Dijital yükseltme modeli - Digital elevation model

3D render bir DEM Tithonium Chasma üzerine Mars

Bir sayısal yükseklik modeli ( DEM ) a, 3 boyutlu bilgisayar grafik temsili yükseklik temsil veri arazi genel olarak bir bölgesinin gezegen , ay veya asteroid . Bir "küresel DEM", ayrı bir küresel ızgarayı ifade eder . DEM'ler genellikle coğrafi bilgi sistemlerinde kullanılır ve dijital olarak üretilen kabartma haritalar için en yaygın temeldir .

Dijital yüzey modeli (DSM) peyzaj modellemesi , şehir modellemesi ve görselleştirme uygulamaları için faydalı olabilirken , sel veya drenaj modellemesi, arazi kullanımı çalışmaları , jeolojik uygulamalar ve diğer uygulamalar için genellikle bir dijital arazi modeli (DTM) gereklidir ve içinde gezegen bilimi .

terminoloji

Dijital Yüzey Modeli ile temsil edilen yüzeyler, binaları ve diğer nesneleri içerir. Dijital Arazi Modelleri çıplak zemini temsil eder.

Sayısal yükseklik modeli (DEM), sayısal arazi modeli (DTM) ve sayısal yüzey modeli (DSM) terimlerinin bilimsel literatürde evrensel bir kullanımı yoktur . Çoğu durumda dijital yüzey modeli terimi dünyanın yüzeyini temsil eder ve üzerindeki tüm nesneleri içerir. DSM'nin aksine, dijital arazi modeli (DTM), bitkiler ve binalar gibi herhangi bir nesnenin bulunmadığı çıplak zemin yüzeyini temsil eder (sağdaki şekle bakın).

DEM genellikle DSM'ler ve DTM'ler için genel bir terim olarak kullanılır ve yüzey hakkında başka bir tanım olmaksızın yalnızca yükseklik bilgisini temsil eder. Diğer tanımlar DEM ve DTM terimlerini eşitler, DEM ve DSM terimlerini eşitler, DEM'i diğer morfolojik öğeleri de temsil eden DTM'nin bir alt kümesi olarak tanımlar veya bir DEM'i dikdörtgen bir ızgara ve bir DTM'yi üç boyutlu bir model olarak tanımlar. ( TIN ). Veri sağlayıcıların çoğu ( USGS , ERSDAC , CGIAR , Spot Image ), DSM'ler ve DTM'ler için genel bir terim olarak DEM terimini kullanır. SRTM veya ASTER GDEM gibi bazı veri kümeleri orijinal olarak DSM'lerdir, ancak ormanlık alanlarda SRTM ağaç gölgesine ulaşır ve DSM ile DTM arasında bir yerde okumalar verir). Karmaşık algoritmalar ile yüksek çözünürlüklü DSM veri kümelerinden bir DTM tahmin etmek mümkündür (Li ve diğerleri , 2005). Aşağıda, DEM terimi, DSM'ler ve DTM'ler için genel bir terim olarak kullanılmaktadır.

Türler

Dünya yüzeyinin yükseklik haritası (su ve buz dahil), yükseklikleri normalleştirilmiş 8-bit gri tonlamalı olarak gösterilen, daha hafif değerlerin daha yüksek yüksekliği gösterdiği eşkenar dörtgen bir projeksiyon olarak işlenir

Bir DEM, raster ( yüksekliği temsil ederken yükseklik haritası olarak da bilinen bir kareler ızgarası ) veya vektör tabanlı üçgen düzensiz ağ (TIN) olarak temsil edilebilir. TIN DEM veri kümesi aynı zamanda birincil (ölçülen) DEM olarak adlandırılırken Raster DEM, ikincil (hesaplanmış) DEM olarak adlandırılır. SYM, fotogrametri , lidar , IfSAR veya InSAR , arazi etüdü vb. tekniklerle elde edilebilir (Li ve diğerleri 2005).

DEM'ler yaygın olarak uzaktan algılama teknikleri kullanılarak toplanan veriler kullanılarak oluşturulur, ancak arazi etütlerinden de oluşturulabilirler.

oluşturma

İspanya'nın Sierra Nevada'sının kabartma haritası, yüksekliği belirtmek için görselleştirme araçları olarak hem gölgeleme hem de yanlış renk kullanımını gösteriyor

Sayısal yükseklik modelinin kendisi bir sayı matrisinden oluşur, ancak bir DEM'den alınan veriler, insanlar tarafından anlaşılabilir olması için genellikle görsel biçimde işlenir. Bu görselleştirme, konturlu bir topografik harita biçiminde olabilir veya yükseklikleri renk olarak oluşturmak için gölgeleme ve yanlış renk ataması (veya "sözde renk") kullanabilir (örneğin, en düşük kotlar için yeşil, en yüksek yükseklik için beyaz.).

Görselleştirmeler bazen eğik görünümler olarak da yapılır ve arazinin sentetik bir görsel görüntüsünü bir açıyla aşağıya bakıyormuş gibi yeniden yapılandırır. Bu eğik görselleştirmelerde, ince yükseklik farklarını daha belirgin hale getirmek için yükseltiler bazen " dikey abartı " kullanılarak ölçeklendirilir . Bununla birlikte, bazı bilim adamları, izleyiciyi gerçek manzara hakkında yanılttığı için dikey abartıya karşı çıkıyorlar.

Üretme

Haritacılar, sayısal yükseklik modellerini çeşitli şekillerde hazırlayabilirler, ancak doğrudan araştırma verileri yerine uzaktan algılamayı sıklıkla kullanırlar .

SYM üretmenin daha eski yöntemleri, genellikle arazi yüzeyinin doğrudan araştırılmasıyla üretilmiş olabilecek sayısal çevre haritalarının enterpolasyonunu içerir . Bu yöntem, interferometrinin her zaman tatmin edici olmadığı dağlık alanlarda hala kullanılmaktadır . Not kontur çizgisi veri veya (GPS veya öğütülmüş anket yoluyla) başka örneklenmiş yükseklik veri setlerini DEM'ler değil, sayısal arazi modelleri düşünülebilir. Bir DEM, çalışma alanındaki her konumda sürekli olarak yüksekliğin mevcut olduğu anlamına gelir.

Uydu haritalama

Sayısal yükseklik modelleri oluşturmak için güçlü bir tekniktir interferometrik yapay açıklık radar burada bir radar uydu iki geçiş (örneğin RADARSAT-1 ya da TerraSAR-X veya Cosmo SkyMed ), ya da bu gibi, uydu, iki anten ile donatılmış ise, tek geçişli ( SRTM enstrümantasyonu), yaklaşık on metre çözünürlüğe sahip bir tarafta onlarca kilometrelik bir dijital yükseklik haritası oluşturmak için yeterli veri toplayın. Diğer şekillerde stereoskopik çiftleri kullanılarak, örneğin , dijital görüntü korelasyonu iki optik görüntüler bir uçağın ya da bir aynı geçiş alınan farklı açılarla elde edilir yöntemi, Dünya Gözlem Uydu gibi HRS aracı olarak ( SPOT5 veya VNIR bandın ASTER ).

SPOT 1 uydu (1986) üç boyutlu bir ilişki iki geçiş ile, gezegen kara önemli bir kısmı ilk kullanılabilir yükseklik verileri sağladı. Daha sonra, aynı yöntem kullanılarak Avrupa Uzaktan Algılama Uydusu (ERS, 1991) , tek geçişli SAR kullanan Mekik Radar Topografya Misyonu (SRTM, 2000) ve Gelişmiş Uzaydan Gelen Termal Emisyon ve Yansıma Radyometresi (ASTER, 2000) çift ​​geçişli stereo çiftleri kullanarak Terra uydusunda enstrümantasyon .

SPOT 5'teki HRS cihazı, 100 milyon kilometrekareden fazla stereo çift elde etti.

gezegen haritalama

Mars'ın iki yarım küresini gösteren MOLA dijital yükseklik modeli. Bu görüntü , Mayıs 1999'da Science dergisinin kapağında yer aldı .

Gezegen biliminde değeri artıran bir araç , gezegenlerin dijital yükseklik haritasını yapmak için kullanılan yörünge altimetresinin kullanılması olmuştur. Bunun için birincil araç lazer altimetredir, ancak radar altimetresi de kullanılır. Lazer altimetre kullanılarak yapılan gezegensel dijital yükseklik haritaları, Mars'ın Mars Orbiter Lazer Altimetresi (MOLA) haritasını, Ay'ın Lunar Orbital Laser Altimeter (LOLA) ve Lunar Altimeter (LALT) haritasını ve Merkür Lazer Altimetresi (MLA) haritasını içerir. Merkür. Gezegensel haritalamada, her gezegen gövdesinin benzersiz bir referans yüzeyi vardır.

DEM'ler oluşturmak için kullanılan yükseklik verilerini elde etme yöntemleri

Gatewing X100 insansız hava aracı

Kesinlik

Bir DEM'in kalitesi, her pikselde yükseltmenin ne kadar doğru olduğunun (mutlak doğruluk) ve sunulan morfolojinin ne kadar doğru olduğunun (göreceli doğruluk) bir ölçüsüdür. SYM'nin kalite değerlendirmesi, farklı kaynaklardan gelen SYM'lerin karşılaştırılmasıyla yapılabilir. DEM'den türetilen ürünlerin kalitesi için birkaç faktör önemli bir rol oynamaktadır:

  • arazi pürüzlülüğü;
  • örnekleme yoğunluğu (yükseklik verileri toplama yöntemi);
  • ızgara çözünürlüğü veya piksel boyutu;
  • enterpolasyon algoritması;
  • dikey çözünürlük;
  • arazi analiz algoritması;
  • Referans 3D ürünler, kıyı şeridi, göl, kar, bulutlar, korelasyon vb. konularda bilgi veren kaliteli maskeler içerir.

kullanır

Dijital Yükseklik Modeli - Red Rocks Amfitiyatrosu, Colorado bir İHA kullanılarak elde edildi
Bezmiechowa havaalanı tepenin 200 m üzerinde uçan Pteryx İHA kullanılarak elde edilen 3D Dijital Yüzey Modeli
Otoyol kavşağı şantiyesinin Dijital Yüzey Modeli . Tünellerin kapalı olduğunu unutmayın.
Assenede'de Gatewing X100 ile uçulan örnek DEM
Dijital Arazi Modeli Oluşturucu + Dokular(Haritalar) + Vektörler

DEM'lerin yaygın kullanımları şunları içerir:

Kaynaklar

küresel

GTOPO30 (30 yay saniyesi çözünürlük , ekvator boyunca yaklaşık 1  km ) adlı tüm dünyanın ücretsiz bir DEM'i mevcuttur, ancak kalitesi değişkendir ve bazı bölgelerde çok kötüdür. Terra uydusunun Advanced Spaceborne Termal Emisyon ve Yansıma Radyometresi (ASTER) cihazından çok daha yüksek kaliteli bir DEM de dünyanın %99'unda ücretsiz olarak mevcuttur ve 30 metre çözünürlükte yüksekliği temsil eder . Benzer şekilde yüksek bir çözünürlük daha önce yalnızca Mekik Radar Topografya Misyonu (SRTM) verileri kapsamında Amerika Birleşik Devletleri bölgesi için mevcutken, gezegenin geri kalanının çoğu yalnızca 3 yay saniyelik bir çözünürlükte (ekvator boyunca yaklaşık 90 metre) kapsanıyordu. . SRTM kutup bölgelerini kapsamaz ve dağ ve çöl verisiz (boş) alanlara sahiptir. Radardan türetilen SRTM verileri, ilk yansıyan yüzeyin yüksekliğini temsil eder - genellikle ağaç tepeleri. Bu nedenle, veriler mutlaka yer yüzeyini değil, radarın ilk karşılaştığı her şeyin tepesini temsil eder.

Denizaltı yüksekliği ( batimetri olarak bilinir ) verileri, gemiye monte derinlik sondajları kullanılarak oluşturulur . Arazi topografyası ve batimetri birleştirildiğinde, gerçekten küresel bir kabartma modeli elde edilir. SRTM30Plus veri seti ( NASA World Wind'de kullanılır ), gerçekten küresel bir yükseklik modeli üretmek için GTOPO30, SRTM ve batimetrik verileri birleştirmeye çalışır. Earth2014 küresel topografya ve kabartma modeli, 1 yay-dakika çözünürlükte katmanlı topografi ızgaraları sağlar. SRTM30plus dışında Earth2014, Antarktika ve Grönland üzerindeki buz tabakası yükseklikleri ve anakaya (yani buzun altındaki topografya) hakkında bilgi sağlar. Başka bir küresel model, 7.5 ark saniye çözünürlüğe sahip Küresel Çoklu Çözünürlüklü Arazi Yüksekliği Verileri 2010'dur (GMTED2010). SRTM verilerine dayanır ve SRTM kapsamı dışındaki diğer verileri birleştirir. Temmuz 2010'da başlayan TanDEM-X uydu görevinden , 12 m'den daha düşük kayıtlara ve 2 m'den daha düşük bir yükseklik doğruluğuna sahip yeni bir küresel DEM bekleniyor .

En yaygın ızgara (raster) aralığı 50 ile 500 metre arasındadır. Gravimetride, örneğin, birincil ızgara 50 m olabilir, ancak yaklaşık 5 veya 10 kilometrelik mesafelerde 100 veya 500 metreye değiştirilir.

2002 yılından bu yana, SPOT 5'teki HRS cihazı, 50 milyon km 2 üzerinde bir DTED2 formatında DEM (30 metrelik bir gönderi ile) DEM formatında DTED2 üretmek için kullanılan 100 milyon kilometre kareden fazla stereo çifti elde etti . Radar uydusu RADARSAT-2 , ticari ve askeri müşteriler için DEM sağlamak için MacDonald, Dettwiler ve Associates Ltd. tarafından kullanılmıştır .

2014 yılında, TerraSAR-X ve TanDEM-X radar uydularından alınan alımlar, 12 metre çözünürlüğe sahip tek tip bir küresel kapsama şeklinde sunulacak.

ALOS, 2016'dan beri ücretsiz küresel 1 ark saniye DSM ve ticari 5 metre DSM/DTM sağlar.

Yerel

Birçok ulusal haritalama ajansı, genellikle daha yüksek çözünürlükte ve kalitede kendi DEM'lerini üretir, ancak çoğu zaman bunların satın alınması gerekir ve maliyeti, kamu yetkilileri ve büyük şirketler dışındaki herkes için genellikle çok pahalıdır. DEM'ler genellikle ulusal lidar veri seti programlarının bir ürünüdür .

Mars için ücretsiz DEM'ler de mevcuttur : Mars Global Surveyor'ın Mars Orbiter Lazer Altimetre (MOLA) cihazından MEGDR veya Görev Deneyi Izgaralı Veri Kaydı ; ve NASA'nın Mars Dijital Arazi Modeli (DTM).

web siteleri

OpenTopography, yüksek çözünürlüklü, yer bilimi odaklı, topografya verilerine (lidar ve DEM verileri) erişim için web tabanlı bir topluluk kaynağıdır ve eğitim kaynakları ile birlikte emtia ve yüksek performanslı bilgi işlem sistemi üzerinde çalışan işleme araçlarıdır. OpenTopography, California San Diego Üniversitesi'ndeki San Diego Süper Bilgisayar Merkezi'nde yerleşiktir ve Arizona Eyalet Üniversitesi ve UNAVCO'daki Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu'ndaki meslektaşlarıyla işbirliği içinde işletilmektedir. OpenTopography için temel operasyonel destek, Ulusal Bilim Vakfı, Yer Bilimleri Bölümü'nden gelir.

OpenDemSearcher, ücretsiz olarak kullanılabilen orta ve yüksek çözünürlüklü DEM'lere sahip bölgelerin görselleştirilmesine sahip bir Mapclient'tır.

STL 3 boyutlu model ve Ay verilerle oluşturulan 10 × yükseklik abartı ile Lunar Orbiter Lazer yükseklikölçer ait Orbiter Ay Keşif

Ayrıca bakınız

DEM dosya biçimleri

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

Veri ürünleri