numeryczne modele terenu numeryczne modele terenu

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