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DEM建模的多面函数Huber抗差算法
  • ISSN号:1671-8860
  • 期刊名称:《武汉大学学报:信息科学版》
  • 时间:0
  • 分类:P207[天文地球—测绘科学与技术]
  • 作者机构:[1]山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590, [2]山东科技大学山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室,山东青岛266590, [3]山东科技大学信息工程系,山东泰安271019
  • 相关基金:国家自然科学基金(41101433,41371367); 山东科技大学杰出青年科技人才支持计划; 山东煤炭安全高效开采技术与装备协同创新中心项目; 山东省泰山学者建设工程专项资金.
中文摘要:

为了抑制采样点中粗差对数字高程模型(digital elevation model,DEM)建模的影响,以较高精度的多面函数(multi-quadric,MQ)为基函数,由改进Huber损失函数和权重惩罚项组成目标函数,发展了MQ抗差插值算法(MQ-H)。通过优化MQ-H目标函数,采样点权重计算最终转换为方程组求解。以数学曲面为研究对象,将MQ-H计算结果与传统MQ及最小绝对偏差MQ(MQ-L)进行比较,结果表明:当采样误差服从正态分布时,MQ-H计算精度与传统MQ相当,而远高于MQ-L;当采样误差服从拉普拉斯分布时,MQ-H计算精度略高于MQ-L及传统MQ;当采样点被粗差污染时,MQ-H计算精度远高于传统MQ及MQ-L。在实例分析中,以无人遥测飞艇立体像对获取的地面离散高程点为基础数据,基于MQ-H构建测区DEM,并将计算结果与传统插值算法,如反距离加权(inverse distance weighting,IDW)、普通克里金(ordinary Kriging,OK)和专业DEM插值软件ANUDEM(Australian National University DEM)进行比较,结果表明,传统插值方法在不同程度上受采样点中异常值或偶然误差影响,而MQ-H受异常值影响较小,且能准确捕捉到地形细节信息。

英文摘要:

In this paper,we propose a robust multi-quadric method(MQ-H)based on Huber loss function to conduct interpolations of contaminated spatial points,especially those derived from remote-sensing techniques.The objective function of the MQ-H has two main parts;an improved Huber loss function and a regularized penalty term used to improve robustness and avoid overfitting,respectively.A mathematical surface,subject to model error with different distributions,was employed to comparatively analyze the robustness of the MQ-H,the classical MQ,and a least absolute deviation based MQ(MQ-L).The results indicated that when sample errors follow a normal distribution or a Laplacian distribution,the performance of MQ-H is comparatively better than those of MQ,and more accurate than MQ-L.For sample errors with a contaminated normal distribution and Cauchy distribution,MQ-H is more robust than MQ-L and MQ.Moreover,MQ with the improved Huber loss function is superior to MQ with the classical Huber loss function.A real-world example of DEM construction with stereo-image-derived elevation points indicates that compared to the classical interpolation methods including IDW(inverse distance weighting),OK(ordinary Kriging)and ANUDEM(Australian National University DEM),MQ-H has a better ability to reduce the impact of outliers while maintaining subtle terrain features suitable for qualitative analysis.

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期刊信息
  • 《武汉大学学报:信息科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:武汉大学
  • 主编:刘经南
  • 地址:湖北武汉珞珈山
  • 邮编:430072
  • 邮箱:whuxxb@vip.163
  • 电话:027-68778045
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-8860
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1676/TN
  • 邮发代号:38-317
  • 获奖情况:
  • 全国优秀科技期刊,全国优秀高校自然科学学报一等奖,湖北省优秀期刊称号
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰地学数据库,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
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