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 a danych materiału materia u 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 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 10-
16 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 topograficznej 30m 90ok.
1 1:10 km
000, rozdzielczość 5 m

SRTM-3, rozdzielczość 90 m + mapa topograficzna

• Wizualizacje
Zastosowania
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

• Geomorfometria
Zastosowania

• Geomorfologia
Zastosowania
Wydmy Międzyrzecza Warciańsko-Noteckiego

• Geomorfologia
Zastosowania

Zastosowania
• Ortorektyfikacja zdjęć lotniczych i satelitarnych

Zastosowania
• Modelowanie hydrologiczne:
• Symulacja wezbrań powodziowych
śródło: www.lidarus.com

Zastosowania
• Modelowanie hydrologiczne :
śródło: www.scientificsoftwaregroup.com

• Inne:
Zastosowania
• 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:
• Wizualizacje: 3DEM
zastosowania
• Zaawansowane analizy: GRASS, TAS
• Proste analizy: Landserf, MICRODEM
• Import/Export: GRASS, MICRODEM
• Tworzenie NMT: AutoDEM, GRASS

Dziękujemy za uwagę