Digitální model reliéfu (terénu) a analýzy modelů terénu
• • •
Digitální modely terénu jsou dnes v geoinformačních systémech hojně využívány pro různé účely. Naměřená terénní data jsou často zpracována do podoby DMT použitím prostorové interpolace. K dispozici máme mnoho interpolačních algoritmů.
Digitální model povrchu (DSM) zvláštní případ digitálního modelu reliéfu konstruovaného zpravidla s využitím automatických prostředků (např.obrazové korelace ve fotogrammetrii) tak, že zobrazuje povrch terénu a vrchní plochy všech objektů na něm (střechy, koruny stromů a pod.)
Digitální model reliéfu, Digitální model terénu (DMR, DMT) digitální reprezentace zemského povrchu v paměti počítače, složená z dat a interpolačního algoritmu, který umožňuje mj. odvozovat výšky mezilehlých bodů
1
Zdroje vektorových dat: • • •
Geodetická měření Družicové polohové systémy (GPS) Laserové snímání
Zdroje rastrových dat: • • •
Letecká a pozemní fotogrammetrie Dálkový průzkum Země Radarová interferometrie
Existující digitální a analogová data • ZABAGED • DMÚ 25 • Digitální model reliéfu ČR (DMR 4G, DRM5G) • a další...
2
Úvod k základním způsobům reprezentace povrchu • • •
Pravidelný čtvercový rastr Vrstevnicový model Triangulated irregular networks (TIN)
Pravidelný čtvercový rastr • Struktura která specifikuje hodnoty v pravidelné čtvercové mřížce. • V počítači je uložená jako dvoj-dimenzionální pole. • Pro každý čtverec pravidelné mřížky je určena pouze jedna hodnota elevace.
Význam rastrové reprezentace • •
Elevace uložená v buňce určuje hodnotu elevace pro každý bod této buňky. Elevace může reprezentovat výšku středu buňky, nebo průměrnou hodnotu elevace celé buňky
3
Vrstevnicový model
Význam vrstevnicové reprezentace • •
Je dána množina výškových dat, a v modelu je reprezentována každá vrstevnice s jednou z těchto elevací. Vrstevnice je obvykle uložena jako sekvence bodů s x- a ysouřadnicí.
4
Triangulated irregular networks (TIN) •
Universální způsob jak zobrazit povrch je triangulovat vstupní body do podoby TINu. Výsledné trojúhelníky (plošky) TINu se (většinou) považují za rovinné a proto tvoří plně definovaný, spojitý model povrchu.
•
Výhody: • Mohou zahrnout vstupní měření (body), na rozdíl od pravidelného rastru, které jsou interpolovány ze vstupních dat a proto jsou náchylnější k chybám. • Hustota vzorkování je adaptibilní vzhledem ke vstupním datům. Proto můžeme mít oblast hustě pokrytou body s malými trojúhelníky tam, kde je terén členitý, zatímco jinde je pokrytí vstupními body řídké, s velkými trojúhelníky, v oblastech konstantního sklonu.
Triangulated irregular networks (TIN) • • •
•
V datovém modelu TINu je uložena množina bodů spolu se svými výškovými daty. Body nejsou uloženy v mřížce a mají rozdílnou hustotu - na těchto bodech proběhne rovinná triangulace. Pokud bod neleží ve vrcholu, tak je jeho výška získána lineární interpolací (ze dvou bodů, pokud leží na hraně, ze tří, pokud leží uvnitř trojúhelníku) = po částech lineární model, který může být ve 3-d vizualizován jako jednoduše pospojovaná množina trojúhelníků. TIN je spojitý, ale nediferencovatelný po celé oblasti.
Konverze mezi typy reprezentací • • • •
Vstupní výšková data mohou být do GIS zadána v různých formátech. Často se používají vrstevnice – digitalizace papírových map. Data ve formě rastru – fotogrammetrické zpracování dat. Data ve formě rastru zabírají běžně hodně místa, což vede k velkým nárokům na paměť a k časové složitosti algoritmů.
5
Metody interpolace – Thiessenovy (Dirichlet, Voronoi)polygony – Natural neighbour interpolation – (interpolace z přirozených sousedů) – IDW (metoda inverzních vzdáleností) – triangulace (s lineární interpolací) – Spline (metoda minimální křivosti) – Kriging (geostatistické metody)
Triangulace z bodů
6
Triangulace z vrstevnic • • • •
Výšková data jsou většinou získána digitalizováním vrstevnicových map. Vrstevnicová mapa je vektorová datová struktura. Převod vrstevnic na TIN = triangulace mezi vrstevnicemi. Při triangulaci se použije takový algoritmus, který produkuje dobře tvarované trojúhelníky, jako např. Delaunayho triangulace.
Triangulace z vrstevnic
Triangulace z bodů a vrstevnic • Pro nejlepší výsledky triangulace – použít body a vrstevnice.
7
Theissen
IDW
Kriging © Arthur J. Lembo, Jr. Cornell University
8
Aplikace DMT plošná interpolace bodových dat – spojitý popis jevu (výška, teplota, znečištění,...) získaný měřením v diskrétních bodech
Analýzy povrchů (modelů terénu) •
• • • •
Sklonitost, směr sklonu - u gridového modelu je výstupem nová rastrová vrstva, u TIN jsou tato data k dispozici v podstatě implicitně Údaje analýzy sklonu a směru sklonu jsou poměrně důležité jako vstup pro další analýzy jako je vážená vzdálenost, analýzy eroze. Morfologické analýzy - nalezení lokálních minim a maxim, konvexnosti a konkávnosti. Výstupem analýzy je bodová vrstva obsahující výše uvedené prvky. Analýza osvětlení terénu - Umožňuje počítat množství dopadajícího světla na danou lokalitu. Její použití je vhodné např. pro analýzy vyhledávání nejlepší lokality pro pěstování vína. Tvorba vrstevnic (izočar) - jedná se o převod mezi reprezentacemi (DMT na vektorové linie). Generování profilů - pomocí DMT je možné počítat profily liniových prvků
Počítání objemů DMT- Cut and Fill analýza (změny objemu mezi dvěma DMT), analýzy reálné plochy povrchu, reálné délky na povrchu (reálná vzdálenost na DMT), kde výsledkem je reálná plocha/délka na DMT a ne planimetrická ze 2D. Analýzy viditelnosti (line, point) - umí odpovědět na následující otázky: • které oblasti je možné a nemožné vidět z rozhledny na určitém kopci • jak často je vidět dané místo z dálnice (vyhledání nejvhodnější lokality pro reklamu) • kolik je nutné postavit rozhleden a kde, aby bylo viditelné celé definované území • studie nalezení vhodné lokality pro komunikační buňku (u mobilních telefonů)
9
Analýzy povrchů - DTM
Sklonitost
Směr sklonu - expozice
10
Analýza osvětlení terénu hillshade - stínování, vhodné pro zvýraznění tvaru reliéfu
Analýza viditelnosti
Analýza viditelnosti
11
Analýza profilu DMT
12
