NUMERYCZNE MODELE TERENU

Transkrypt

1 NUMERYCZNE MODELE TERENU GIS DAY 2007 Marek Ewertowski, Michał Rzeszewski

2 Czym jest Numeryczny Model Terenu?

3 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)

4 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

5 Numeryczny Model Terenu Numeryczny Model Wysokości (NMW, DEM) Zbiór regularnie lub nieregularnie ropzmieszczonych danych wysokościowych Inaczej: Numeryczny/Cyfrowy Model Hipsometrii

6 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

7 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).

8 Struktura NMT a) Regularna siatka punktów (GRID) b) Nieregularna siatka trójkątów (TIN) c) Model poziomicowy

9 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

10 Rozdzielczość pozioma Rozmiar komórki 30 m

11 Rozdzielczość pozioma Rozmiar komórki 50 m

12 Rozdzielczość pionowa

13 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.

14 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

15 Źródła a danych materiału u kartograficzne (2) Zwektoryzowane Mapa topograficzna poziomice Wysoczyzna Gnieźnieńska w okolicach Wągrowca

16 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

17 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

18 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

19 Dostępność Ziemia (2) Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), 2000, NGA i NASA Pas pomiędzy 60 o N i 56 o S 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 m Obraz radarowy rejestruje powierzchnię pokrycia terenu Źródło:

20 GLOBE SRTM

21 Dostępność NMT - Mars Mars Orbiter Laser Altimetr (MOLA) Rozdzielczość ok. 460 m High Resolution Stereo Camera (HRSC) Rozdzielczość poniŝej 30 m

22 Dostępność NMT - Polska DTED 1 Baza Danych Ogólnogeograficznych 1: DTED 2 wojskowe mapy topograficzne 1: 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

23 GTOPO30, SRTM-3, DTED2, NMT z mapy rozdzielczość topograficznej 30m 90ok. 11:10 km 000, rozdzielczość 5 m

24 SRTM-3, rozdzielczość 90 m + mapa topograficzna

25 Zastosowania Wizualizacje Panorama Szwajcarii (Jenny, Paterson, 2007)

26 Zastosowania Wizualizacje: Skale barwne, reprezentacje 2D

27 Zastosowania Wizualizacje: Cieniowanie rzeźby

28 Zastosowania Wizualizacje: Reprezentacje 2.5D

29 Zastosowania Wizualizacje: Reprezentacje 2.5D a 3D Źródło:

30 Geomorfometria Zastosowania

31

32 Zastosowania Geomorfologia Wydmy Międzyrzecza Warciańsko-Noteckiego

33 Geomorfologia Zastosowania

34 Zastosowania Ortorektyfikacja zdjęć lotniczych i satelitarnych

35 Zastosowania Modelowanie hydrologiczne: Symulacja wezbrań powodziowych śródło:

36 Zastosowania Modelowanie hydrologiczne : śródło:

37 Zastosowania Inne: Modelowanie nasłonecznienia Budowa dróg itp. Zastosowania militarne Symulatory lotu Gry komputerowe Klasyfikacja zdjęć satelitarnych Inne

38

39 Darmowe oprogramowanie 3DEM GRASS Landserf MICRODEM TAS (Terrain Analysis System) ILWIS AutoDem

40 Darmowe oprogramowanie: zastosowania Wizualizacje: 3DEM Zaawansowane analizy: GRASS, TAS Proste analizy: Landserf, MICRODEM Import/Export: GRASS, MICRODEM Tworzenie NMT: AutoDEM, GRASS

41 Dziękujemy za uwagę