER GDEM and SRTM3[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2011, 26(3): 334-339. [本文引用:1]
[17]	马保起, 李克, 吴卫民, 等. 大青山河谷地貌特征及新构造意义[J]. 地理学报, 1999, 54(4): 327-335. Ma B Q, Li K, Wu W M, et al. Features and neotectonic significance of river valley land forms in Mt. Daqingshan[J]. Acta Geographica Sinica, 1999, 54(4): 327-335. [本文引用:1]
[18]	丁国瑜. 全新世断层活动的不均匀性[J]. 中国地震, 1990, 6(1): 1-9. Ding G Y. The inhomogeneity of faulting in Holocene[J]. Earthquake Research in China, 1990, 6(1): 1-9. [本文引用:1]
[19]	冉勇康, 张培震, 陈立春. 河套断陷带大青山山前断裂晚第四纪古地震完整性研究[J]. 地学前缘, 2003, 10(sl): 207-216. Ran Y K, Zhang P Z, Chen L C. Research on the completeness of paleoseismic activity history since Late Quaternary along the Daqingshan piedmont fault in Hetao Depression Zone, North China[J]. Earth Science Frontiers, 2003, 10(sl): 207-216. [本文引用:1]
[20]	吴中海, 吴珍汉. 大青山晚白垩世以来的隆升历史[J]. 地球学报, 2003, 24(3): 205-210. Wu Z H, Wu Z H. Uplift history of the Daqing Mountain since the Late Cretaceous[J]. Acta Geoscientia Sinica, 2003, 24(3): 205-210. [本文引用:2]
[21]	郑亚东, Davis G A, 王琮, 等. 内蒙古大青山大型逆冲推覆构造[J]. 中国科学: D辑, 1998, 28(4): 289-295. Zheng Y D, Davis G A, Wang Z, et al. Large thrust nappe structure in Mt Daqinngshan[J]. Science in China: Series D, 1998, 28(4): 289-295. [本文引用:1]
[22]	刘群. 内蒙古大青山山前断裂带构造变形特征[J]. 世界地质, 2012, 31(1): 113-119. Liu Q. Structural deformation characteristics of Daqingshan piedmont fault in Inner Mongolia[J]. Global Geology, 2012, 31(1): 113-119. [本文引用:1]

2012

0.0

高卫军, 孙立, 王长杰, 等. “资源三号”高分辨率立体测绘卫星三线阵相机设计与验证[J]. 航天返回与遥感, 2012, 33(3): 25-34.

Gao W

, Sun

, Wang C

, et al. Design and verification of three-line array camera for ZY-3 high resolution stereo mapping satellite[J]. Spacecraft Recovery and Remote Sensing, 2012, 33(3): 25-34.

On January 9，2012，ZY-3 satellite，the first civil high resolution stereo mapping satellite of China，was successfully launched at the Taiyuan satellite-launching center. As one of the most important optical payloads on the satellite，the three-line array camera has ability to obtain panchromatic images with 2.1m GSD by orthometric camera and 3.5m GSD by forward/backward cameras. This paper introduces the three-line array camera from the aspects of composition and operating principle，critical techniques and their implementation，and in-orbit operation and tests. The preliminary in-orbit test results are also given in the paper. The in-orbit operation status indicates that the camera design is rational and image quality is excellent，and each qualification meets the requirements of 1：50 000 mapping application. The interior orientation elements of the camera have proved high -accuracy stable，which plays a key role in improving the satellite positioning precision to the international advanced levels.

Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity

2012 年1 月9 日，中国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星--“资源三号”卫星在太原卫星发射中心成功发射，星上装载的三线阵相机可以获取2.1m 地面像元分辨率（正视相机）和3.5m 地面像元分辨率（前/后视相机）全色影像。文章介绍了三线阵相机的组成及工作原理、关键技术及实现情况、在轨运行和测试情况，给出了在轨测试的初步结果。在轨运行情况表明院相机设计合理，成像品质优异，各项指标满足 1：50 000 制图应用的要求，实现了内方位元素的高精度稳定，对卫星定位精度达到国际先进水平发挥了关键作用。

... 满足1:5万比例尺的立体测图要求和1:25万比例尺的地图修测与更新要求^[1] ...

2013

0.0

... 中国地震局地壳应力研究所在第一时间分发到了ZY-3测试数据,对实验区内蒙古大青山山前断裂进行了活动断层信息提取,完成了震害领域ZY-3数据的应用评价^[2,3,4] ...

2014

0.0

李霖, 罗恒, 唐新明, 等. 资源三号卫星多光谱图像特征分析和质量评价[J]. 国土资源遥感, 2014, 26(1): 17-24. doi: DOI: 106046/gtzyyg. 2014. 01. 04.

, Luo

, Tang X

, et al. Characteristic analysis and quality assessment of ZY-3 multi-spectral image[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2014, 26(1): 17-24. doi: DOI:10.6046/gtzyyg.2014.01.04.

Research on image characteristics and quality of ZY-3 satellite multi-spectral data was performed in comparison with SPOT5 HRG(high resolution geometric)satellite data. Subjective quality assessment was employed to compare the image quality, and the differences were analyzed by calculating data range, mean and standard deviation from gray scale statistics of the three distinct areas; on such a basis, the multi-spectral radiometric characteristics were investigated, and histograms of typical ground objects in these areas were selected for comparison. By calculating the correlation index between different bands of ZY-3 and SPOT5 images, the band correlation assessment was made. Through refining texture characteristics, such as homogeneity, contrast, entropy and angular second moment of these two images, their textural qualities were assessed. The results show that, though the high correlation between ZY-3's bands in vegetation makes its vegetation extraction capability lower than that of SPOT5, ZY-3 multi-spectral image, it still has a better performance in the aspect of water and building extraction potential and it has advantage in image quality and texture characteristics, so it can be used as base map for different applications in different fields.

1. School of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Satellite Surveying and Mapping Application Center, National Administration of Surveying, Mapping and Geo-Information, Beijing 100830, China

针对资源三号卫星（ZY-3）多光谱图像数据展开图像辐射特征和质量评价研究，通过与SPOT5 HRG（high resolution geometric）多光谱数据对比分析，利用值域、均值和标准差等影像灰度统计信息分析ZY-3与SPOT5图像质量在不同地理区域的差异；通过计算相关系数分析波段之间的相关性，选取不同区域内的典型地物直方图进行对比，以反映多光谱影像的辐射特征；通过计算均质性、对比度、信息熵和角二阶矩评价ZY-3和SPOT5影像的纹理特征，并从影像地理要素视觉特征方面比较2种卫星图像的质量，作为用户选取和使用ZY-3图像的参考。实验结果表明：ZY-3多光谱图像的质量较好，在波段相关性方面，ZY-3在除植被外的水体和建筑物等要素信息提取能力上优于SPOT5；在纹理特征方面，ZY-3也比SPOT5有更好的显示效果，可用做中、小比例尺国土资源等领域应用的基础图像。

2012

0.0

刘斌, 孙喜亮, 邸凯昌, 等. 资源三号卫星传感器校正产品定位精度验证与分析[J]. 国土资源遥感, 2012, 24(4): 36-40. doi: DOI: 106046/gtzyyg. 2012. 04. 07.

Liu

, Sun X

, Di K

, et al. Accuracy analysis and validation of ZY-3's sensor corrected products[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2012, 24(4): 36-40. doi: DOI:10.6046/gtzyyg.2012.04.07.

On the basis of the existing preliminary accuracy validations of ZY-3 satellite imagery, a further in-depth analysis and verification of the geopositioning accuracy were performed at a typical site with both flat and mountainous terrains. The rational polynomial coefficients (RPC) were refined through block adjustment with high accuracy GPS points as ground control points (GCP) and check points. Digital surface model (DSM) and digital ortho map (DOM) were automatically generated with the refined RPC, the planimetric and stereo geopositioning accuracies were evaluated, and the influences of terrain, number and distribution of GCPs were analyzed. The results show that the horizontal and vertical geopositioning accuracies of ZY-3 imagery of the test site are 1.476 m and 2.213 m respectively in the flat area, and 1.506 m and 2.895 m respectively in the mountainous area, all meeting the requirements of 1∶50 000 DEM and DOM production both in the flat area and mountainous area. The ZY-3 imagery can also be used for revision of the 1∶25 000 topographic maps.

1. Institue of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2. Geometric College, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China

在已有对资源三号(ZY-3)卫星遥感影像质量初步验证工作的基础上,选择同时具有平地和山地的典型实验区影像,进一步深入研究并验证ZY-3卫星传感器校正产品的定位精度。以在实验区外业测量的高精度GPS点作为控制点及检查点,通过区域网平差算法对传感器校正产品自带的有理多项式系数进行精化,消除系统误差; 通过自动生成数字表面模型(DSM)和正射影像(DOM),验证其平面测图和立体定位精度,分析地形、控制点数量与分布对精度的影响。实验结果表明: 在地形平坦地区,ZY-3卫星数据的平面定位精度可达1.476 m,高程定位精度可达2.213 m; 在地形起伏较大的山区,平面定位精度可达1.506 m,高程定位精度可达2.895 m。该精度能满足1∶5万比例尺 DEM及DOM制作要求,并可用于1∶2.5万比例尺地形图的修测。

2005

0.0

... DEM是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化拟合,或者说是地形表面形态的数字化表示^[5] ...

2001

0.0

... 遥感技术已成为提取DEM的重要技术手段^[6] ...

2003

0.0

... 国内外学者在这一领域已经进行了不同程度的研究及应用,例如Hooper等^[7]应用雷达干涉技术生成高分辨率DEM,研究了美国内达华州#cod#x02014 ...

2004

0.0

张会平, 杨农, 张岳桥, 等. 基于DEM的岷山构造带构造地貌初步研究[J]. 国土资源遥感, 2004, 16(4): 54-58. doi: DOI: 106046/gtzyyg. 2004. 04. 14.

Zhang H

, Yang

, Zhang Y

, et al. A GIS-based research on morpho structural features of the Minshan Tectonic Belt[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2004, 16(4): 54-58. doi: DOI:10.6046/gtzyyg.2004.04.14.

In recent years, many researchers have been concerned with the evidence of surface processes in their study of plateau and mountain uplift as well as the evolution of orogens. At the same time, the traditional research is becoming quantified, and the key study puts its emphasis on geomorphology. Geological movements such as uplifting and denudation have led to the formation of present relief. Based on the techno-platform of Geographic Information System (GIS), in combination with the geomorphological study, this paper has constructed the Digital Elevation Model (DEM) of the Minshan Tectonic Belt (MTB) and adjacent regions by applying the data of terrain vectorization. Moreover, the authors have applied this technique to visualizing features of active structures of MTB and Minjiang Fault Zone (MFZ).

1. School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 3. Institute of Geological Environment Measurement, Beijing 100081, China

以地理信息系统(GIS)为平台,结合构造地貌研究,利用矢量地形数据,构建了岷山构造带数字高程模型(DEM),初步对岷山构造带,特别是岷山断裂带构造地貌特征进行了分析。研究表明,将DEM与GIS技术结合,辅以遥感图像解译和详细野外地质调查,能够直观地进行坡度、坡向以及地形起伏度和高程的统计分析等研究,在构造地貌研究中具有良好的应用前景。

... 张会平等^[8]利用DEM对我国岷江断裂带的构造地貌进行了模拟与分析 ...

2004

0.0

... 陈正位等^[9]利用DEM制作地形剖面,分析了亚东#cod#x02014 ...

2007

0.0

洪顺英, 申旭辉, 荆凤, 等. 基于SRTM-DEM的阿尔泰山构造地貌特征分析[J]. 国土资源遥感, 2007, 19(3): 62-66. doi: DOI: 106046/gtzyyg. 2007. 03. 14.

Hong S

, Shen X

, Jing

, et al. An analysis of geomorphology characteristics of the Altai mountain based on DEM[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2007, 19(3): 62-66. doi: DOI:10.6046/gtzyyg.2007.03.14.

Based on American SRTM-DEM(90m) data and geological information and adopting color-dye, density-class and GIS spatial statistic analysis technology，the authors studied geomorphological characteristics of the Altay Mountain by means of topography-elevation analysis, surficial-slope analysis and terrain-section analysis. According to the results of the study, the Altay Mountain has an average altitude of 1 790 m and an average surficial slope of 21°, and the current geomorphological characteristics of high altitude and steep slope are mainly attributed to strong tectonic activities; the mountain range is strictly affected or controlled by the NW- trending fault activity, and hence the geomorphological cells mostly extend in the NW direction; the mountain assumes obvious ladder-like modern geomorphology, and has developed 5-level denudation-planation surfaces with different altitudes, with the northeast denudation-planation surface higher than the southwest surface, and the east and central denudation-planation surface higher than the west surface.

1.Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China; 2.Institute of Earthquake Science, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China

基于美国SRTM-DEM数据，利用彩色晕染、密度分割与GIS空间统计分析等技术，并结合地质资料，通过地形高程、地表坡度及地形剖面等分析手段，对阿尔泰山的构造地貌特征进行初步分析。研究表明，阿尔泰山脉平均海拔约1 790 m，平均坡度约21° ，其高海拔与高坡度的现代地貌特征，主要与强烈的断裂构造活动有关；山脉严格受到以北西向为主的断裂构造活动的影响与控制，其发育的构造地貌单元基本上呈北西走向特征；山脉阶梯状地貌特征明显，共发育5级剥夷面，不同级剥夷面所处的海拔不一样，同级剥夷面具有东北侧高于西南侧，山脉东、中段高于西段的特点。

... 洪顺英等^[10]则利用SRTM DEM结合地质资料,对阿尔泰山的构造地貌特征进行了统计分析 ...

2001

0.0

江娃利, 肖振敏, 王焕贞, 等. 内蒙大青山山前活动断裂带的地震破裂分段特征[J]. 地震地质, 2001, 23(1): 24-34.

Jiang W

, Shen Z

, Wang H

, et al. Segmentation character of seimic surface ruptures of the piedmont active fault of Mt. Daqingshan, Inner Mongolia[J]. Seismology and Geology, 2001, 23(1): 24-34.

We have made field investigation and trench measurement along the piedmont fault of Daqingshan Mountain, Inner Mongolia, which is one of the most remarkable faults surrounding the Ordos block. The results show that the most recent time of activity is after Middle Holocene for the west section and before Late Holocene for the east section of the fault, respectively. The activity of the middle section of the fault during Holocene is characterized by integration. We have also analyzed the geomorphologic features, paleoearthquakes, surface ruptures caused by the Baotou earthquake of AD 849, and present day seismicity. It is suggested that there is a boundary of the fault near Tuzuq County, west of Huhehaute. The activity in Late Holocene of the fault was intensive on the west side of the boundary and not evident on the east side.

Institute of Crustal Dynamics, China Seismological Bureau, Beijing 100085

沿内蒙大青山山前活动断裂进行野外调查及探槽开挖的研究结果表明,该断裂西部地段及东部地段的最新活动时期在全新世中期以后及全新世晚期以前;中部地段在全新世晚期强烈活动,公元849年包头地震的地表破裂沿该段展布。大青山山前台地与断层陡坎分布、洪积扇类型及河流阶地断错等地貌特征、全新世晚期断裂活动范围、沿断裂带探槽开挖获得的古地震事件对比,以及现今中小地震震中分布表明,全新世晚期大青山山前断裂的活动以土左旗为界,该界以西全新世晚期断裂强烈活动,该界以东全新世晚期断裂活动不明显。全新世时期大青山山前断裂的活动显示了由东向西的迁移。

... 奎素段^[11] ...

1994

0.0

... 相对而言,呼和浩特段比大青山山前断裂中间几段自第四纪以来的累积位移量都要小,其更新世以来的位移速率仅为中间4个段的一半^[12] ...

2002

0.0

... 在晚更新世晚期至全新世,该段的活动性增强,冉永康等^[13]使用位移量限定法和多探槽校验法对这一段揭示了7次古地震事件 ...

1999

0.0

... 评价DEM高程精度的主要方法有检查点法、剖面法及等高线回放法等^[14] ...

2006

0.0

... 但并不反映单个点位高程误差的大小,而是从整体意义上描述地形参数与其真值的离散度^[15] ...

2011

0.0

郭笑怡, 张洪岩, 张正祥, 等. ASTER GDEM与SRTM3数据质量精度对比分析[J]. 遥感技术与应用, 2011, 26(3): 334-339.

Guo X

, Zhang H

, Zhang Z

, et al. Comparative analysis of the quality and accuracy between ASTER GDEM and SRTM3[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2011, 26(3): 334-339.

ASTER-GDEM was a kind of data for global DEM and jointly developed by Japan and America.It was up to date with high resolution; SRTM3 was one kind of terrain data widely used by researchers.This paper describes assessment carried out over the ASTER\|GDEM and SRTM3 data.The study area was located in Jilin,China.First,the data parameters were analyzed in the ASTER-GDEM and SRTM3.Then the vertical accuracy of the data was assessed by using GPS points data.Comparison between ASTER\|GDEM and SRTM3 allowed a qualitative assessment of the horizontal component of the error,while statistical measures were used to estimate their accuracy.At last,slope percentages were calculated for different data.In the case,the accuracy of ASTER-GDEM was lower than SRTM3 at elevation,but higher at horizontal position,at the same time,it was rather different from the slope percentages of DEM made by digitize terrain map.The following conclusions were drawn from this study:ASTER-GDEM was appropriate for mountainous regions,and SRTM3 was suitable in plain area.

(Northeast Normal University School of Urban and Environment Sciences,Changchun 130024,China)

ASTER-GDEM是最新的全球数字高程模型,具有较高的分辨率；SRTM3是目前研究人员广泛应用的地形数据。结合实测数据、矢量化地形图,从高程精度、位置精度和坡度因子3方面对比分析两种数据精度。结果表明:ASTER-GDEM数据高程精度低于SRTM3数据,而水平位置精度较高,二者各级坡度百分率近似,与国家1∶5万数字地形图生成的DEM差异较大。

... ZY-3 DEM与ASTER GDEM的相似度较大,两者与TIN DEM(1:5万标准数字高程模型)有一定偏差,这可能与卫星的飞行轨道方向有关^[16] ...

1999

0.0

... 以上5级地貌单元与前人野外工作查明的该段发育有1级山前侵蚀盆地和4期夷平面共5级地貌单元的结果相符^[17] ...

1990

0.0

... 综上所述,越向东越靠近断裂末端,断裂的构造活动性越明显减弱,这符合断裂末段应有的规律^[18],这一结果与断层垂直位移幅度和平均倾滑速率的研究结果相符^[19] ...

2003

0.0

2003

0.0

... 关于大青山呼和浩特段阶梯状地貌的成因、时代及层数,吴中海等^[20]通过热释光年代分析法进行实验后认为: 该区域存在4期夷平面和1级山前侵蚀台地,并与之对应具有4期大的沉积间断(分别是下白垩统与始新统之间、始新统与渐新统之间、渐新统与中新统之间和中新统与上新统之间的沉积间断),根据夷平面与相关沉积的关系,推断盆地堆积中的主要沉积间断期应对应于相邻隆升山地的地貌面形成时代 ...

... 因为最高1级夷平面夷平了大青山逆冲推覆构造和下白垩统固阳组,所以大青山最高1级夷平面形成于大青山逆冲推覆运动^[20],即白垩世至早始新世之间^[21] ...

1998

0.0

2012

0.0

刘群. 内蒙古大青山山前断裂带构造变形特征[J]. 世界地质, 2012, 31(1): 113-119.

Liu

. Structural deformation characteristics of Daqingshan piedmont fault in Inner Mongolia[J]. Global Geology, 2012, 31(1): 113-119.

Daqingshan piedmont faults consist of a number of stepladder high angle southward faults，extended in the Daqingshan piedmont in east-west direction，and controlling the formation of Hetao faulted basin． The fault activity is charactered by vertical differential movement with north up and south down． There is long history of formation and development of the Daqingshan piedmont faults． The faults originate in Early Cretaceous，and their evolution can be divided into five stages: the Early Cretaceous original development stage，Paleogene-Neogene，early- middle Pleistocene，late Pleistocene，and Holocene structural deformation stages． The development of Daqingshan piedmont faults were controlled by regional tectonic stress field，and extended in south-north direction to form the tensional normal faults with east-west direction．

Geophysical Exploration Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150036，China

大青山山前断裂带沿大青山山前呈近东西方向展布，是河套新生代断陷盆地形成的主要控制断裂，由一系向南倾斜的阶梯状高角度断层组成。断裂带活动以北升南降的垂直差异运动为主，具有长期活动发展演化历史。该断裂带在白垩纪时期开始形成，其活动可划分为5 个演化阶段: 早白垩世初始形成阶段、古近纪—新近纪、早中更新世、晚更新世和全新世构造变形阶段。该断裂带的形成受区域构造应力场控制，是区域上南北向伸展而形成的近东西方向张性正断层。

... 这种滑移导致大青山山前水系不是直接向南流动,而是转向西流入黄河^[22] ...