Accuracy Evaluation of Open DEM Products Based on Airborne LiDAR Data

LEI Qiujia; LIU Jing; CAO Xinyun

doi:10.13203/j.whugis20220421

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Accuracy Evaluation of Open DEM Products Based on Airborne LiDAR Data

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Accuracy Evaluation of Open DEM Products Based on Airborne LiDAR Data
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 1, Pages: 153-163(2025)
- 作者机构：
  
  1.虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏南京，210023
  2.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏南京，210023
  3.自然资源部第二海洋研究所，浙江杭州，310012
  4.南京师范大学地理科学学院，江苏南京，210023
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20220421
  CLC： P237
- Received：15 February 2023，
  
  Published：05 January 2025
- 稿件说明：
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雷秋佳,刘婧,曹新运.利用机载LiDAR数据的开放DEM产品精度评估[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):153-163.

LEI Qiujia,LIU Jing,CAO Xinyun.Accuracy Evaluation of Open DEM Products Based on Airborne LiDAR Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):153-163.
雷秋佳,刘婧,曹新运.利用机载LiDAR数据的开放DEM产品精度评估[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):153-163. DOI：10.13203/j.whugis20220421

LEI Qiujia,LIU Jing,CAO Xinyun.Accuracy Evaluation of Open DEM Products Based on Airborne LiDAR Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):153-163. DOI：10.13203/j.whugis20220421

摘要

数字高程模型（digital elevation model，DEM）是地学分析应用的基础数据。目前对国际上多套开放DEM产品的精度分析与比较依然有所欠缺。以机载激光雷达数据生成的高精度DEM和数字表面模型（digital surface model

DSM）为参考，以平均误差（mean error，ME）、均方根误差（root mean square error，RMSE）、90％线概率误差（linear error at 90% probability，LE90）为统计指标，评价5种开放DEM产品（ASTER、AW3D30、MERIT、SRTM和TanDEM-X 90 m）分别表达DEM和DSM时的高程精度。实验结果表明，5种产品的高程精度存在明显差异，在山地森林区域的实际精度都低于各自目标设计精度。作为DEM使用时，5种产品都对地面高程存在显著高估，其中MERIT产品（ME为2.82 m，LE90为12.19 m）和SRTM产品（ME为4.74 m，LE90为11.75 m）的精度更高，TanDEM-X产品高估最严重且精度最差（ME为10.39 m，LE90为22.83 m）。当作为DSM使用时，5种产品都对地表物体高程存在显著低估，其中TanDEM-X产品（ME为－3.69 m，LE90为16.99 m）和AW3D30产品（ME为－5.34 m，LE90为16.81 m）精度更高。误差的空间分布受地物覆盖类型影响，在森林覆盖区域比居民地区域的误差更严重。相对坡度而言，地表物体的高度对5种DEM产品的高程误差有更强影响，各产品的高程误差随着地表物体高度的增加而显著增强。

Abstract

Objectives

Digital elevation model (DEM) is the foundation of many geoscientific applications. Currently there are limited studies with the accuracy evaluation of various open DEM products. We aim to analyze the accuracy of five open DEM products (including ASTER

AW3D30

MERIT

SRTM

and TanDEM-X 90 m).

Methods

The five products were compared to airborne LiDAR derived reference DEM and digital surface model (DSM) respectively. Statistical measures including mean error (ME)

root mean square error (RMSE)

as well as linear error at 90% probability (LE90) were used.

Results

The results demonstrate significant differences in the accuracy among 5 open DEM products. None of them meet the designed accuracy in this mountain forest study area. When used as DEM

all 5 DEM products have severe overestimation of the terrain elevation. Among them

the MERIT (ME is 2.82 m，LE90 is 12.19 m ) and SRTM (ME is 4.74 m，LE90 is 11.75 m) has much higher accuracy than the other 3 products. TanDEM-X 90 m DEM has the worst accuracy (ME is 10.39 m，LE90 is 22.83 m). When used as DSM

all 5 DEM products underestimated the elevation of surface objects. Among them

the TanDEM-X 90 m (ME is －3.69 m，LE90 is 16.99 m ) and AW3D30 (ME is －5.34 m，LE90 is 16.81 m ) have much higher accuracy than the other 3 products. The spatial distribution of elevation errors are influenced by the type of land cover. Errors in forested areas are higher than in residential areas. Compared to slope

the height of ground objects has more impact on the elevation errors.

Conclusions

When used as DEM

the MERIT and SRTM products have higher accuracy

while when used as DSM

the TanDEM-X 90 m and AW3D30 have higher accuracy.

关键词

Keywords

references

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