Numeryczne Modele Terenu Numeryczne Modele Terenu

Transcript

NUMERYCZNE MODELE TERENU GIS DAY 2007 Marek Ewertowski, Michał Rzeszewski Czym jest Numeryczny Model Terenu? Czym jest Numeryczny Model Terenu? A Digital Terrain Model is (DTM) simply a statistical representation of the continuos surface of the ground by a large number of selected points with known X, Y, Z coordinates in an arbitrary coordinate field (Miller, LaFlamme, 1958) DEM, DMT? • DTM : Digital Terrain Model • DEM : Digital Elevation Model • DSM : Digital Surface Model • DHM : Digital Height Model • DGM : Digital Ground Model • DTED : Digital Terrain Elevation Data Numeryczny Model Terenu • Numeryczny Model Wysokości (NMW, DEM) • Zbiór regularnie lub nieregularnie ropzmieszczonych danych wysokościowych • Inaczej: Numeryczny/Cyfrowy Model Hipsometrii Numeryczny Model Terenu • Numeryczny Model Terenu (NMT, DTM) • Zbiór danych wysokościowych uzupełnionych o informacje o rzeźbie terenu takie jak: linie szkieletowe, cieki, obszary bezodpływowe, skarpy, nasypy, drogi itp. • Lub: Uporządkowany zbiór danych reprezentujący przestrzenne rozmieszczenie jednej lub kilku informacji o terenie • Lub: Zbiór danych wysokościowych wraz z algorytmem pozwalającym na jej odtworzenie w danym obszarze • Inaczej: Numeryczny/Cyfrowy Model Rzeźby Terenu Struktura NMT • regularna siatka punktów (macierz punktów wysokościowych) (ang. GRID - Regular Raster Grid)– jest to najczęściej stosowany w GIS model. Zazwyczaj zapisywany jest on w postaci rastra. KaŜdy punkt (element macierzy) zawiera średnią wartość rzędnej wysokościowej pola podstawowego o rozmiarze zaleŜnym od dobranej rozdzielczości przestrzennej modelu. • model triangulacyjny (nieregularna siatka trójkątów) (ang. TIN – Triangular Irregular Network) – model ten zapisuje się w postaci wektorowej. Powierzchnia terenu dzielona jest na trójkąty, których wierzchołki stanowią punkty wysokościowe. • model poziomicowy – (ang. DGL – Digital Line Graph) – przedstawia kształt danej powierzchni przy uŜyciu izohips (linii łączących punkty o jednakowej wysokości), zapisywanych w postaci obiektów wektorowych o współrzędnych (x, y, z). Struktura NMT a) Regularna siatka punktów (GRID) b) Nieregularna siatka trójkątów (TIN) c) Model poziomicowy Jakość Numerycznych Modeli Terenu • Rozdzielczość - określa stopień szczegółowości modelu. Im lepsza rozdzielczość tym bliŜsze sobie obiekty reprezentowane będą na modelu jako odrębne obiekty, a nie jako jeden punkt • Dokładność – stopień zgodności z jakim pionowe i poziome połoŜenie obiektu w rzeczywistości reprezentowana jest w modelu Rozdzielczość pozioma Rozmiar komórki – 30 m Rozdzielczość pozioma Rozmiar komórki – 50 m Rozdzielczość pionowa Źródła danych – pomiary bezpośrednie Bezpośrednie pomiary terenowe • Tradycyjne pomiary geodezyjne • Pomiary GPS referencyjnym • Naziemny skanning laserowy Zalety - bardzo duŜa dokładność i swobodny dobór rozdzielczości Wady - czasochłonność i wysoki koszt pomiaru Zastosowanie - niewielkie obszary dla których istotna jest wysoka dokładność danych np.: ocena dynamiki erozji gleb, pomiary niewielkich form terenu, modele budynków itp. Źródła danych – materiały kartograficzne • Materiały kartograficzne – Zalety - dobra dostępność materiałów źródłowych – pokrycie całego kraju, wysoka dokładność, najlepszy stosunek ceny do dokładności; prostota tworzenia; otrzymujemy model rzeźby terenu (bez budynków, lasów itp.) – Wady - zróŜnicowana jakość materiałów źródłowych; duŜa pracochłonność – Zastosowanie – średniopowierzchniowe obszary wymagające stosunkowo wysokiej dokładności Źródła danych materiału kartograficzne (2) Zwektoryzowane Mapa topograficzna poziomice Wysoczyzna Gnieźnieńska w okolicach Wągrowca Źródła danych – metody teledetekcyjne Fotogrametria analogowa i cyfrowa • Zalety - wysoka dokładność, wysoka efektywność, łatwa powtarzalność • Wady – wysoka cena, brak penetracji pokrywy roślinnej, zaleŜność od warunków pogodowych, drogie oprogramowanie/sprzęt • Zastosowanie – tam gdzie liczy się dokładność i powtarzalność pomiaru np.: rejestracja zmian rzeźby kopalni odkrywkowych LIDAR – light detection and ranging (powietrzny) • Zalety – wysoka dokładność; bardzo krótki cykl produkcji; sensor aktywny – niezaleŜność od warunków pogodowych; rejestracja wielokrotnego odbicia = penetracja pokrywy roślinnej • Wady – bardzo wysoki koszt, wymagany specjalistyczny sprzęt • Zastosowanie – tam gdzie wymagana jest wysoka dokładność i szybkość uzyskania modelu np. ocena skutków zdarzeń katastrofalnych Źródła danych – metody teledetekcyjne (2) Obrazy radarowe Zalety – system aktywny (niezaleŜność od warunków pogodowych), zdolność częściowej penetracji pokrycia terenu oraz wody Wady – wysoki koszt, zróŜnicowana dokładność (samolot 1-5m, satelita 5-50m) Zastosowanie – modelowanie terenów pokrytych bujną roślinnością, śniegiem, lodem, monitorowanie rozwoju linii brzegowych Dostępność NMT – Ziemia (1) • • ETOPO5 – rozdzielczość 5 minut (ok. 9 km), później zastąpiony przez ETOPO2 GTOPO30, USGS – Rozdzielczość: 30 sekund (ok. 1 km) – Dokładność – pionowa: od 10 do 500 m – 8 rodzajów danych źródłowych • GLOBE, NOAA – Rozdzielczość: 30 sekund (ok. 1 km) – Dokładność – pionowa: od 10 do 500 m – 11 rodzajów danych źródłowych • Digital Terrain Elevation Database (DTED) – DTED 0 – rozdzielczość: 30 sekund; dokładność 50 m – DTED 1 – rozdzielczość: 3 sekund (ok. 100m); dokładność pozioma 50 m, pionowa 30 m – DTED 2 - rozdzielczość: 1 sekund (ok. 30m); dokładność pozioma 23 m, pionowa 18 m Dostępność – Ziemia (2) • Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), 2000, NGA i NASA – Pas pomiędzy 60oN i 56oS – Dostępna rozdzielczość: • 1 sekunda (ok. 30 m) – USA (SRTM-1) • 3 sekundy (ok. 100 m) – świat (SRTM-3) • 30 sekund (ok. 1 km) – świat (SRTM-30) – Dokładność pozioma 20 m, dokładność pionowa 1016 m – Obraz radarowy – rejestruje powierzchnię pokrycia terenu – Źródło: http://srtm.csi.cgiar.org/ GLOBE SRTM Dostępność NMT - Mars • Mars Orbiter Laser Altimetr (MOLA) – Rozdzielczość ok. 460 m • High Resolution Stereo Camera (HRSC) – Rozdzielczość poniŜej 30 m Dostępność NMT - Polska • • DTED 1 – Baza Danych Ogólnogeograficznych 1:200 000 DTED 2 – wojskowe mapy topograficzne 1:50 000 – Dokładność: pozioma 16 m, pionowa 2-7 m – Rozdzielczość: pozioma 30 m, pionowa 1 m • NMT w zasobie CODGiK (odpłatnie) – projekt LPIS – Źródło – pomiary fotogrametryczne ze zdjęć lotniczych 1:26000 – Rozdzielczość: pozioma – od 10 m do 40 m, pionowa 1 m, dokładność 2,5m. – Brak danych dla lasów, miast • • TBD - Topograficzne Baza Danych 1:10 000, 6% kraju, błąd poniŜej 1,5m SMOK – System Monitorowania i Osłony Kraju – południe kraju (11% powierzchni) – na bazie mapa topograficznych 1:10 000 GTOPO30, SRTM-3, DTED2, NMT z rozdzielczość mapy rozdzielczość rozdzielczość topograficznej 30m 90ok. 11:10 km 000, rozdzielczość 5 m SRTM-3, SRTM-3,rozdzielczość rozdzielczość90 90m m + mapa topograficzna Zastosowania • Wizualizacje Panorama Szwajcarii (Jenny, Paterson, 2007) Zastosowania • Wizualizacje: Skale barwne, reprezentacje 2D Zastosowania • Wizualizacje: Cieniowanie rzeźby Zastosowania • Wizualizacje: Reprezentacje 2.5D Zastosowania • Wizualizacje: Reprezentacje 2.5D a 3D Źródło: www.gis.esri.com Zastosowania • Geomorfometria Zastosowania • Geomorfologia Wydmy Międzyrzecza Warciańsko-Noteckiego Zastosowania • Geomorfologia Zastosowania • Ortorektyfikacja zdjęć lotniczych i satelitarnych Zastosowania • Modelowanie hydrologiczne: • Symulacja wezbrań powodziowych śródło: www.lidarus.com Zastosowania • Modelowanie hydrologiczne : śródło: www.scientificsoftwaregroup.com Zastosowania • Inne: • • • • • • • Modelowanie nasłonecznienia Budowa dróg itp. Zastosowania militarne Symulatory lotu Gry komputerowe Klasyfikacja zdjęć satelitarnych Inne Darmowe oprogramowanie • • • • • • • 3DEM GRASS Landserf MICRODEM TAS (Terrain Analysis System) ILWIS AutoDem Darmowe oprogramowanie: zastosowania • • • • • Wizualizacje: 3DEM Zaawansowane analizy: GRASS, TAS Proste analizy: Landserf, MICRODEM Import/Export: GRASS, MICRODEM Tworzenie NMT: AutoDEM, GRASS Dziękujemy za uwagę