近日，遥感领域国际顶级期刊Remote Sensing of Environment发表了张彦丽教授团队的最新研究成果“Retrieval of terrain surface elevation in mountainous areas with ICESat-2/ATLAS”。课题组研究生赵攀为第二作者，已就职于上海市测绘产品质量监督检验站。本研究的共同作者还有来自中国科学院青藏高原研究所李新研究员、武汉大学杨必胜教授、西北师范大学赵军教授和甘肃省测绘工程院的李克恭正高级工程师。本项研究得到了国家自然科学基金（42361058和41871277）项目资助。
研究背景与意义
激光测高卫星ICESat-2/ATL08产品为全球提供大范围、高精度地表高程数据，然而在山区该产品（V04版本）精度较低且点云密度较稀疏，不能准确地描述地形起伏特征。论文以定位光子产品ATL03为基础，提出了一种基于局部统计的山区地表高程提取方法（LSDAMA）。通过两次直方图阈值的粗去噪和基于坡度局部拟合的精细化去噪，不仅提高噪声光子去除效果而且增加了山区地面光子保留率；同时，通过沿沿拟合的坡度方向设置动态窗口提高山区地表高程提取精度。
原理与方法
一般而言，激光点云提取包括粗去噪、精细化去噪和地表光子提取三个步骤。本文针对ATL08产品在山区点云密度及精度较低的问题，提出的基于局部统计山区点云提取方法对以上三个步骤均进行了改进: 基于两次直方图阈值的粗去噪、基于坡度局部拟合的精细化去噪和基于动态窗口的地表光子提取，其技术流程如图4所示。
图1. 基于局部统计的山区点云提取方法流程图
实验与结果
以祁连山区八宝河流域为研究区，分别利用40个样方内777个GPS CORS实测数据组成的137个验证点、无人机激光雷达测量数据进行精度验证。结果表明，在丘陵和山地区本算法提取的地表光子比ATL08官方产品精度更高， 尤其是在坡度大于20°的山地区，均方根误差（RMSE）由ATL08产品的2.72 m提高至0.60 m，平均偏差（MBE）由-1.27 m提高至0.04 m。同时，本算法极大地提高了地表光子保留率，相邻光子间隔由ATL08产品的100 m缩小至2-7 m， 能够更详细地描述地形起伏变化特征，从而为山区地表高程变化监测提供更为可靠的基础数据。
（a）
(b)
图2. 精度验证实验设计：（a）CORS样方设计；（b）无人机激光雷达测量
图3. 本文提出的算法与两套ATL08 产品 (V04 and V06)描述山区地表高程变化对比
图4. 祁连山冰沟流域本文提取的地表高程与ATL08 产品 ( V06)密度对比
论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1l9%7EB7qzT728Z