Digitális magassági modell - Digital elevation model
A digitális magassági modell ( DEM ) egy 3D számítógépes grafikus ábrázolás a magassági adatokról, amelyek a terepet , általában egy bolygót , holdat vagy aszteroidát ábrázolják . A "globális DEM" diszkrét globális hálózatra utal . A DEM -eket gyakran használják a földrajzi információs rendszerekben , és ezek a leggyakoribb alapjai a digitálisan készített domborzati térképeknek .
Bár a digitális felületmodell (DSM) hasznos lehet tájegység modellezés , város modellezése és vizualizációs alkalmazások, digitális terepmodell (DTM) gyakran szükséges az árvíz vagy vízelvezető modellezés, földhasználat tanulmányok , geológiai alkalmazások és egyéb alkalmazások és a bolygótudományban .
Terminológia
A tudományos szakirodalomban nem létezik a digitális magassági modell (DEM), a digitális terepmodell (DTM) és a digitális felületmodell (DSM) kifejezések egyetemes használata . A legtöbb esetben a digitális felszíni modell kifejezés a Föld felszínét jelenti, és magában foglalja a rajta található összes tárgyat. A DSM -el ellentétben a digitális terepmodell (DTM) a csupasz talajfelületet képviseli mindenféle tárgy, például növények és épületek nélkül (lásd a jobb oldali ábrát).
A DEM -et gyakran használják általános kifejezésként a DSM -ek és a DTM -ek számára, csak a magasságra vonatkozó információkat reprezentálják anélkül, hogy a felületről további meghatározást kellene adni. Más definíciók kiegyenlítik a DEM és DTM kifejezéseket, kiegyenlítik a DEM és a DSM kifejezéseket, a DEM-et a DTM részhalmazaként határozzák meg, amely más morfológiai elemeket is képvisel, vagy a DEM-et téglalap alakú rácsként és a DTM-et háromdimenziós modellként határozzák meg ( TIN ). A legtöbb adatszolgáltató ( USGS , ERSDAC , CGIAR , Spot Image ) a DEM kifejezést általános kifejezésként használja a DSM -ek és a DTM -ek számára. Egyes adatkészletek, mint például az SRTM vagy az ASTER GDEM eredetileg DSM -ek , bár erdős területeken az SRTM belenyúlik a fa lombkoronájába, valahol a DSM és a DTM között). Lehetőség van egy DTM becslésére nagy felbontású DSM adatkészletekből komplex algoritmusokkal (Li et al. , 2005). A következőkben a DEM kifejezést általános kifejezésként használják a DSM -ek és a DTM -ek számára.
Típusok
A DEM ábrázolható raszterként (négyzetrács, más néven magasságtérkép, ha magasságot jelöl ) vagy vektor alapú háromszögletű szabálytalan hálózatként (TIN). A TIN DEM adatkészletet elsődleges (mért) DEM -ként is emlegetik, míg a raszteres DEM -et másodlagos (számított) DEM -ként. A DEM megszerezhető olyan technikákkal, mint a fotogrammetria , a lidar , az IfSAR vagy az InSAR , a földmérés stb. (Li et al. 2005).
A DEM -eket általában távérzékelési technikákkal összegyűjtött adatok felhasználásával építik fel, de előfordulhatnak földmérésekből is.
Renderelés
Maga a digitális magassági modell egy számok mátrixából áll, de a DEM -ből származó adatokat gyakran vizuális formában jelenítik meg, hogy megértsék az emberek számára. Ez a vizualizáció lehet kontúrozott topográfiai térkép formájában , vagy használhat árnyékolást és hamis szín hozzárendelést (vagy "álszínt"), hogy a kiemeléseket színként jelenítse meg (például zöldet használva a legalacsonyabb magasságokhoz, árnyékolást vöröshez, fehér a legmagasabb magassághoz.).
A vizualizációkat néha ferde nézetként is elkészítik, és a terep szintetikus vizuális képét rekonstruálják, ahogy az szögben nézve látszik. Ezekben a ferde vizualizációkban a magasságokat néha " függőleges túlzással " skálázzák annak érdekében, hogy észrevehetőbbé tegyék a finom magassági különbségeket. Egyes tudósok azonban kifogásolják a vertikális túlzást, mivel félrevezetik a nézőt a valódi tájról.
Termelés
A térképészek számos módon készíthetnek digitális magassági modelleket, de gyakran használják a távérzékelést, nem pedig a közvetlen felmérési adatokat.
A DEM -ek előállításának régebbi módszerei gyakran magukban foglalják a digitális kontúrtérképek interpolálását , amelyek a földfelszín közvetlen felmérésével készülhettek. Ezt a módszert még mindig használják a hegyvidéki területeken, ahol az interferometria nem mindig kielégítő. Ne feledje, hogy a kontúrvonalak adatai vagy bármely más mintavételi magassági adatkészlet (GPS vagy földi felmérés alapján) nem DEM, hanem digitális terepmodellnek tekinthetők. A DEM azt jelenti, hogy a vizsgálati terület minden helyén folyamatosan rendelkezésre áll a magasság.
Műholdas leképezés
A digitális magassági modellek előállításának egyik hatékony technikája az interferometrikus szintetikus rekesznyílású radar, ahol a radar-műhold két passzusa (például a RADARSAT-1 vagy a TerraSAR-X vagy a Cosmo SkyMed ), vagy az egyetlen passz, ha a műhold két antennával van felszerelve (mint pl. SRTM műszerek), gyűjtsön elegendő adatot ahhoz, hogy több tíz kilométeres digitális magassági térképet készítsen egy körülbelül tíz méter felbontású oldalon. Másfajta sztereoszkópikus párok is alkalmazhatók a digitális képkorrelációs módszerrel, ahol két optikai képet kapnak különböző szögekkel, egy repülőgép vagy egy Föld -megfigyelő műhold azonos menetéből (például a SPOT5 HRS műszere vagy a VNIR sáv ASTER ).
A SPOT 1 műhold (1986) szolgáltatta az első használható magassági adatokat a bolygó szárazföldjének jelentős részéhez, kétlépcsős sztereoszkópikus korreláció segítségével. Később további adatokat szolgáltatott az Európai Távérzékelő Műhold (ERS, 1991) ugyanezzel a módszerrel, a Shuttle Radar Topography Mission (SRTM, 2000) az egylépéses SAR-t és az Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER, 2000) műszerezés a Terra műholdon , dupla passzusú sztereó párok használatával.
A SPOT 5 HRS műszere több mint 100 millió négyzetkilométer sztereó párt szerzett be.
Bolygótérkép
A bolygótudomány értéknövelő eszköze a bolygók digitális magassági térképének elkészítéséhez használt orbitális magasságmérés. Ennek elsődleges eszköze a lézeres magasságmérés, de radarmagasságmérést is alkalmaznak. A lézeres magasságméréssel készített bolygó digitális magassági térképek közé tartozik a Mars Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) térképezése, a Hold Lunar Orbital Laser Altimeter (LOLA) és Lunar Altimeter (LALT) leképezése, valamint a Mercury Laser Altimeter (MLA) térkép Higany. A bolygótérképen minden bolygótest egyedi referenciafelülettel rendelkezik.
A DEM -ek létrehozásához használt magassági adatok beszerzésének módszerei
- Lidar
- Radar
-
Stereo fotogrammetriai származó légi felmérések
- Felépítés mozgásból / többnézetű sztereóból a légi fényképezéshez
- Blokkbeállítás optikai műholdfelvételekből
- Interferometria radaradatokból
- Valós idejű kinematikus GPS
- Topográfiai térképek
- Theodolite vagy teljes állomás
- Doppler radar
- Fókusz variáció
- Tehetetlenségi felmérések
- Földmérési és térképészeti herék
- Hatótávolságú képalkotás
Pontosság
A DEM minősége azt méri, hogy az egyes pixelek magassága mennyire pontos (abszolút pontosság), és mennyire pontos a bemutatott morfológia (relatív pontosság). A DEM minőségi értékelését különböző forrásokból származó DEM -ek összehasonlításával lehet elvégezni. Számos tényező játszik fontos szerepet a DEM-ből származó termékek minőségében:
- terep érdessége;
- mintavételi sűrűség (magassági adatgyűjtési módszer);
- rácsfelbontás vagy pixelméret ;
- interpolációs algoritmus;
- függőleges felbontás;
- domborzati elemzési algoritmus;
- A referencia 3D termékek minőségi maszkokat tartalmaznak, amelyek információt nyújtanak a tengerpartról, a tóról, a hóról, a felhőkről, a korrelációról stb.
Felhasználások
A DEM -ek gyakori felhasználási területei a következők:
- A terepparaméterek kinyerése geomorfológia céljából
- Modellezése vízáramlás számára hidrológiai vagy tömeges mozgását (például lavina és földcsuszamlás )
- A talaj nedvességének modellezése kartográfiai mélység-víz indexekkel (DTW-index)
- Domborodási térképek készítése
- Rendering 3D vizualizáció .
- 3D repüléstervezés és TERCOM
- Fizikai modellek létrehozása (beleértve a domború domborzati térképeket )
- Helyesbítését légi fényképezés vagy műholdképek
- A gravitációs mérések csökkentése (terepkorrekció) ( gravimetria , fizikai geodézia )
- Terep elemzés a geomorfológiában és a fizikai földrajzban
- Földrajzi információs rendszerek (GIS)
- Mérnöki és infrastrukturális tervezés
- Műholdas navigáció (például GPS és GLONASS )
- Látóvonal-elemzés
- Bázistérkép
- Repülési szimuláció
- Vonatszimuláció
- Precíziós gazdálkodás és erdészet
- Felületi elemzés
- Intelligens közlekedési rendszerek (ITS)
- Automatikus biztonság / fejlett vezetést segítő rendszerek (ADAS)
- Régészet
Források
Globális
Az egész világ ingyenes DEM -je, a GTOPO30 (30 ívmásodperces felbontás , kb. 1 km az Egyenlítő mentén), elérhető, de minősége változó, és egyes területeken nagyon gyenge. A Terra műhold Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) műszer jóval jobb minőségű DEM -je szabadon hozzáférhető a világ 99% -án , és 30 méter felbontás mellett jelenti a magasságot . Hasonlóan nagy felbontás korábban csak az Egyesült Államok területén volt elérhető a Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) adatok alapján, míg a bolygó többi részének nagy részét csak 3 ívmásodperces felbontás fedte (kb. 90 méter az egyenlítő mentén) . Az SRTM nem terjed ki a sarki régiókra, és rendelkezik hegyekkel és sivatagokkal nem rendelkező (üres) területekről. A radarból származó SRTM adatok az első visszavert felület-gyakran facsúcsok-magasságát jelentik. Tehát az adatok nem feltétlenül reprezentálják a talajfelszínt, hanem annak tetejét, amellyel a radar először találkozik.
A tengeralattjáró magasságáról (más néven batimetria ) adatokat hajóra szerelt mélységmérések segítségével állítják elő . Ha a szárazföldi domborzatot és a batimetriát kombinálják, akkor valóban globális domborzati modell jön létre. Az SRTM30Plus adatkészlet (a NASA World Wind -ben használják ) megpróbálja egyesíteni a GTOPO30, az SRTM és a batimetriai adatokat egy valóban globális magassági modell létrehozásához. Az Earth2014 globális topográfiai és domborzati modell rétegzett topográfiai rácsokat kínál 1 ívperces felbontásban. Az SRTM30plus kivételével a Earth2014 információt nyújt az Antarktisz és Grönland fölötti jégtakaró magasságáról és az alapkőzetről (vagyis a jég alatti domborzatról). Egy másik globális modell a Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010 (GMTED2010), 7,5 ívmásodperces felbontással. Az SRTM adatokon alapul, és az SRTM lefedettségen kívüli egyéb adatokat egyesíti. A 2010 júliusában kezdődött TanDEM-X műholdas küldetés új, globális DEM-et vár, amely 12 m-nél alacsonyabb és 2 m-nél kisebb magasságpontot tesz közzé .
A leggyakoribb rács (raszter) távolság 50 és 500 méter között van. A gravimetriában például az elsődleges rács 50 m lehet, de körülbelül 5 vagy 10 kilométeres távolságban 100 vagy 500 méterre van kapcsolva.
2002 óta a SPOT 5-ös HRS műszere több mint 100 millió négyzetkilométer sztereó párt szerzett be DTED2 formátumú DEM (30 méteres kihelyezéssel) DEM formátumú DTED2 előállításához 50 millió km 2 felett . A RADARSAT-2 radar műholdat a MacDonald, a Dettwiler and Associates Ltd. használta DEM-ek biztosítására kereskedelmi és katonai ügyfelek számára.
2014-ben a TerraSAR-X és TanDEM-X radar műholdakról származó beszerzések egységes globális lefedettség formájában, 12 méteres felbontásban lesznek elérhetők.
Az ALOS 2016 óta ingyenesen biztosít egy globális 1 íves második DSM-et és egy kereskedelmi 5 méteres DSM/DTM-et.
Helyi
Sok nemzeti térképészeti ügynökség saját DEM -eket állít elő, gyakran magasabb felbontással és minőséggel, de ezeket gyakran meg kell vásárolni, és a költségek általában mindenki számára megfizethetetlenek, kivéve a hatóságokat és a nagyvállalatokat. A DEM -ek gyakran a nemzeti lidar -adatkészlet -programok termékei .
Ingyenes DEM -ek is rendelkezésre állnak a Mars számára : a MEGDR, vagy a Mission Experiment Gridded Data Record, a Mars Global Surveyor Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) készülékéből; és a NASA Mars Digital Terrain Model (DTM).
Webhelyek
Az OpenTopography egy webalapú közösségi erőforrás, amely hozzáférést biztosít a nagy felbontású, Földtudomány-orientált, topográfiai adatokhoz (lidar és DEM adatok), valamint az árucikkeken és nagy teljesítményű számítási rendszeren futó feldolgozóeszközökhöz, valamint az oktatási forrásokhoz. Az OpenTopography a San Diego -i Kaliforniai Egyetem San Diego Szuperszámítógép Központjában található, és együttműködik az Arizonai Állami Egyetem Föld- és Űrkutatási Iskolájának munkatársaival és az UNAVCO -val. Az OpenTopography alapvető működési támogatása a Nemzeti Tudományos Alapítvány Földtudományi Osztályától származik.
Az OpenDemSearcher egy Mapclient, amely megjeleníti a szabadon elérhető, közepes és nagy felbontású DEM -ekkel rendelkező régiókat.
Lásd még
- Talaj lejtése és mérete (talaj térbeli gradiens )
- Digitális előbukkanó modell
- Globális segélyezési modell
- Fizikai terepmodell
- Terep térképészet
- Terepvisszaadás
DEM fájlformátumok
- Bathimetrikus hozzárendelt rács (BAG)
- DTED
- DIMAP Sentinel 1 ESA adatbázis
- SDTS DEM
- USGS DEM
Hivatkozások
További irodalom
- Wilson, JP; Gallant, JC (2000). "1. fejezet" (PDF) . Wilson, JP; Gallant, JC (szerk.). Terep elemzés: elvek és alkalmazások . New York: Wiley. 1–27. ISBN 978-0-471-32188-0. Letöltve: 2007-02-16 .
- Hirt, C .; Filmer, MS; Featherstone, WE (2010). "A közelmúltban szabadon elérhető ASTER-GDEM ver1, SRTM ver.1.1 és GEODATA DEM-9S ver3 digitális magassági modellek összehasonlítása és érvényesítése Ausztráliában" . Australian Journal of Earth Sciences . 57. (3): 337–347. Bibcode : 2010AuJES..57..337H . doi : 10.1080/08120091003677553 . hdl : 20.500.11937/43846 . S2CID 140651372 . A letöltött May az 5., 2012-es .
- Rexer, M .; Hirt, C. (2014). "Ingyenes, nagy felbontású digitális magassági adatkészletek összehasonlítása (ASTER GDEM2, SRTM v2.1/v4.1) és érvényesítés az Ausztrál Nemzeti Gravitációs Adatbázis pontos magasságaival" (PDF) . Australian Journal of Earth Sciences . 61. (2): 213–226. Bibcode : 2014AuJES..61..213R . doi : 10.1080/08120099.2014.884983 . hdl : 20.500.11937/38264 . S2CID 3783826 . Archiválva az eredetiből (PDF) , 2016. június 7 . Letöltve : 2014. április 24 .
Külső linkek
- DEM minőségi összehasonlítás
- Terrainmap.com
- Maps-for-free.com
- Földrajzi adatok beszerzése
- Tengerszint feletti magasság leképező, Földrajzilag hivatkozott magassági térképek létrehozása
- Adattermékek
- Műholdas geodézia a Scripps Intézet által
- Shuttle Radar Topography Mission a NASA/JPL
- Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO30) az Egyesült Államok Földtani Szolgálatától
- Globális, többfelbontású terepmagasság-adatok 2010 (GMTED2010), amelyet az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata készített
- Earth2014, a Technische Universität München