Цмр что это геодезия
Понятие о цифровой модели местности
Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве её точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. В последнем случае элементы ситуации могут быть заданы только плановыми координатами Х и Y. Цифровая модель рельефа обязательно задаётся одновременно плановыми координатами и высотами Н.
Цифровая информация о местности очень удобна для представления и хранения в электронном виде.
Цифровая модель местности: а) представление ситуации; б) представление рельефа.
Аналитическая форма представления ситуации (рис. 8.1 а) имеет вид таблицы с номерами точек (1 – 26), их координатами Х, У и указанием взаимосвязи точек контура, например, 1-2-3-4 – сплошной контур дома, 25- 24-26 – контур леса. Такая информация записывается в кодированном виде в таблице.
При задании рельефа в аналитической форме используют два метода. В первом, в зависимости от сложности рельефа, координаты и высоты точек определяют в узловых точках сплошной равномерной сети равносторонних треугольников и квадратов. В каких-то местах эта сеть может быть гуще, в других – реже. Такой метод имеет недостаток, определяемый рассогласованностью выбора координируемой точки с характером рельефа местности. Во втором методе (рис. 7.1 б) выбор координируемых точек определяется особенностями рельефа в тех или других частях местности. Точки выбирают на характерных линиях (линиях водослива и водораздела), на вершинах возвышенностей и по дну котловин (ям), в седловинах, в местах перегибов рельефа с выделением фрагментов с однородным склоном и т.п. Таким образом, во втором методе используется подход, соответствующий методике топографической съёмки рельефа, например, при тахеометрической съёмке.
Оставьте свой отзыв, комментарий или задайте вопрос
Цифровая модель рельефа
Команда SlySky предлагает организацию аэросъемки с последующим формированием цифровой модели рельефа. Собственный парк беспилотников, штатные маршкейдеры и геодезисты — мы всесторонне подходим к вопросу и готовы выполнить для вас работы в формате «под ключ».
Цифровая модель рельефа (ЦМР) – это математическое представление участка земной поверхности, полученное через обработку материалов топографической съёмки. В ней содержится информация о высоте поверхности земли (без учета растительности), зданий и других объектов. Как правило, цифровая модель выражается в двухмерном массиве точек с определяемой высотой.
Сегодня цифровая трехмерная модель активно используется проектными организациями, и без нее уже сложно представить грамотное планирование больших территорий. Кроме того, ее применение позволяет повысить качество работ и эффективность выбранных решений, заодно избегая ненужных рисков.
Кому нужна цифровая модель территории?
Цифровая модель рельефа ЦМР используется во многих сферах.
Проектирование зданий. От зданий и сооружений до расположения целого комплекса на большой территории.
Ландшафтный дизайн. Для обустройства большой территории не обойтись без понимания особенностей грунта и рельефа в целом.
Проектирование дорог и магистралей. Здесь особенно важно учитывать уровень возможность просадки и расположение грунтовых вод.
Изыскания. Цифровая модель поверхности отлично помогает в маркшейдерии и научных исследованиях геологам, географам, биологам и многим другим ученым.
Охрана природы. Благодаря ЦМР проще отмечать достопримечательные или особо опасные места и планировать разнообразные мероприятия.
Разумеется, на этом использование цифровой модели рельефа не заканчивается. В любых ситуациях, где необходима максимально подробная информация о рельефе и речь идет о более-менее крупной территории, целесообразно использовать ЦМР. А при совмещении 3D-проектов с трехмерной моделью территории, можно увидеть, как возводимые строения впишутся в окружающую среду. По большому счету, вы таким образом замените стадию физического макетирования.
Как происходит цифровое моделирование местности?
Цифровая модель рельефа получается на основе точных данных о местности. Традиционно ЦММ предварительно необходимо было проводить при помощи геодезической съемки, включающей в себя работу огромного количества специалистов, особенно, если речь шла о крупных территориях. За счет этого процедура была не только дорогостоящей, но и отнимала много времени, замедляя, тем самым, общий ход работ.
Сегодня для сбора информации используются беспилотники. Этот метод позволяет в разы ускорить подготовку и проведения съемки и получить достаточные данные для построения цифровой модели местности. Мы проводим работы в несколько основных этапов:
Почему SlySky?
Почему стоит обратиться именно к нам, несмотря на обилие предложений на рынке?
Для заказа цифрового моделирования рельефа или любых других видов геодезической съемки, позвоните нам по номеру телефона, указанному на сайте или заполните форму обратной связи. А для, того, чтобы мы быстрее смогли сориентировать вас по точной стоимости, подготовьте ответы на следующие вопросы:
Давайте вместе сделаем отличное видео с высоты! Заполните бриф и мы перезвоним вам с уже готовым предложением. Или звоните в удобное время по телефону 8 (495) 724-1521
Цифровая модель рельефа (ЦМР)
Рельеф — это очертание земной поверхности, в совокупности всех ее неровностей, положительных и отрицательных форм. Традиционное изображение рельефа в виде топографической карты (в плоском виде) уступает место объемным моделям, созданным с помощью аэрофотоснимков и воздушного лазерного сканирования.
Цифровые модели рельефа (ЦМР) — это вид трехмерных математических моделей, содержащих информацию о высотных отметках земной поверхности. Глобальные ЦМР строятся по данным космической радарной съемки. Крупномасштабные модели, предназначенные для нужд проектирования, создаются на основе съемки с беспилотных или пилотируемых воздушных судов со сканирующим или фотографирующим оборудованием.
Сфера применения цифровых моделей рельефа
На основе полученных данных выполняются различные геоинформационные задачи, требующие знания о рельефе:
изучение площадок для строительства зданий и сооружений;
прогнозирование эрозионной опасности склонов, оползней:
изучение направлений поверхностного стока вод, паводков;
устойчивость ландшафта для сельскохозяйственного освоения;
изучение рельефа морского, речного дна для судоходства;
анализ видимости для планирования коммуникационных сетей;
мониторинг экзогенных процессов путем сравнения нескольких ЦМР.
Максимально точное отображение рельефа позволяет снизить риски при решении различных задач, разработать меры для безопасного использования земель. ЦМР создается на основе цифровых данных с воздуха и дает полную информацию о координатах точек на местности, отметок высот, урезов воды и т.д. в триангуляционном или матричном виде.
Получение данных для построения ЦМР
Источниками информации для построения цифровых моделей рельефа служат облака точек ВЛС, аэрофотоснимки, данные радиолокационной съемки. Наиболее практичный, быстрый и достаточно точный результат можно получить с использованием АФС с беспилотных летательных аппаратов. При этом применяется эффективный метод перекрывающихся фотоизображений.
В настоящее время аэрофотосъемка с БПЛА является наиболее простым и дешевым способом проведения крупномасштабных измерений на больших территориях, съемки в целях построения ортофотопланов местности и цифровых моделей местности (ЦММ). В процессе обработки данных плотного облака точек инженеры-геодезисты набирают высотные отметки рельефа, создавая таким образом ЦМР — цифровую модель рельефа. ЦМР не включает в себя сведения о высотных отметках растительности, сооружений, техники на земной поверхности. Данный материал нужен проектировщикам для планирования строительства.
Съемка с беспилотников при помощи лазерных сканеров позволяет охватывать не слишком большие площади (оборудование устанавливается на мультироторные БЛА, коптеры), но конечный материал в виде облака точек значительно качественнее данных аэрофотосъемки.
При аэрофотосъемке в зависимости от характеристик изучаемого земельного участка, производится фотографирование заданной площади серией параллельных маршрутов, имеющих поперечное перекрытие до 60–80 %. Для линейных объектов (например, оси трубопровода, ЛЭП, дороги) перекрытие может достигать 90 %.
Съемка выполняется с объектива квадракоптера, направленного вертикально вниз – в надир. В необходимых случаях обеспечивается угол наклона оптической оси. Перед началом аэрофотосъемки для пространственной привязки на территории располагают опорные точки — наземные реперы (объекты, которые будут определены на фотоснимках в процессе обработки).
Технология обработки данных для ЦМР
Для обработки полученных аэрофотоснимков используется различное программное обеспечение, наиболее известным является Agisoft Metashape, Bentley, Pix4D. По принципу фотограмметрии снимки выравниваются, привязываются в местную систему координат, собираются в карту высот, облако точек и ортофотоплан. Работа выполняется поэтапно в несколько стадий.
Сначала находят общие точки фотографий («связующие») и по ним определяет положение, ориентацию, геометрию камер (фокусное расстояние, параметры дисторсии).
На основе рассчитанных положений съемочной аппаратуры по цифровым снимкам производится построение разреженного и плотного облака точек фотограмметрической обработки (ТФО).
На базе плотного облака точек выстраиваются полигональные модели поверхности для составления ортофотопланов мелкого масштаба с разрешением до 1 см/пикс.
Плотное облако точек является основой построения цифровой модели поверхности, и после выделения при необходимости группы точек «земля», отснятых геодезистом в местах, где модель не определяет уровень земли – построения цифровой модели рельефа (ЦМР).
В процессе обработки цифровых данных (плотного поля ТФО) используются стандартные инструменты «отсеивания» — фильтрации точек, не описывающих реально существующие объекты. Например, птицы, деревья, кустарники, ложные, «лишние» отображения. Использование таких инструментов, как и «ow points», «air points», «isolated points» и другие, позволяет исключить возможность ошибок и увеличить скорость обработки данных.
Что такое цифровое моделирование рельефа и его виды: создание 3D модели местности
Исследовать каждый сантиметр заданной территории невозможно. Поэтому исследователям приходится интерполировать значения неизведанного пространства по соседствующим дискретным данным, координатам. Для таких целей и требуется цифровое моделирование рельефа местности. Это позволяет предоставить гипотетические сведения о том или ином участке поверхности, его геопространственных координатах, характеристиках и возможных реакциях на то или иное воздействие.
Такой инструмент необходим не только геологам и географам, но и строителям, архитекторам. Без точных сведений о рельефе на участке строительства невозможно начать проектирование.
Обычно такая подготовительная работа поручается специалистам, которые затем передают данные в другие руки.
Трехмерные 3D цифровые модели рельефа и местности (ЦМР и ЦММ): что это такое
Англоязычный термин – Digital Elevation Model (DEM) или Digital Terrain Model (DTM). Моделирование представляет собой создание растрового образца или топографической карты местности, выполненной в виде мелких ячеек – сети. Она образована массой дискретных чисел, координат, которые определяют местонахождение важных объектов, в том числе рек, возвышенностей и пр.
Такой метод используется в картографии. Он позволяет восстанавливать порядок чисел на тех участках, которые не были досконально исследованы. Это делается с помощью двух процедур:
интерполирование – величины ищутся по уже известным показателям;
экстраполирование – значение находится не в заданном интервале, а в определенной точке.
Во втором случае применяется также формула, которая обуславливает построение цифровой модели рельефа (ЦМР) и местности (ЦММ).
Для работы с такими растрами используется технология ГИС. Это требуется как для природно-охранительных мероприятий, так и для сельскохозяйственных нужд. Кроме того, с появлением и развитием электронных онлайн-карт, навигаторов, способами DEM заполняются неизведанные пустоты на территории.
Топографическая информация об уже известных точках получается путем исследований на местности, а также благодаря спутникам. На участке проводятся следующие инженерные изыскания:
Все они проводятся с занесением всех данных в предпроектную документацию. Исследователи-геодезисты предпочитают использовать для работы компьютерную программу Geonium. Она автоматизирует все изыскательные работы, делает выпуск всех чертежей в соответствии с регулярно обновляющимися нормами. Софт содержит 6 модулей, которые в комплексе позволяют создать подробную топографическую карту с нанесением сечений, размеров.
Цифровая модель рельефа местности представляет собой результат сложения всех работ на местности и дистанционного зондирования. Он их достоверности зависит правильность выстраиваемого объекта.
Расположение точек на сетке
Модель обычно представлена в двух или трех координатах. Классические карты содержат только две линии, они определяются соответственно по функциям: Z=f(X, Y), где координаты X, Y – это горизонтальное и вертикальное расположение единиц. Им характерны различные значения, их может быть настолько много, насколько качественно проведены исследования – температура в различные периоды, влажность, давление, расположение над уровнем моря, почвенные показатели, уровень грунтовых вод и многое другое.
Когда появляется третья величина, говорят о создании объемной цифровой модели местности – 3D ЦММ. Такое моделирование можно проводить исключительно на компьютерной платформе, которая поддерживает трехмерное проектирование, например, ZWCAD.
Расположение координат зависит от способа получения данных – более подробные и менее. Как могут располагаться точки:
Регулярно, часто на квадратных, треугольных или шестиугольных ячейках – если были проведены исследования с помощью тахеометрической съемки или нивелирования.
Линейно, когда значения могут распределяться по одной прямой – если были проведены картометрические изыскания.
Разбросано (изолинейно). Такие узоры получаются при особенностях рельефа.
В зависимости от этого используются такие типы интерполяции цифровых моделей рельефа:
способ порций Кунса;
применение ортогональных и неортогональных полиномов, рядов Фурье;
скользящее взвешенное осреднение и пр.
Подробность и адекватность результатов зависят не только от способа построения формул, но и от размера ячеек. Если берутся крупные шестигранники или четырехугольники, то вероятность достоверности минимальна.
Если есть возможности укрупнить изображение и взять за единицу минимальный отрезок, то точность ЦМР повысится. Но для сверки обычно используют реальный взгляд на топографию местности.
Виды структур для представления поверхности цифровой модели рельефа местности
TriangulatedIrregularNetwork – это неровность, которая состоит из непрерывающих связь треугольников. Так ребро каждого элемента – это часть соседствующей фигуры. Вершины каждого пазла – точки координат с известным значением. Они соединяются не линейно, а по принципу триангуляции Делоне. Для этого через вершины проходят окружности, а ребра ставятся по соответствующим точкам пересекающихся кругов.
Минусом является возможная погрешность из-за неполных данных. Но несомненный плюс такой модели в том, что исследования не содержат изменений исходных значений. Также это самый быстрый способ интерполирования. Раньше все ГИС работали по такому принципу, сейчас более популярным становится следующий.
Дословный перевод с английского – сетка. Она действительно представляет собой сеть со значением высот. Матрица преобразует, интерполирует исходные значения, заполняя полученными результатами ячейки. Особенность системы в том, что показатели могут бесконечно преобразовываться и уточняться, в зависимости от приближения.
Выбор интервала между точками зависит от местности. На территории с низким уровнем пересеченности (равнины) работа с цифровой моделью рельефа имеет укрупненный шаг. В то время как для показателя неровности – холмы,овраги, водоемы – используются частотные полосы с минимальным отступом координат друг от друга.
TGRID
Triangulatedgrid – сетка сочетает принципы двух предыдущих программ. Основное преимущество в том, что такая технология идеально подходит для описания сложных топографических карт, мест с трудным рельефом. Математические вычисления помогают предугадывать, на первый взгляд неожиданные, изменения поверхности, такие как валуны и небольшие впадины. Используется не один, а несколько методов интерполяции:
метод обратных взвешенных расстояний;
Так, кроме формул и закономерностей, появляются статистические данные, которые учитывают возможность непредвиденного появления неровностей.
Этапы создания цифровой модели рельефа по данным топографических карт
В электронные системы ГИС до настоящего момента еще заносят данные, которые представлены в многообразных топографических картотеках. Это делается следующим образом:
Сканирование. При этом процессе должно учитываться оптимальное разрешение. Оно определяется исходя из нужд ЦММ. Слишком детальная информация может не пригодиться, зато основа будет долго загружаться, а ее проработка потребует длительного времени.
Стыковка и наложение. Этот этап позволяет склеить все элементы будущей модели, сделать швы незаметными, дополнить имеющиеся погрешности в данных, например, если на одном источнике не было что-либо отмечено, а на втором было.
Векторизация. Чтобы отметить горизонтальные линии, необходимо программное обеспечение, которое сделает это в автоматическом режиме. Если самостоятельно, вручную к этому приступать, то потребуется много времени.
Интерполяция растрового изображения по одному из выше представленных методов. Этот момент и делает из электронной карты полноценную ЦМР.
Объемная визуализация. Если цифровая модель рельефа загружена в ГИС, то с этим не будет проблем. Работать с ней будет удобно во многих САПР, в том числе в ZWCAD. Программа поддерживает большинство форматов. Если создание ЦММ было необходимо для последующего проектирования, то можно сразу пользоваться программными продуктами от «ЗВСОФТ».
Для чего нужно создание модели местности – область применения
В совокупности значений такая технология необходима для детального изучения рельефа на любой территории. Его можно познавать как на плоскости, так и в объеме. Кроме того, при желании можно спрогнозировать разрез почвы, определить уровень грунтовых вод и прочее. Так что, правильнее всего будет сказать, что ЦММ необходимы для изучения местности буквально вдоль и поперек. Такими широкими возможностями пользуются во многих отраслях:
В целях картографирования. Это направление положило истоки оцифровки данных, а также дало множество исходного материала. Теперь уже оно само пользуется возможностями топографических моделей.
Ландшафтный дизайн. Для обустройства обширной местности потребуется узнать обо всех особенностях грунта и рельефа – где будет скапливаться вода, в каком месте лучше посадить растения.
Проектирование зданий и сооружений. Эта цель сейчас одна из основных, которые обслуживают ЦММ. Растровые изображения переносятся в системы CAD, а могут там и создаваться. На такой подложке создаются модели будущих строений. Учитываются не только координаты тех или иных точек, но и характеристики строительной площадки.
Строение автомобильных дорог, магистралей и развязок. Перед тем как приступить к ремонтным работам, а тем более до начала масштабного строительства, необходимо подробно изучить ту основу, на которой будет стоять дорога. Исследуется не только рельеф, но и уровень возможной просадки, нахождение грунтовых вод, которые могут размыть основания и пр.
Природоохранительные задачи. Особые точки на сетке ставятся в тех местах, где располагаются водоемы. Когда перед глазами сотрудника растровая картинка, намного легче ориентироваться на местности, отмечать все достопримечательные или особые места.
Научные изыскания: биологи, экологи, географы, геологи и многие другие ученые в качестве исследований выбирают ЦММ.
Бытовое использование цифрового моделирования в ГИС – электронные карты, навигаторы. Без карты в гаджете многие пользователи не смогут ориентироваться в городе, не говоря уже о незнакомых местах.
Оцениваем открытые и коммерческие цифровые модели рельефа
В дополнение к открытым спутниковым данным, некоторые из которых перечислены в статье Общедоступные данные дистанционного зондирования Земли: как получить и использовать, существует и множество производных продуктов — например, рельеф. Притом можно найти открытый рельеф разного пространственного разрешения, равно как и множество коммерческих, и появляется задача выбрать лучший продукт из доступных.
Сегодня мы рассмотрим открыто доступный рельеф пространственным разрешением 30 м и 1 м и сравним с коммерческим разрешением 1 м. Для сравнения и оценки рельефа разного масштаба используем методы анализа пространственного спектра, неоднократно описанные в моих предыдущих статьях, например, Пространственные спектры и фрактальность рельефа, силы тяжести и снимков В силу фрактальной природы рельефа, его спектр в двойных логарифмических координатах должен совпадать с линией, и мера этого совпадения и есть качество рельефа, а разрешение, начиная с которого компоненты спектра подчиняются закону фрактальности, его реальное разрешение. Как будет показано на высокодетальном открытом рельефе, выбранный метод оценки корректен.
Рельеф USGD NED DEM 1m и ALOS DEM 30m со спутниковой картой Google Satellite
Введение
Занимаясь разными задачами (геологического) моделирования, раз за разом я сталкивался с одними и теми же проблемами в используемом рельефе (как открыто доступном, так и коммерческом). Скажем, гидродинамическое моделирование затопления местности, построение трехмерной геологической модели (решение обратной задачи), спутниковая интерферометрия — все это требует знания детального рельефа местности. Но какой рельеф ни возьми, если детально его рассмотреть, мы увидим огромное количество артефактов. Пусть визуальная оценка это дело субъективное, но и в пространственных спектрах наблюдается удручающая картина.
Рассмотрим ниже некоторые принципиальные особенности цифрового рельефа и далее проверим его качество на примерах от различных производителей.
Заявленное пространственное разрешение рельефа
Пространственное разрешение рельефа, даже построенного по одним и тем же исходным данным, варьируется в широких пределах в зависимости от территории. И, тем более, разное разрешение и точность имеют результаты, полученные разными способами — скажем, методом триангуляции космоснимков и с помощью лидарной съемки. К примеру, для территории США доступно множество продуктов рельефа разрешением от 1 м до 30 м, так что вся территория страны покрыта рельефом 30 м и 10 м, а часть территорий доступны с разрешением 5 м и 1 м. Таким образом, единый рельеф разрешением 1 м на всю территорию США будет синтезом разномасштабных рельефов и получившиеся детализация и точность будут варьироваться по территории. В идеале, следовало бы объединять данные в спектральной области или с использованием интерполяции методом ближайшего соседа, на практике же часто используются нелинейные методы интерполяции, так что получившийся продукт содержит широкую полосу «мусорных» компонент пространственного спектра. При взгляде на такой рельеф становится понятно, что выглядит он как-то не так, но точную оценку можно получить лишь при анализе его пространственного спектра.
Заявленная вертикальная точность рельефа
Точность рельефа может определяться совершенно разными способами, например, как величина ошибки относительно набора референсных точек на поверхности или относительно исходных данных (вопрос точности которых это совсем другая история). Точность может указываться и так, к примеру: «ошибка не более 5 м», что на самом деле означает ошибку не более 5 м с доверительным интервалом 95% (или другим), то есть вовсе не гарантирует точность 5 м для любого отдельно взятого пиксела или участка. Поскольку точность оценивается для отдельных пикселов и отдельных участков, для которых есть точные отметки высот, то в пределах большой территории может сильно варьироваться. Например, если 99% рельефа занимает плоская равнина с малыми перепадами высот и, следовательно, высокоточным рельефом, то оставшийся 1% рельефа может иметь точность в 100 раз худшую. Поэтому рельеф заявленной точности 5 м доступен на всю территорию планеты, а 10 см точности только выборочно. Но и это еще не все. Точность рельефа видимой поверхности (Digital Surface Model, DSM) соотносится к точности использованных для создания рельефа данных — к измеренной поверхности (в зависимости от местности это может быть лес или скалы и так далее), так что при другом ветре и в другой сезон измеренные значения окажутся далеко за пределами заявленной точности. В случае же рельефа непосредственно поверхности планеты (Digital Terrain Model, DTM) есть разные методы исключения растительности (даже трава и кустарник дают погрешность по высоте более 10 см, не говоря про деревья), а оценка точности производится, как правило, по некоторым референсным точкам только на открытой местности.
Оценка реального пространственного разрешения рельефа
Поскольку и пространственному разрешению рельефа доверять нельзя, то нужны методы для объективной оценки — чтобы корректно сравнить набор разных рельефов, зачастую, построенных разными способами. Одним из простых и надежных является метод анализа пространственного спектра для определения реального разрешения — такого, что детали меньшего масштаба не являются достоверными. Поскольку ожидаемая форма спектра рельефа для всех масштабов определяется его фрактальной размерностью, то реальное пространственное разрешение рельефа равно минимальному масштабу, на котором его фрактальный спектр не искажен.
Оценка вертикальной точности рельефа
При выполнении анализа и обработки рельефа в частотной области, или домене (Frequency domain) вертикальная точность определяется шириной спектра. Обрезание спектра по реальному разрешению рельефа не изменяет его точности, поскольку обрезаемые компоненты не достоверны и не могут систематически улучшать оцениваемую точность. Это дает следующий критерий корректности — величина отклонения рельефа с обрезанным спектром от исходного не должна превышать заявленную точность исходного рельефа. Далее, при наличии референсных наземных точек или точного рельефа (для отдельных участков) можно оценить рельеф стандартным способом вычисления ошибок. Кроме того, возможно использование спутниковой интерферометрии для вычисления вертикальных смещений точек поверхности между двумя моментами времени и сравнение этих смещений для двух рельефов, построенных по тем же данным радарной съемки и для тех же моментов времени.
Глобальный рельеф всей планеты ALOS World 3D — 30m (AW3D30) точностью 5 м, построенный методом триангуляции. Реальное разрешение 30 м
Это комбинированный открытый продукт размером около 220 ГБ, доступный на сайте производителя ALOS World 3D — 30m (AW3D30) и на платформе Google Earth Engine (GEE) как ALOS DSM: Global 30m. Комбинированный он потому, что использует для заполнения пропущенных значений рельефы SRTM 30m, ASTER DEM и другие. На мой взгляд, является лучшим из открытых глобально доступных. Если SRTM содержит серьезные пиксельные артефакты, а ASTER DEM — буквально «кляксы» некорректно интерполированных значений, то ALOS практически не грешит подобными проблемами. Анализ пространственного спектра в Python ноутбуке показывает следующий результат:
Для пространственного спектра рассматриваемого рельефа в двойных логарифмических координатах коэффициент детерминации R—квадрат равен 98% для масштаба от 30 метров. Таким образом, этот рельеф явно получен из более детального — и действительно, поставщик также предлагает коммерческий рельеф разрешением 5 м и все той же вертикальной точностью 5 м.
Вертикальная точность получена относительно USGD NED DEM точностью 10 см. Среднеквадратичная ошибка составляет (RMSE) 5.1 м, что полностью соответствует заявленной точности обоих продуктов: 5 м точность рельефа ALOS плюс 0.1 м точность рельефа USGD NED DEM.
Коммерческий рельеф 1 м, построенный методом триангуляции. Реальное разрешение skipped
Образец коммерческого рельефа со спутникового аппарата Pléiades от компании Airbus DS Geo SA получен с официального сайта Elevation1 DSM + Pléiades Ortho 0.5m pan-sharpened (Orthoimage included). Для целей тестирования я выбрал участок горной местности почти без техногенных объектов. Обратим внимание на лицензионное соглашение, которое разрешает только внутреннюю техническую оценку продукта («to use the PRODUCT for internal technical evaluation purposes only») и запрещает публикацию любых результатов («any derivative product or information»). В связи с этим, я опубликую только Python ноутбук, который вы можете запустить для собственной «внутренней технической оценки продукта», согласно лицензии, и получить точное значение пространственного разрешения. Обратите внимание, что отметка 60 м на графике пространственного разрешения в коде ноутбука поставлена исключительно для удобства оценки фрактальности спектра и я не несу ответственности за то, что она может вам показаться равной реальному пространственному разрешению рассматриваемого рельефа.
Вертикальную точность оценить не удастся, поскольку для выбранной территории отсутствуют данные для выполнения проверки. Впрочем, с учетом реального разрешения этого рельефа, в дополнительных проверках уже нет никакой необходимости.
Аналогичная картина и со многими другими коммерческими продуктами рельефа, когда производители всеми способами скрывают информацию о реальном качестве их продуктов.
Рельеф США USGD NED DEM 1 м точностью 10 см, построенный по данным лидарной съемки. Реальное разрешение около 2 м
7700 исходных zip архивов общим объемом около 1 ТБ и распакованным размером 1.7 ТБ. Реальная карта покрытия составляет примерно половину от официально заявленной — я скачал все тайлы и сделал карту покрытия, на которой оказалось, что многие тайлы целиком или существенно перекрываются (хотя не должны, по документации перекрытие соседних тайлов составляет ровно 6 граничных пикселов). Содержит заметные пиксельные артефакты, но качество впечатляет — по сравнению с рельефом, построенным методом триангуляции снимков. Анализ пространственного спектра в Python ноутбуке показывает следующий результат:
Для пространственного спектра рассматриваемого рельефа в двойных логарифмических координатах коэффициент детерминации R—квадрат равен 98% для масштаба от 2х метров (для масштаба от 4х метров R—квадрат равен 99%). Таким образом, как и следует из теории, точный рельеф фрактален на всех масштабах.
Вертикальную точность, очевидно, напрямую проверить мы не можем за отсутствием данных такой детальности. Тем не менее, косвенная проверка — вычисление среднеквадратичного отклонения (RMSE) от рельефа ALOS World 3D — 30m — показывает ожидаемый результат 5.1 м, что полностью соответствует заявленной точности обоих продуктов: 5 м точность рельефа ALOS плюс 0.1 м точность рельефа USGD NED DEM.
Заключение
С помощью качественного рельефа высокого разрешения можно выполнить гидродинамическое моделирование на поверхности, смотрите Гидродинамическое моделирование (CFD) на рельефе с помощью MantaFlow и визуализация результатов в ParaView, и построить детальные геологические модели как показано в статье Построение достоверных геологических моделей. При использовании методов фрактальной математики становится возможным выделение рудных объектов метрового масштаба, см. Пространственные спектры и фрактальность рельефа, силы тяжести и снимков. Также детальный рельеф помогает, при определенных условиях, уточнить спутниковые интерферограммы и получить более детальную картину отражения сейсмических волн от глубинных объектов и более точную модель смещений поверхности, см. Геология XXI века как наука данных о Земле и Вычислительная геология и визуализация.
В следующей статье мы рассмотрим синтез высокодетального рельефа по общедоступным открытым данным, используя статистические методы. В самом деле, нам доступны серии радарных и оптических космических снимков разрешением от 5 м, и улучшение открытого глобального рельефа 30 м до разрешения снимков выглядит очень заманчиво. Вот мы и проверим, как и насколько это возможно сделать.