Digital höjdmodell

3D-rendering av en DEM av Tithonium Chasma på Mars

En digital höjdmodell ( DEM ) eller digital ytmodell ( DSM ) är en 3D-datorgrafikrepresentation av höjddata för att representera terräng eller överliggande objekt, vanligtvis av en planet , måne eller asteroid . En "global DEM" hänvisar till ett diskret globalt rutnät . DEM används ofta i geografiska informationssystem (GIS), och är den vanligaste basen för digitalt producerade reliefkartor . En digital terrängmodell ( DTM ) representerar specifikt markytan medan DEM och DSM kan representera trädkronor eller byggnadstak .

Även om en DSM kan vara användbar för landskapsmodellering , stadsmodellering och visualiseringstillämpningar, krävs en DTM ofta för översvämnings- eller dräneringsmodellering, markanvändningsstudier , geologiska tillämpningar och andra tillämpningar och inom planetvetenskap .

Terminologi

Ytor som representeras av en digital ytmodell inkluderar byggnader och andra föremål. Digitala terrängmodeller representerar barmarken.

Det finns ingen universell användning av termerna digital höjdmodell (DEM), digital terrängmodell (DTM) och digital ytmodell (DSM) i vetenskaplig litteratur. I de flesta fall representerar termen digital ytmodell jordens yta och inkluderar alla föremål på den. Till skillnad från en DSM representerar den digitala terrängmodellen (DTM) den barmarksytan utan några föremål som växter och byggnader (se bilden till höger).

DEM används ofta som en generisk term för DSM och DTM, och representerar endast höjdinformation utan någon ytterligare definition av ytan. Andra definitioner utjämnar termerna DEM och DTM, utjämnar termerna DEM och DSM, definierar DEM som en delmängd av DTM, som också representerar andra morfologiska element, eller definierar en DEM som ett rektangulärt rutnät och en DTM som en tredimensionell modell ( TIN ). De flesta av dataleverantörerna ( USGS , ERSDAC , CGIAR , Spot Image ) använder termen DEM som en generisk term för DSM och DTM. Vissa datauppsättningar som SRTM eller ASTER GDEM är ursprungligen DSM, även om SRTM i skogsområden når in i trädkronan och ger avläsningar någonstans mellan en DSM och en DTM). Det är möjligt att uppskatta en DTM från högupplösta DSM-datauppsättningar med komplexa algoritmer (Li et al., 2005). I det följande används termen DEM som en generisk term för DSM och DTM.

Typer

Höjdkarta över jordens yta (inklusive vatten och is), återgiven som en ekvirektangulär projektion med höjder indikerade som normaliserade 8-bitars gråskala, där ljusare värden indikerar högre höjd

En DEM kan representeras som ett raster (ett rutnät av kvadrater, även känt som en höjdkarta när det representerar höjd) eller som ett vektorbaserat triangulärt oregelbundet nätverk (TIN). TIN DEM-datauppsättningen hänvisas också till som en primär (uppmätt) DEM, medan Raster DEM hänvisas till som en sekundär (beräknad) DEM. DEM skulle kunna erhållas genom tekniker som fotogrammetri , lidar , IfSAR eller InSAR , lantmäteri , etc. (Li et al. 2005).

DEM byggs vanligtvis med hjälp av data som samlats in med hjälp av fjärranalystekniker, men de kan också byggas från lantmäteri.

Tolkning

Reliefkarta över Spaniens Sierra Nevada, som visar användning av både skuggning och falsk färg som visualiseringsverktyg för att indikera höjd

Själva den digitala höjdmodellen består av en matris av siffror, men data från en DEM renderas ofta i visuell form för att göra det begripligt för människor. Denna visualisering kan vara i form av en topografisk karta med konturer eller kan använda skuggning och falsk färgtilldelning (eller "pseudo-färg") för att återge höjder som färger (till exempel använda grönt för de lägsta höjderna, skuggning till rött, med vit för den högsta höjden.).

Visualiseringar görs ibland också som sneda vyer, som rekonstruerar en syntetisk visuell bild av terrängen som den ser ut att titta ner i en vinkel. I dessa sneda visualiseringar skalas höjder ibland med " vertikal överdrift " för att göra subtila höjdskillnader mer märkbara. Vissa forskare invänder dock mot vertikal överdrift som vilseledande av betraktaren om det sanna landskapet.

Produktion

Kartläggare kan förbereda digitala höjdmodeller på ett antal sätt, men de använder ofta fjärranalys snarare än direkt undersökningsdata .

Äldre metoder för att generera DEM involverar ofta interpolering av digitala konturkartor som kan ha producerats genom direkt undersökning av landytan. Denna metod används fortfarande i bergsområden , där interferometri inte alltid är tillfredsställande. Observera att konturlinjedata eller andra samplade höjddatauppsättningar (med GPS eller markmätning) inte är DEM, utan kan betraktas som digitala terrängmodeller. En DEM innebär att höjd är tillgänglig kontinuerligt på varje plats i studieområdet.

Satellitkartläggning

En kraftfull teknik för att generera digitala höjdmodeller är interferometrisk syntetisk bländarradar där två passager av en radarsatellit (som RADARSAT-1 eller TerraSAR-X eller Cosmo SkyMed ), eller ett enda pass om satelliten är utrustad med två antenner (som SRTM- instrumentering), samla in tillräckligt med data för att generera en digital höjdkarta tiotals kilometer på en sida med en upplösning på cirka tio meter. Andra typer av stereoskopiska par kan användas med den digitala bildkorrelationsmetoden , där två optiska bilder erhålls med olika vinklar tagna från samma passage av ett flygplan eller en jordobservationssatellit (som HRS-instrumentet i SPOT5 eller VNIR -bandet på ASTER ).

SPOT 1-satelliten (1986) gav de första användbara höjddata för en ansenlig del av planetens landmassa, med hjälp av stereoskopisk korrelation med två pass. Senare tillhandahölls ytterligare data av European Remote-Sensing Satellite (ERS, 1991) med samma metod, Shuttle Radar Topography Mission (SRTM, 2000) med enkelpassage SAR och Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER, 2000) instrumentering på Terra-satelliten med dubbelpass stereopar.

HRS-instrumentet på SPOT 5 har förvärvat över 100 miljoner kvadratkilometer stereopar.

Planetarisk kartläggning

MOLA digital höjdmodell som visar Mars två halvklot. Den här bilden dök upp på omslaget till Science i maj 1999.

Ett verktyg av ökande värde inom planetvetenskapen har varit användningen av orbital höjdmätare som används för att göra en digital höjdkarta över planeter. Ett primärt verktyg för detta är laserhöjdmätning men radarhöjdmätning används också. Planetära digitala höjdkartor gjorda med laserhöjdmätare inkluderar Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) kartläggning av Mars, Lunar Orbital Laser Altimeter (LOLA) och Lunar Altimeter (LALT) kartläggning av månen, och Mercury Laser Altimeter (MLA) kartläggning av månen Merkurius. I planetarisk kartläggning har varje planetkropp en unik referensyta.

Metoder för att erhålla höjddata som används för att skapa DEM

Gatewing X100 obemannat luftfartyg

Noggrannhet

Kvaliteten på en DEM är ett mått på hur exakt höjden är vid varje pixel (absolut noggrannhet) och hur exakt morfologin presenteras (relativ noggrannhet). Kvalitetsbedömning av DEM kan utföras genom att jämföra DEM från olika källor. Flera faktorer spelar en viktig roll för kvaliteten på DEM-härledda produkter:

  • terräng ojämnhet;
  • provtagningstäthet (insamlingsmetod för höjddata);
  • rutnätsupplösning eller pixelstorlek ;
  • interpolationsalgoritm ;
  • vertikal upplösning;
  • terränganalysalgoritm;
  • Referens 3D-produkter inkluderar kvalitetsmasker som ger information om kust, sjö, snö, moln, korrelation etc.

Används

Digital Elevation Model - Red Rocks Amphitheater, Colorado erhållen med hjälp av en UAV
Bezmiechowa flygfält 3D digital ytmodell erhållen med Pteryx UAV som flyger 200 m över kullen
Digital ytmodell av byggarbetsplats för motorvägsbyte . Observera att tunnlar är stängda.
Exempel DEM flugs med Gatewing X100 i Assenede
Digital terrängmodellgenerator + texturer(kartor) + vektorer

Vanliga användningsområden för DEM inkluderar:

Källor

Global

FABDEM släpptes i början av 2022 och erbjuder en simulering av barjord av jordens yta med en upplösning på 30 bågsekunder. Anpassad från GLO-30 tar data bort alla skogar och byggnader. Data är gratis att ladda ner icke-kommersiellt och via utvecklarens webbplats till en kommersiell kostnad.

En alternativ fri global DEM kallas GTOPO30 (30 bågsekunders upplösning , c. 1 km längs ekvatorn) är tillgänglig, men dess kvalitet är varierande och i vissa områden är den mycket dålig. En mycket högre kvalitet DEM från instrumentet Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) från Terra-satelliten är också fritt tillgänglig för 99 % av jordklotet och representerar höjd med 30 meters upplösning. En liknande hög upplösning var tidigare endast tillgänglig för USA:s territorium under Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data, medan större delen av resten av planeten bara täcktes i en 3 bågesekunders upplösning (cirka 90 meter längs ekvatorn) . SRTM täcker inte polarområdena och har berg och öken inga data (tomrum) områden. SRTM-data, som härrör från radar, representerar höjden av den först reflekterade ytan - ganska ofta trädtopparna. Så, data är inte nödvändigtvis representativa för markytan, utan toppen av det som först påträffas av radarn.

Ubåtshöjddata (känd som batymetri ) genereras med hjälp av fartygsmonterade djupsonderingar . När landtopografi och batymetri kombineras erhålls en verkligt global reliefmodell . Datauppsättningen SRTM30Plus (används i NASA World Wind ) försöker kombinera GTOPO30, SRTM och batymetriska data för att skapa en verkligt global höjdmodell. Earth2014 globala topografi- och reliefmodell ger skiktade topografirutnät med en upplösning på 1 bågminut. Förutom SRTM30plus ger Earth2014 information om inlandsisens höjder och berggrund (det vill säga topografi under isen) över Antarktis och Grönland. En annan global modell är Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010 (GMTED2010) med 7,5 bågsekundersupplösning. Den är baserad på SRTM-data och kombinerar annan data utanför SRTM-täckning. En ny global DEM av inlägg som är lägre än 12 m och en höjdnoggrannhet på mindre än 2 m förväntas från TanDEM-X- satellituppdraget som startade i juli 2010.

Det vanligaste rutnätet (raster) avståndet är mellan 50 och 500 meter. Inom gravimetri kan t.ex. det primära nätet vara 50 m, men växlas till 100 eller 500 meter på avstånd på cirka 5 eller 10 kilometer.

Sedan 2002 har HRS-instrumentet på SPOT 5 förvärvat över 100 miljoner kvadratkilometer stereopar som används för att producera ett DTED2-format DEM (med en 30-meters postning) DEM-format DTED2 över 50 miljoner km 2 . Radarsatelliten RADARSAT-2 har använts av MacDonald, Dettwiler och Associates Ltd. för att tillhandahålla DEM för kommersiella och militära kunder.

Under 2014 kommer förvärv från radarsatelliterna TerraSAR-X och TanDEM-X att finnas tillgängliga i form av en enhetlig global täckning med en upplösning på 12 meter.

ALOS tillhandahåller sedan 2016 en global 1-bågs sekund DSM gratis och en kommersiell 5 meter DSM/DTM.

Lokal

Många nationella kartverk producerar sina egna DEM, ofta av högre upplösning och kvalitet, men ofta måste dessa köpas, och kostnaderna är vanligtvis oöverkomliga för alla utom offentliga myndigheter och stora företag. DEM är ofta en produkt av nationella lidar-datauppsättningsprogram .

Gratis DEM är också tillgängliga för Mars : MEGDR, eller Mission Experiment Gridded Data Record, från Mars Global Surveyors Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) instrument; och NASA:s Mars Digital Terrain Model (DTM).

Webbplatser

OpenTopography är en webbaserad gemenskapsresurs för tillgång till högupplösta, geovetenskapsorienterade topografidata (lidar- och DEM-data) och bearbetningsverktyg som körs på råvaror och högpresterande beräkningssystem tillsammans med utbildningsresurser. OpenTopography är baserat på San Diego Supercomputer Center vid University of California San Diego och drivs i samarbete med kollegor i School of Earth and Space Exploration vid Arizona State University och UNAVCO. Det grundläggande operativa stödet för OpenTopography kommer från National Science Foundation, Division of Earth Sciences.

OpenDemSearcher är en kartklient med en visualisering av regioner med gratis tillgängliga medel- och högupplösta DEM.

STL 3D-modell av månen med 10× höjdöverdrift återgiven med data från Lunar Orbiter Laser Altimeter of the Lunar Reconnaissance Orbiter

Se även

DEM-filformat

Vidare läsning

externa länkar

Dataprodukter
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Digital_elevation_model&oldid=1114808865 "