机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)可快速、高效的获取大范围地形信息,已成为高精度地形建模的重要数据获取手段.然而,针对复杂地形的机载LiDAR点云构建数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的插值误差研究缺乏,严重限制了其在土壤侵蚀、开采沉陷等地表过程研究中的应用.该研究基于黄土高塬沟壑区典型地形的机载LiDAR数据,对比了反距离加权(Inverse Distance Weighted,IDW)、克里金(Kriging)、样条函数(Spline)、自然邻域(Natural Neighbor,NN)、趋势面(Trend)、不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)等插值算法的插值误差.首先优选了IDW、Kriging、Spline、Trend等4种算法的关键参数,其次分析了不同点云密度和地形下IDW、Kriging、Spline、NN、TIN等5种算法的插值误差及其空间分布.结果表明:1)IDW最优插值参数为权指数1和搜索点数12,Kriging为无方向、高斯函数和搜索点数12,Spline为规则样条函数和搜索点数32,Trend误差达米级,不适用于地形复杂区域.2)当点云密度较小时(1～19点/m2),IDW、Kriging、NN、TIN4种插值方法较为准确地描述地形.当点云密度较大时(39～77点/m2),各个插值方法的DEM空间分布差异不大.3)针对黄土高塬沟壑区复杂地形区域,点云密度越大,DEM的误差越小.陡坡区域DEM的平均绝对误差明显高于缓坡区域,随着点云密度增大,陡坡区域误差明显减小,而缓坡区域变化较小.当点云密度较小时(1～19点/m2),缓坡和陡坡最优插值插值方法分别为NN和TIN;当点云密度较大时(39～77点/m2),缓坡和陡坡最优插值方法均为Spline.研究结果可为机载LiDAR用于地形复杂区域的高精度地形建模与地表过程研究提供依据.
激光雷达 DEM 插值算法 复杂地形 黄土高原