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Digitales Höhenmodell mit der höchsten Auflösung für Großbritannien?


Ich benötige das genaueste und hochauflösende digitale Höhenmodell für Großbritannien. Wäre OS Terrain 50 oder ASTER GDEM besser für die Sichtfeldanalyse geeignet?


Kampfmittelvermessung

Wie der Name schon sagt, ist OS Terrain 50 ein Produkt mit einer Rasterauflösung von 50 Metern (http://www.ordnancesurvey.co.uk/business-and-government/products/terrain-50.html).

OS Terrain 50 wurde mit GPS-Punkten in einer Reihe von Beispielgebieten verglichen, um einen RMSE-Wert (Route Mean Square Error) für die Höhenpunkte in jedem geografischen Gebiet bereitzustellen; städtische und wichtige Verkehrswege, ländliche und Berg- und Moorgebiete. Das OS Terrain 50-Gitter wurde mit 4 m RMSE verifiziert.

Satelliten-DTMs

ASTER GDEM ist etwa 30 Meter entfernt (http://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp).

Es gibt auch SRTM, das zwar derzeit nur für Großbritannien mit einer Genauigkeit von 90 Metern verfügbar ist, aber innerhalb eines Jahres auf 30 m (was es für die USA ist) ansteigen wird (http://www.jpl.nasa.gov/news/news .php?release=2014-321).

Einen Vergleich der Genauigkeit dieser von Satelliten abgeleiteten Produkte (plus NEXTMap) finden Sie in diesem Papier: http://www.asprs.org/a/publications/proceedings/sanantonio09/Tighe_2.pdf Die Genauigkeit variiert je nach Oberfläche erheblich, die Durchschnittswerte sind:SRTM (15,27 m RMSE) und ASTER (18,52 m RMSE)während die veröffentlichten RMSEs 16 m bzw. 20 m betragen. Deutlich niedriger als OS Terrain 50.

Auflösung vs. Genauigkeit

Da OS Terrain 50 meiner Meinung nach eine verkleinerte Version von Flugdaten ist, wahrscheinlich in Kombination mit Bodenvermessungsdaten, ist die Genauigkeit viel besser als die aus dem Weltraum erfassten Daten. Auf der anderen Seite haben Sie eine reduzierte Auflösung.

Ich überlasse es jemand anderem, herauszufinden, ob die erhöhte Genauigkeit von OS Terrain 50 die niedrigere Auflösung ausgleicht.

Kurz gesagt - ich glaube nicht, dass es eine endgültige Antwort gibt, es kommt darauf an, was Ihnen mehr wert ist. Ich würde jedoch vermuten, dass Genauigkeit für einen Viewshed wichtiger ist.


Wenn Sie ASTER GDEMv2 als Ihre DEM-Option wählen, können Sie das Geographische Koordinatensystem (GCS) von WGS-84 (GCS der Erde) in OSGB-36 (GCS von Großbritannien) umwandeln. In diesem Fall verfügen Sie möglicherweise über genauere DEM-Daten.

Siehe den Vergleich zwischen ASTER GDEMv2.0, EU-DEMv1.1 und Google Earth: https://github.com/HeZhang1994/digital-elevation-model-tool-tutorial


Über 3DEP Produkte und Dienstleistungen

Die über The National Map verfügbaren 3DEP-Produkte und -Dienste bestehen aus LIDAR-Punktwolken und digitalen Höhenmodellen (DEMs) in verschiedenen horizontalen Auflösungen. Alle 3DEP-Produkte sind kostenlos und ohne Nutzungsbeschränkungen erhältlich.

Quelldatenprodukte

Zu den Quelldatenprodukten gehören LIDAR-Punktwolken, DEMs mit (ursprünglicher) Quellauflösung, aus denen die 3DEP-Standard-DEM-Datensätze erstellt wurden, und zusätzliche Datentypen, die aus IfSAR-Sammlungen erstellt wurden.

North Shore Lake Tahoe-Lidar-Punktwolke

Lidar-Punktwolke – Diese Daten sind die grundlegenden Daten für 3DEP in den angrenzenden USA und enthalten die ursprünglichen dreidimensionalen Informationen, aus denen die DEM-Produkte abgeleitet werden. Die meisten Daten, die 2014 und später gesammelt wurden, erfüllen die 3DEP-Spezifikationen für den nominalen Pulsabstand und die vertikale Genauigkeit der Qualitätsstufe 2, und Daten, die vor 2014 gesammelt wurden, erfüllen häufig nicht die Qualitätsstufen-2-Spezifikation. Unterschiede im nominellen Pulsabstand werden in den LIDAR-Punktwolken-Statusgrafiken und in der Download-Plattform bereitgestellt, jedoch müssen andere Qualitäten wie die vertikale Genauigkeit untersucht werden, um festzustellen, ob die Daten bestimmten 3DEP-Qualitätsstufenspezifikationen entsprechen.

Ein orthorektifiziertes Radarintensitätsbild (ORI) über dem Glacier Bay National Park and Preserve

Quellauflösung DEMs – Diese Daten sind die Original-DEMs der nackten Erde, die aus der Lidar-Punktwolkenquelle abgeleitet wurden Quell-DEMs, die nach Januar 2015 vom USGS verarbeitet wurden, werden bereitgestellt, wenn die ursprüngliche horizontale Auflösung oder Projektion des DEM von den 3DEP-Standard-DEM-Datensätzen abweichen.

IfSAR orthorektifiziertes Radarintensitätsbild (ORI) – Diese nur in Alaska verfügbaren Raster (Auflösungen variieren) sind Radarreflexionsintensitätsaufzeichnungen, die vom IfSAR-Sensor erfasst werden.

Die aus IFSAR-Daten generierten Höhenprodukte umfassen Daten des digitalen Oberflächenmodells (DSM) und des digitalen Geländemodells (DTM).

IfSAR digitales Oberflächenmodell (DSM) – Diese nur in Alaska erhältlichen 5-Meter-Raster sind das erste IfSAR-Produkt. DSMs liefern Höhenwerte von Landschaftsmerkmalen auf der Erdoberfläche. Dieses topografische Produkt enthält die Höhe der höchsten Oberfläche des Bodens, einschließlich Vegetation, künstlicher Strukturen und nackter Erde.

Unterschied zwischen einem digitalen Oberflächenmodell (DSM) und digitalen Höhenmodellen (DEM).

IfSAR digitales Geländemodell (DTM) - stellen Höhenwerte des darunter liegenden Terrains der Erdoberfläche bereit. Dieses topografische Produkt spiegelt die Höhe der nackten Erde wider, wo die Erhebungen der Vegetation und von Menschenhand geschaffenen Merkmale entfernt wurden.

Das USGS Earth Resources Observation and Science (EROS) Center vertreibt IFSAR Alaska Produkte im Georeferenced Tagged Image File Format (GeoTIFF). Die Pixelwerte für die Graustufenbilder stellen Höhenzahlen dar.

► EarthExplorer kann verwendet werden, um IFSAR Alaska-Daten zu suchen, in der Vorschau anzuzeigen und herunterzuladen. Die Sammlung befindet sich unter der Kategorie Digital Elevation.

Standard-DEMs

Standard-DEMs stellen die topographische Oberfläche der Erde dar und enthalten abgeflachte Wasseroberflächen. Jeder DEM-Datensatz wird durch seine horizontale Auflösung identifiziert und nach einem einheitlichen Satz von Spezifikationen erstellt. Standard-DEMs werden entweder als projektbasiert oder als nahtlos charakterisiert. Projektbasierte DEMs sind für die gesamte Flächenausdehnung von Projekten verfügbar, wenn sie aus Light Detection and Ranging (LIDAR) erzeugt werden, oder als Ein-Grad-Blöcke mit Overedge, wenn sie aus IfSAR erzeugt werden. Nahtlose DEMs werden erzeugt, indem nur die hochwertigsten Projektdaten in eine kontinuierliche Geländeoberfläche für die USA gemischt werden. Diese Daten werden in Kacheln verteilt, die zusammengeführt werden können, um Analysen in großen geografischen Gebieten zu unterstützen.

Projektbasiert

1 Meter – Dieser Datensatz wurde 2015 mit begrenzter Abdeckung der USA eingeführt, wird jedoch erweitert, wenn neue DEMs ab 3DEP-Qualitätsstufe 2 oder besserer LIDAR-Daten erfasst werden. Horizontale Koordinaten beziehen sich auf die universelle transversale Mercator-Projektion.

1/9 Bogensekunde – Dieser Datensatz deckt etwa 25 Prozent der zusammenhängenden USA ab und wird aus 3 Meter oder höher auflösenden DEMs erstellt, die vom USGS vor Januar 2015 erworben wurden. Horizontale Koordinaten beziehen sich auf geografische Koordinaten (Längengrad, Breitengrad). Der 1/9-Bogensekunden-Datensatz wird nicht mehr mit neu erworbenen DEMs aktualisiert, jedoch weiterhin verteilt.

5 Meter – Dieser Datensatz besteht nur aus 5-Meter-IfSAR-abgeleiteten DEMs (3DEP-Qualitätsstufe 5) über Alaska. Horizontale Koordinaten beziehen sich auf die flächentreue konische Albers-Projektion.

1/3 Bogensekunde – Dies ist der nahtlose DEM-Datensatz mit der höchsten Auflösung für die USA mit vollständiger Abdeckung der 48 angrenzenden Bundesstaaten, Hawaii und US-Territorien. Die Abdeckung von Alaska ist jetzt teilweise verfügbar und wird im Rahmen der Alaska Mapping Initiative auf die landesweite Abdeckung erweitert. Der Bodenabstand beträgt ungefähr 10 Meter in Nord-Süd-Richtung, ist jedoch aufgrund der Konvergenz der Meridiane mit dem Breitengrad ost-westlich variabel.

1 Bogensekunde – Dies ist ein nahtloser Datensatz mit niedrigerer Auflösung, der eine vollständige Abdeckung der angrenzenden USA und eine teilweise Abdeckung von Alaska bietet. Der Großteil von Kanada und Mexiko wird ebenfalls durch den 1-Bogensekunden-Datensatz abgedeckt. Der Bodenabstand beträgt ungefähr 30 Meter in Nord-Süd-Richtung, ist jedoch je nach Breitengrad variabel in Ost/West-Richtung.

2 Bogensekunden – Dieser Seamless-Datensatz ist der verfügbare Seamless-Datensatz mit der niedrigsten Auflösung und deckt nur Alaska ab. Obwohl der Bodenabstand in Nord-Süd-Richtung etwa 60 Meter beträgt, kann der Ost-West-Abstand zwischen 35 Metern im südlichen Alaska und 20 Metern an der North Shore variieren.

3DEP-Metadaten

Die Webseite NGP Standards and Specifications enthält Links zu textuellen und räumlichen Metadaten von 3DEP.

Der dynamische 3DEP Bare Earth DEM-Dienst und -Viewer

Der dynamische Dienst 3DEP Bare Earth Digital Elevation Model (DEM) ermöglicht es Benutzern, mehrere Auflösungen von 3DEP-Daten zu untersuchen, die auf der Landeskarte verfügbar sind. Darüber hinaus werden die Schnittstellen des Open Geospatial Consortium (OGC) Web Map Service (WMS) und Web Coverage Service (WCS) aktiviert, um die Interoperabilität zwischen Systemen zu unterstützen.

Der DEM-Viewer erstellt dynamisch aus den USGS 3D-Höhenprogramm-Höhendaten erzeugte Visualisierungs-DEMs mit mehreren Auflösungen. Benutzer können eine Vielzahl von Darstellungen erkunden, einschließlich: Aspektkonturen getönte Schummerung Schummerung gestreckte multidirektionale Schummerung und Neigungskarten.

Gezeigte Bilder (von links nach rechts) - Aspektkonturen Höhe getönte Schummerung Schummerung gestreckte multidirektionale Schummerung und Pistenkarten von Wheeler Peak, New Mexico - Höhe 13.159 ft

Eine Farbvisualisierung der Kompassrichtung, in die ein Hang oder Hang weist, gemessen im Uhrzeigersinn in Grad von 0 (genau Norden) bis 360 (wieder genau Norden)

Linien, die Orte gleicher Höhe verbinden, die mit bestimmten Intervallen und Optionen für die Glättung erstellt wurden, um kartographisch ansprechendere Konturen zu erstellen

Höhengetönte Schummerung

Kombiniert Schummerung mit einem Farbton, der auf dasselbe Terrain angewendet wird, um die Höhe darzustellen represent

Erzeugt durch Einstellen eines Sonnenazimuts von 315 Grad und einer Sonnenhöhe von 45 Grad Position, um die Beleuchtungswerte jeder Zelle in Bezug auf benachbarte Zellen zu berechnen

Multidirektionaler Hillshade

Die Schummerung berechnet aus 6 verschiedenen Richtungen

Eine Farbvisualisierung der maximalen Wertänderungsrate von dieser Zelle zu ihren Nachbarn flache Oberflächen sind grau, flache Abhänge sind gelb und steile Abhänge sind orange


Inhalt

Digitale Höhenmodelle können auf verschiedene Weise erstellt werden, werden jedoch häufig eher durch Fernerkundung als durch direkte Vermessung gewonnen. Eine leistungsfähige Technik zur Generierung digitaler Höhenmodelle ist das interferometrische Radar mit synthetischer Apertur: Zwei Durchgänge eines Radarsatelliten (wie RADARSAT-1) oder ein einzelner Durchlauf, wenn der Satellit mit zwei Antennen ausgestattet ist (wie die SRTM-Instrumentierung), reichen aus, um eine digitale Höhenkarte von mehreren Dutzend Kilometern auf einer Seite mit einer Auflösung von etwa zehn Metern [Zitat benötigt] . Alternativ können andere Arten von stereoskopischen Paaren unter Verwendung des digitalen Bildkorrelationsverfahrens verwendet werden, bei dem zwei optische Bilder mit unterschiedlichen Winkeln aufgenommen werden, die vom selben Flug eines Flugzeugs oder eines Erdbeobachtungssatelliten aufgenommen wurden (wie das HRS-Instrument von SPOT5 oder das VNIR-Band von ASTER). [3]

1986 lieferte der Satellit SPOT 1 die ersten verwertbaren Höhendaten für einen beträchtlichen Teil der Landmasse des Planeten unter Verwendung der stereoskopischen Korrelation in zwei Durchgängen. Später wurden weitere Daten vom European Remote-Sensing Satellite (ERS) mit derselben Methode, der Shuttle Radar Topography Mission mit Single-Pass-SAR und der ASTER-Instrumentierung auf dem Terra-Satelliten mit Double-Pass-Stereopaaren bereitgestellt. [3]

Ältere Verfahren zur Erzeugung von DHMs beinhalten oft die Interpolation digitaler Höhenlinienkarten, die möglicherweise durch direkte Vermessung der Landoberfläche erstellt wurden. Dieses Verfahren wird immer noch in Berggebieten verwendet, wo die Interferometrie nicht immer zufriedenstellend ist. Beachten Sie, dass die Höhenliniendaten oder andere erfasste Höhendatensätze (durch GPS oder Bodenvermessung) keine DEMs sind, sondern als digitale Geländemodelle betrachtet werden können. Ein DEM impliziert, dass an jedem Ort im Untersuchungsgebiet kontinuierlich Höhen verfügbar sind.

Die Qualität eines DEM ist ein Maß dafür, wie genau die Höhe bei jedem Pixel (absolute Genauigkeit) und wie genau die dargestellte Morphologie (relative Genauigkeit) ist. Mehrere Faktoren spielen eine wichtige Rolle für die Qualität von DEM-abgeleiteten Produkten:

  • Geländerauheit
  • Stichprobendichte (Methode zur Erhebung von Höhendaten)
  • Rasterauflösung oder Pixelgrößenalgorithmus
  • vertikale Auflösung
  • Algorithmus zur Geländeanalyse

Gepackte Daten

Digitales Höhenmodell (DEM) von Australien, abgeleitet von LiDAR 5 Meter Grid
Das aus dem LiDAR-Modell abgeleitete Digital Elevation Model (DEM) 5 Meter Grid of Australia repräsentiert ein nationales 5 Meter (nackte Erde) DEM, das aus etwa 236 einzelnen LiDAR-Untersuchungen zwischen 2001 und 2015 mit einer Fläche von mehr als 245.000 Quadratkilometern abgeleitet wurde.

250 m) nationales DEM- und Fließrichtungsraster, das die Hauptrichtungen der Oberflächenentwässerung in ganz Australien beschreibt.

90m) Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) Digital Elevation Model (DEM) Version 1.0 wurde aus der Neuabtastung der 1 Bogensekunde (

30m) gerasterte DEM (ANZCW0703013355). Das DEM stellt die Topographie der Bodenoberfläche dar und schließt Vegetationsmerkmale aus. Der Datensatz wurde aus dem 1-Sekunden-Digital-Oberflächenmodell (DSM ANZCW0703013336) durch automatisches Entfernen von Vegetationsversätzen abgeleitet, die mit mehreren Vegetationskarten und direkt aus dem DSM identifiziert wurden. Das 1-Sekunden-Produkt bietet erhebliche Verbesserungen in der Qualität und Konsistenz der Daten im Vergleich zu den ursprünglichen SRTM-Daten, ist jedoch nicht frei von Artefakten. Von Menschenhand geschaffene Strukturen wie städtische Gebiete und Hochspannungsmasten wurden nicht behandelt. Die Beseitigung von Vegetationseffekten hat auf dem größten Teil des Kontinents zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt, und Gebiete mit Mängeln werden in den mit den Daten verteilten und im Benutzerhandbuch beschriebenen Qualitätsbewertungsschichten identifiziert (Geoscience Australia und CSIRO Land & Water, 2010). Eine vollständige Beschreibung der Methoden ist in Arbeit (Read et al., in Vorbereitung Gallant et al., in Vorbereitung). Das 3-Sekunden-DEM wurde zur Verwendung durch die Regierung und die Öffentlichkeit unter Creative Commons-Attribution erstellt.

30m) DEMs Suite enthält drei öffentlich veröffentlichte nationale Modelle Digital Elevation Model (DEM), Smoothed DEM (DEM-S) und Hydrologically Enforced DEM (DEM-H). Diese 1-Sekunden-Produkte sind eine signifikante Verbesserung gegenüber dem digitalen Oberflächenmodell (DSM) von Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM), von dem sie abgeleitet wurden.


Digitales Höhenmodell mit der höchsten Auflösung für Großbritannien? - Geografisches Informationssystem

Der Einsatz von satellitengestützten Fernerkundungsprodukten wie digitalen Höhenmodellen (DEMs) unter spezifischen Rechenschnittstellen von geografischen Informationssystemen (GIS) hat die Erfassung von Daten zu spezifischen hydrologischen Merkmalen wie Neigung, Fließrichtung und Fließakkumulation gefördert und erleichtert and , die entscheidende Inputs für Hydrologie- oder Hydraulikmodelle auf der Ebene von Flusseinzugsgebieten sind. Obwohl für den europäischen Kontinent DHMs mit unterschiedlichen Auflösungen von wenigen km bis zu 20 m frei verfügbar sind, sind diese fernerfassten Höhendaten in Fällen, in denen große flache Gebiete innerhalb einer Wasserscheide dominieren, ziemlich grob, was zu einer unbefriedigenden Darstellung von die Geländeeigenschaften. Diese wissenschaftliche Arbeit zielt darauf ab, eine Kamminterpolationstechnik zur Verbesserung der Analyse eines DEM zu implementieren, um als Input-Bodenmodell für ein hydraulisches Modell zur Bewertung der möglichen Ausbreitung von Hochwasserereignissen in Ebenen verwendet zu werden. Genauer gesagt wurde die zweite Version des ASTER Global Digital Elevation Model (GDEM2) mit einer Gesamtgenauigkeit von etwa 20 Metern mit einer großen Anzahl von Luftkontrollpunkten interpoliert, die von der Hellenic Mapping and Catastral Organization (HMCO) verfügbar sind. Die Unsicherheit, die sowohl den verfügbaren Datensätzen (ASTER & HMCO) innewohnt, als auch das Auftreten von unkorrelierten Fehlern und Artefakten wurde durch die Einbeziehung geostatistischer Filter minimiert. Die Auflösung des erstellten DEM betrug ungefähr 10 Meter und seine Validierung wurde unter Verwendung eines externen Datensatzes von 220 geodätischen Vermessungspunkten durchgeführt. Das abgeleitete DEM wurde dann als Eingabe in das hydraulische Modell InfoWorks RS verwendet, dessen Funktionsweise auf den im Bodenmodell enthaltenen Reliefmerkmalen basiert, um automatisiert die Querschnittsparameter zu definieren und die räumliche Verteilung des Hochwassers zu simulieren. Die Ebene von Serres, die sich im stromabwärts gelegenen Teil des von Bulgarien und Griechenland geteilten grenzüberschreitenden Flusseinzugsgebiets Struma/Strymon befindet, wurde aufgrund ihrer Bedeutung für die regionale und nationale Wirtschaft Griechenlands und wegen der In der Vergangenheit wurden zahlreiche Hochwasserereignisse registriert. Die Ergebnisse der Simulationsverarbeitung zeigten die Bedeutung hochauflösender Reliefmodelle für die Abschätzung potenzieller Hochwassergefahrenzonen, um die durch diese Art von Extremereignissen verursachte Katastrophe sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht zu mildern.


Es gibt viele Möglichkeiten, die in einer digitalen Geländekarte angezeigten Informationen zu erhalten. Diese Daten werden häufig mit Fernerkundungsgeräten und nicht mit direkten Vermessungsmethoden gewonnen. Radarsatelliten werden häufig verwendet, um Modelle großer Geländebereiche zu erstellen. Obwohl diese Satelliten oft nur eine Auflösung von etwa zehn Metern haben, können sie in einem einzigen Durchgang Informationen über ein Gebiet von mehreren zehn Kilometern Breite erhalten. Es gibt auch andere Methoden. Ein Paar von Bildern, die mit unterschiedlichen Winkeln von einem Flugzeug oder Satelliten aufgenommen wurden, kann verwendet werden, um auf das Gelände zu schließen. Die ersten digitalen Geländemodelle mit dieser Methode wurden 1986 für einen großen Teil des Planeten mit Daten des Satelliten SPOT 1 erstellt.
In vielen Fällen werden digitale Geländemodelle aus Höhenlinienkarten generiert, die oft durch direkte Vermessung der Landoberfläche erstellt wurden. Konturliniendaten werden durch verschiedene Vermessungsmethoden gewonnen, einschließlich LIDAR, Dopplerradar, Theodolit oder Totalstationsvermessungsausrüstung. Mithilfe von GPS können Höhendaten einem bestimmten Standort zugeordnet werden. Diese Informationen können dann in eine digitale Höhenlinienkarte oder ein Geländemodell umgewandelt werden, das aus den Rohdaten ein Modell macht, mit dem der Betrachter die Landschaft virtuell „visualisieren“ kann.

Während Höhenlinienpunkte Punkte gleicher Höhe verbinden können, aber keine Daten für Zwischenpunkte liefern, können DGMs kontinuierliche Höheninformationen im gesamten Modell bereitstellen. Außerdem bietet eine digitale Geländekarte im Gegensatz zu zweidimensionalen Höhenlinienkarten in vielen Fällen eine 3D-Bildgebung, "Fly Throughs" oder ähnliche Programme ermöglichen es dem Benutzer, die Karte zu manipulieren, um alle Bereiche und Winkel des Geländes anzuzeigen.


Auswahl der besten Höhendatensätze für Hochwassergefahrenkarten

AIR entwickelt weltweite Hochwassergefahrenkarten für Märkte, in denen es noch nicht möglich ist, vollständig probabilistische Hochwassermodelle zu erstellen (wie wir es für die USA, Großbritannien und Deutschland getan haben). Diese Karten geben einen Überblick über das Ausmaß der Überschwemmungen im Zusammenhang mit Flussstärken bei den Wiederkehrperioden von 100, 250 und 500 Jahren (1 %, 0,4 % und 0,2 % jährliche Überschreitungswahrscheinlichkeiten) und können als Gefahr importiert werden Schichten in Touchstone ®, um ein effizientes Kumulmanagement und versicherungstechnische Entscheidungen zu erleichtern. Die ersten beiden, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurden, sind für Thailand und China bestimmt.

Höhendaten sind einer der wichtigsten Aspekte bei der Bewertung des Hochwasserrisikos, da durch sie sowohl das Ausmaß als auch die Tiefe des Hochwassers bestimmt werden. Für einige Länder, darunter die oben genannten USA, Großbritannien und Deutschland, sind hochauflösende digitale Geländemodelle (DTMs) leicht verfügbar. Aber weder China noch Thailand hat irgendein öffentlich verfügbare DGMs auf Länder- oder Flussgebietsskala.

AIR entschied sich, ein globales Digital Elevation Model (DEM) zu verwenden, um Gefahrenkarten für diese Länder zu entwickeln. Wir haben zwei häufig verwendete, frei verfügbare Höhendatensätze mit ausreichender Auflösung für die Modellierung betrachtet: die Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM und ASTER DEM mit 90 m bzw. 30 m Auflösung.

Obwohl das ASTER DEM aufgrund seiner höheren Auflösung die naheliegende Wahl erscheinen mag, ist dies nicht die einzige Überlegung bei der Auswahl eines Höhen-Datasets. Elevation Richtigkeit ist auch sehr wichtig.

Da ASTER DEM überlappende Paare von Satellitenbildern verwendet, um die Höhe zu schätzen, können atmosphärische Störungen, Wolken, Sonnenwinkel und andere Variablen Fehler in die Schätzungen einbringen. Der SRTM-Datensatz wurde mit einem auf dem Space Shuttle Endeavour montierten Radarsystem mit synthetischer Apertur (SAR) generiert und leidet nicht unter diesen Einschränkungen, sodass es bessere Schätzungen der tatsächlichen Höhe liefern kann.

Werfen wir einen Blick auf Bangkok, um die Unterschiede zwischen ASTER und SRTM besser zu verstehen.


Bangkok, ASTER, 30 m Auflösung (Quelle: NASA)


Bangkok, SRTM, 90 m Auflösung (Quelle: NASA)

Bangkok liegt im Chao Phraya Flussdelta in Zentralthailand. Das Land ist flach und flach, mit einer durchschnittlichen Höhe von 1,5 Metern über dem Meeresspiegel. Ein Großteil des Gebiets war Sumpf, bevor es für die Landwirtschaft trockengelegt wurde, und die Stadt, die es heute besetzt, versinkt langsam.

Sowohl ASTER als auch SRTM spiegeln Bangkoks Geographie wider, bieten jedoch leicht unterschiedliche Ansichten der Höhe des Flusses im Verhältnis zur umgebenden Stadt. Der ASTER-DEM-Datensatz zeigt, dass der Chao Phraya-Fluss höher liegt als ein Großteil der Stadt, was nicht der Fall ist. Die SRTM-Höhendaten stellen die Höhe des Flusses genauer dar, nicht zuletzt aufgrund der umfangreichen Nachbearbeitung durch die NASA, um die Höhen von Wassermerkmalen genau zu erfassen.

Zusätzlich zu der verbesserten Schätzung der Höhen von Wassermerkmalen ist der Betrag der Höhenvariabilität oder des "Rauschens" zwischen Pixeln bei SRTM viel geringer als bei ASTER. Die beiden folgenden Grafiken zeigen, wie viel Variabilität die ASTER-Höhendaten im Vergleich zu den relativ glatten SRTM-Höhendaten aufweisen. Darüber hinaus können wir sehen, dass ASTER die Höhen von Gebäuden in seine Höhenschätzungen einbezieht. Während SRTM auch einige Informationen zu Gebäudehöhen enthält, ist das Ausmaß der Auswirkungen auf die Höhenschätzung viel geringer als bei ASTER.


ASTER-Höhenprofil für ein 8,5 km Ost-West-Höhenprofil über Bangkok und den Chao Phraya River


SRTM-Höhenprofil für ein 8,5 km Ost-West-Höhenprofil über Bangkok und den Chao Phraya River

Während AIR die geografische Abdeckung seiner Hochwassermodelle weiter ausbaut, werden wir weiterhin nach den besten Höhendatensätzen für die Aufnahme in unsere Modelle suchen.und in unsere Hochwassergefahrenkarten. Obwohl es verlockend ist, sich für Höhendaten mit der höchsten Auflösung zu entscheiden, ist es noch wichtiger sicherzustellen, dass die Daten alle Aspekte des zu modellierenden Geländes genau wiedergeben.

Weitere Informationen zu den Hochwassergefahrenkarten von AIR für China und Thailand finden Sie in der Lösungsübersicht.


Systemspezifikationen

LIDAR-Systeme werden seit mehr als einem Jahrzehnt weiterentwickelt und werden sich in den kommenden Jahren wahrscheinlich noch schneller weiterentwickeln. Daher ist es bei der Planung der Datenerfassung unerlässlich, Spezifikationen aktuell verfügbarer Systeme einzuholen. Solche Spezifikationen bestimmen sowohl die Kosten für die Datenerfassung als auch wahrscheinlich die Durchführbarkeit von Projekten, die die erfassten Daten unterstützen sollen. Die wichtigsten Betriebsspezifikationen eines LIDAR-Systems sind im Folgenden beschrieben:

Abtastfrequenz ist die Anzahl der Pulse oder Strahlen, die das Laserinstrument in 1 Sekunde aussendet. Ältere Instrumente sendeten einige tausend Impulse pro Sekunde aus. Moderne Systeme unterstützen Frequenzen bis 167 kHz (167.000 Impulse pro Sekunde). Ein Hochfrequenzsystem kann gewünschte Rückstrahldichten erzeugen, indem es auf einem Flugzeug betrieben wird, das höher und schneller fliegt als ein Flugzeug, das ein System mit niedrigerer Frequenz trägt, wodurch Flugzeit und Anschaffungskosten reduziert werden.

Scanmuster ist die räumliche Anordnung der Impulsrückkehr, die von einer ebenen Fläche erwartet würde, und hängt von dem Mechanismus ab, der verwendet wird, um Impulse über die Fluglinie zu leiten. Von den vier Abtastmustern, die von Instrumenten zur Erfassung von Laserdaten unterstützt werden, sind das Wippmuster und sein stabilisiertes Äquivalent am häufigsten. Bei diesen beiden Mustern wird der Impuls durch einen Schwingspiegel über den Abtaststreifen gelenkt, und es werden kontinuierlich in beiden Richtungen des Abtastvorgangs Rückläufe erzeugt. Bei dem parallelen Linienmuster richtet ein rotierender Polygonspiegel Impulse entlang paralleler Linien über den Streifen, und Daten werden nur in einer Richtung der Abtastung erzeugt. Das elliptische Muster wird über einen rotierenden Spiegel erzeugt, der sich um eine Achse senkrecht zur Rotationsebene dreht.

Strahldivergenz Im Gegensatz zu einem echten Lasersystem weichen die Flugbahnen von Photonen in einem von einem LIDAR-Instrument emittierten Strahl geringfügig von der Strahlausbreitungslinie (Achse) ab und bilden eher einen schmalen Kegel als den für echte Lasersysteme typischen dünnen Zylinder. Der Begriff „Strahldivergenz“ bezieht sich auf die Zunahme des Strahldurchmessers, die auftritt, wenn der Abstand zwischen dem Laserinstrument und einer Ebene, die die Strahlachse schneidet, zunimmt. Typische Strahldivergenzeinstellungen reichen von 0,1 bis 1,0 Millirad. Bei 0,3 Millirad beträgt der Durchmesser des Strahls in 1000 m Entfernung vom Instrument ca. 30 cm. Da die Gesamtmenge der Pulsenergie unabhängig von der Strahldivergenz konstant bleibt, wird bei einer größeren Strahldivergenz die Pulsenergie über eine größere Fläche verteilt, was zu einem niedrigeren Signal-Rausch-Verhältnis führt.

Scanwinkel ist der Winkel, in dem die Strahlachse von der „Fokus“-Ebene des LIDAR-Instruments weggerichtet ist. Der von den meisten Systemen unterstützte maximale Winkel überschreitet 15 Grad nicht. Der Winkel wird nach Steuerbord als positiv und nach Backbord des Flugzeugs als negativ aufgezeichnet. Die Kombination aus Scanwinkel und oberirdischer Flughöhe bestimmt den Scanbereich.

Aufstandsdurchmesser ist der Durchmesser eines Strahls, der von einer senkrecht zur Strahlachse in einem Abstand vom Instrument gleich der Nennflughöhe positionierten Ebene unterbrochen wird. Sie ist somit eine Funktion sowohl der Strahldivergenz als auch der Flughöhe über dem Ziel. Die Verteilung der Pulsenergie ist über die Ausdehnung des Footprints nicht gleichförmig. Sie nimmt radial vom Zentrum ab und kann durch eine zweidimensionale Gaußsche Verteilung angenähert werden.

Pulslänge ist die Dauer des Pulses in Nanosekunden (ns). Zusammen mit den Diskretisierungseinstellungen bestimmt es die Entfernungsauflösung des Pulses in Systemen mit mehreren Returns oder den Mindestabstand zwischen aufeinanderfolgenden Returns von einem Puls.

• Anzahl der Rückläufe (pro Strahl/Impuls) ist die maximale Anzahl einzelner Rückläufe, die aus einem einzelnen Strahl extrahiert werden können. Bestimmte Systeme können entweder den ersten oder den ersten und den letzten Rücklauf identifizieren. Die meisten modernen Systeme können mehrere Rückläufe (z. B. bis zu fünf) von einem einzigen Strahl identifizieren.

Footprint-Abstand ist der nominelle Abstand zwischen den Mittelpunkten aufeinanderfolgender Strahlen entlang und zwischen den Abtastlinien, der zusammen mit der Strahldivergenz die räumliche Auflösung von LIDAR-Daten bestimmt. Der Aufstandsabstand ist eine Funktion der Abtastfrequenz, der oberirdischen Flughöhe und der Geschwindigkeit des Flugzeugs.


Abstrakt

Neu verfügbare, detailliertere und genauere Höhendatensätze, wie z. B. digitale Höhenmodelle (DEMs), die auf der Grundlage von Bildern terrestrischer LiDAR-Systeme (Light Detection and Ranging) oder unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) generiert werden, können zur Verbesserung der Modelleingabedaten und erhöhen damit die Genauigkeit der Hochwassermodellierungsergebnisse. In diesem Beitrag wird die erste Anwendung des MBlend Zusammenführungsmethode und bewertet die Auswirkungen der Kombination verschiedener DEMs auf die Ergebnisse der Hochwassermodellierung. Es wurde gezeigt, dass verschiedene Raster-Merging-Methoden unterschiedliche und erhebliche Auswirkungen auf diese Ergebnisse haben können. Neben dem Einfluss, der mit der Methode verbunden ist, mit der die ursprünglichen DEMs zusammengeführt wurden, hängt das Ausmaß der Auswirkung auch von (i) den systematischen horizontalen und vertikalen Unterschieden der DEMs und (ii) der Orientierung zwischen der DEM-Grenze und dem Gelände ab Steigung. Die größeren Wassertiefen- und Fließgeschwindigkeitsunterschiede zwischen den Hochwassermodellierungsergebnissen, die mit dem Referenz-DHM und den zusammengeführten DHMs erhalten wurden, lagen im Bereich von −9,845 bis 0,002 m bzw . In den meisten der in dieser Studie untersuchten Fälle waren die Unterschiede zu den Referenz-DHM-Ergebnissen für die MBlend Methode als für die Ergebnisse der beiden herkömmlichen Methoden. Diese Studie hob die Bedeutung der DEM-Zusammenführung bei der Hochwassermodellierung hervor und gab Hinweise zu den besten zu verwendenden DEM-Zusammenführungsmethoden.


Digitales Höhenmodell mit der höchsten Auflösung für Großbritannien? - Geografisches Informationssystem

Diese DEM-Erhebungsmethoden können unter Berücksichtigung von vier Aspekten verglichen werden:

(d) Anforderungen an die Vorverarbeitung

Traditionell wurden Höhendaten von Landvermessern aus Bodenvermessungen oder durch halbautomatische Digitalisierung mit Stereoplottern erhoben. Dies ist die genaueste, aber auch teuerste Methode zur Datenerhebung. Die neuesten Entwicklungen beziehen sich auf den automatisierten Stereobildabgleich, die Verwendung von Laserscanning und Fernerkundungsbildern, entweder mit stereoskopischer Überlappung (SPOT, ASTER) oder interferometrischen Bildern. Beachten Sie, dass bei Höhendaten aus Fernerkundungsquellen die Abtastdichte eng mit der Bodenauflösung zusammenhängt.

Von den oben genannten Techniken scheint Laserscanning die genaueste Methode mit der höchsten Abtastdichte zu sein. Darüber hinaus können beim Laserscanning sowohl die Objektoberfläche als auch die Bodenoberfläche erfasst werden, sodass die Höhendaten besser als Digital Surface Models (DSM) definiert werden. Ein Vergleich mehrerer Höhenoberflächen kann dann verwendet werden, um drei Höhen zu kartieren oder das Volumen von Objekten abzuschätzen. Laserscanning wurde bereits zur Kartierung von Gebäuden, Stromleitungen, Tagebauen, Oberflächenstrukturen und sogar Wellen im Wasser eingesetzt. Die zweite sehr kostengünstige neue Technik ist das interferometrische Radarsystem in der Luft und im Weltraum, mit dem sowohl die Landbedeckungs- als auch die Geländedaten genau abgeleitet werden können. Der typische Höhen-Root-Mean-Square-Error RMSE(z), der mit interferometrischen Bildern aus dem Weltraum erzielt wird, reicht von wenigen bis zehn Metern.

DEMs werden heute zunehmend auf dem Markt verfügbar. Viele Länder bieten bereits Höhenraster in Kursauflösungen (> 250 m) und zu einem handelsüblichen Preis an. Kostenlose Quelle für Höhendaten mit der globalen Abdeckung ist die globale digitale Höhenkarte mit einem horizontalen Rasterabstand von 30 Bogensekunden, was ungefähr 1 x 1 km beträgt. Es wird aus mehreren Raster- und Vektorquellen nationaler topografischer Informationen abgeleitet und ist über die Website des US Geological Survey verfügbar.

Im Februar 2000 sammelte das Radarsystem der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) topografische Daten über etwa 80 % der Landoberflächen der Erde und erstellte damit den allerersten nahezu globalen Datensatz von Landhöhen in einer Bogensekunde (etwa 30 Meter .). ) und 3 Bogensekunden (ca. 90 Meter) Bodenauflösungen. In den USA wurden diese Daten der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und stehen im EROS (Earth Resources Observation Systems) Data Center des US Geological Survey zum Download per FTP (File Transfer Protocol) zur Verfügung. Daten für Gebiete außerhalb der USA stehen in einer Auflösung von 90 m zur Verfügung und können per FTP von der Global Land Cover Facility unter www.landcover.org heruntergeladen werden.

In a GIS environment, a DEM is commonly modeled and visualized using two main data structures:

1. R ectangular grid or elevation matrix (GRID) and

2. Triangulated Irregular Network (TIN).

The GRID DEM is typically stored as a raster map (or image), where each pixel carries the information on elevation or terrain parameter. The TIN DEM is based on the triangular elements with their vertices at the sample points. The advantage of TIN DEM compared to the GRID DEM is that it can incorporate structural features such as peaks, slope breaks and conic pits, and by some is considered a more accurate structure for terrain parameterisation especially when contour data is used. Although the gridded DEM-data model is non-adaptive and commonly over-samples in low-relief areas and undersamples in high-relief areas, it is somewhat more attractive than the TIN DEM due to its simple data structure and high possibilities of GIS operations. It is easier to manipulate, process and integrate it with other GIS data, especially in the DTA applications and has been used as the primary structure in ILWI5 and other similar GIS packages.

Availability of Digital Elevation Data:

One of the most practical and valuable returns from the United States space programme is the SRTM digital elevation model. Until the production of the SRTM DEM, good-quality measurements the Earth's surface at practical levels of detail did not exist or were not generally available for much of the planet. SRTM was developed at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) as a joint venture of NASA, the United States National Geospatial Intelligence Agency (NGA), and the German and Italian Space Agencies. The mission collected 12 terabytes (10 12 bytes) of data over nearly all of Earth's landmass between 60 N and 56 S in just 11 days in February 2000. Elevation measurements were derived from interferometric analysis of the C-band radar signal and were processed at JPL. The resultant DEM has 1 arcsecond (c. 30 m) postings, with an absolute vertical resolution significantly better than the mission specification of 16 m. The SRTM DEM is now freely available (at a somewhat reduced effective resolution for non-US areas). However, the DEM is not spatially comprehensive. It did not cover areas within 30 latitude of the poles and, more troublesome for most users, it has substantial gaps (voids) where the radar interferometric system failed to provide a signal adequate for DEM generation.

Meanwhile, generally coincident with the SRTM Project, but continuing to 2010 and beyond, ASTER has been acquiring imagery across all areas of the planet up to within 8o latitude of the poles. ASTER is one of the sensors operating on Terra, a satellite launched in December 1999 as part of NASA' Earth Observing System (EOS). The ASTER Project is a co-operative effort between NASA, Japan's Ministry of Economy, Trade and industry, and Japan's Earth Remote Sensing Data Analysis Center. ASTER covers wide spectral region with 14 bands from visible to the thermal infrared, with high spatial, spectral and radiometric resolution. The spatial resolution varies with wavelength: 15 m in the visible and near infrared (VNIR 0.55-0.80 m) 30 m in the short wave infrared (SWIR 1.65-2.4 m) and 90 m in the thermal infrared (TIR 8.3- 11.32 m). An additional band is the key to producing digital elevation models. This band (named 3B) is the same as nadir band 3 (NIR), except that it observe at a backward angle of c. 28 , producing a store pair for each daytime ASTER image. Each ASTER scene covers an area of 60 x 60 km, and the sensor has up to 8.55 of pointing capabilities. Standard DEMs produced by the United States Geological Survey Eros Data Center (USGS-EDC) have 30 m postings, similar to SRTM's 1 arcsecond posting. However, users can also produce their own DEMs from the band 3 stereo pair using any chosen software. ASTER DEMs are comparable in resolution to those from SRTM. However, potential improve ments are still possible since the DEMs do not capture all of the topographic detail that is visually apparent in the stereo imagery.

Geological Applications of DEMs

Exact information about the Earth s surface is of fundamental importance in all geosciences. Topography exerts control over range of Earth surface processes (evaporation, water flow, mass movement, forest fires) which are important for energy exchange between the physical climate system in the atmosphere and the biogeochemical cycles at the Earth surface. Ecology investigates the dependencies between all life forms and their environment such as soil, water, climate and landscape. Hydrology draws upon knowledge about the relief of ground surface to model the movement of water, glaciers and ice. Geomorphology describes the relief, recognizing form-building processes. Climatology investigates fluxes of temperature, moisture and air particles all influenced by topography.

Another area of application of DEMs is the global land cover classification. Precise mapping and classification of the Earth's surface at a global scale is the most important prerequisite for large-scale modeling of geo-processes. It has been demonstrated through numerous studies that radar images are suitable for documentation and classification of natural vegetation and agricultural areas. In remote sensing DEMs are used to correct images or retrieve thematic information with respect to sensor geometry and local relief to produce geocoded products. Thus, for the synergic use of different sensor systems (and GIS), digital elevation model are a prerequisite for geocoding satellite images and correcting terrain effects in radar scenes. This is detailed in the following section.

Applications in Topographic Studies:

Topography is a graphic representation of natural features of the earth's surface including hills, valleys, rivers, lakes and other similar features. Typically, topography is drawn on maps and charts or as shaded relief. These methods of displaying relief are, however inadequate in that they do not give any information on the elevation above sea level of all points on the map or how steep the slopes are. The knowledge of surface topography is of major importance to Earth sciences. It is essential in any discipline concerned with process modeling like hydrology, climatology, geomorphology and ecology. It is also a prerequisite for many applications in civil and military agencies and in industrial areas like telecommunications (specifically, radio wave propagation), navigation, hydrology, disaster management (prevention, relief, assessment), transportation and infrastructure planning.

Today, the techniques of radar interferometry with Synthetic Aperture Radar systems (SAR) and laser interferometry (LIDAR) are currently the most advanced technology and the most effective way of acquiring topographic information. It is independent of cloud covers, sun illumination and the contrast of the Earth's surface.

Applications in Remote Sensing and Topographic Mapping:

DEMs have many applications in remote sensing and mapping, such as topographic mapping (contours), thematic mapping, orthoimage generation and image analysis, map revision, and so on. To make images useful as backdrops for other thematic information and base maps, it is desirable that the images have characteristics similar to those of maps. This means that the same scaling, orientation, and projection into a geo-referencing system should be adopted.

Remote sensing images, either satellite or aerial images, do not have such good characteristics due to the distortions caused by the imperfections of camera or scanner systems, the instability of platforms (tilts and flying height variations), atmospheric refraction, the earth s curvature, and terrain height variations. The two most serious factors are the instability of the platform and terrain height variations. Therefore, geometric rectification is required.

Use of DEMs in Geological Mapping:

DEMs are important in providing valuable geological information that can be used as a guide in defining the geology of a given area. Geological structures and rock unit boundaries showing a strong correlation with relief can be mapped with detailed topographic analysis. Digital Elevation Models (DEMs) are the most suitable tools for such kind of analysis because they yield an accurate representation of relief and can be processed with computers. Using DEMs, topographic attributes (elevation, slope, etc.) are easily quantified and can be displayed as output images called DEM derived surfaces. Through these images, DEMs display the relationships between topography and geology.

Although DEMs are currently being used for describing geological features related to geomorphology, hydrology and tectonics, they still have not become a common tool in geological mapping projects.

Of particular importance to geological mapping are DEM derived surfaces. The following functions have been found to be most useful in depicting geological information:

1. Slope Displays the grade of steepness expressed in degrees or as percent slope. This image can reveal structural lineaments, fault scarps, fluvial terrace scarps, etc.

2. Aspect Identifies the down-slope direction. Aspect images may enhance landforms such as fluvial networks, alluvial fans, faceted fault related scarps, etc.

3. Shaded topographic relief or hill-shading This image depicts relief by simulating the effect of the sun's illumination on the terrain. The direction and the altitude of the illumination can be changed in order to emphasize faults, lineaments, etc. This image is probably the most useful to display geological data related to landforms in terrains that show a close correlation between geology and topography.

4. Flow direction Shows the direction of flow by finding the direction of the steepest descent or maximum drop. This DEM derived surface depicts the drainage.

5. Basin Function that uses a grid of flow direction (output of flow direction) to determine the contributing area.

To summarize, the science community, for example, employs DEMs for research on

Water and wildlife management

Geological and hydrological modeling

Geographic information technology

Geomorphology and landscape analysis

Applications in Mineral Exploration & Water Resources:

Digital elevation models deliver basic information on geologic structures. These information sources are especially important in remote areas where coverage by topographic maps is limited. Exploration geologists are possibly the most experienced users of digital elevation models and multipectral remote sensing data. By analyzing digital elevation models they determine promising regions of potential mineral deposits which find an expression as a topographic prominence or depresion, or placer deposits found along stream channel. More and more, a combination of remote sensing data, especially DEMs, with gravity maps the identification of oil spills on satellite imagery and other phenomena and combinations leads the prospecting companies to successful explorations. In addition to exploration activities digital elevation models are also used for monitoring the exploration consequences. The problems of subsidence in mining regions, for example, can be studied and evaluated by the use of DEMs.


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