Digitalni model reliefa (DEM) je specializirana baza podatkov, ki prikazuje obliko površine med točkami določene ravni, sestavljeno z interpolacijo višine podatkov, ki izhaja iz zemeljskih raziskav in fotogrametrične zbirke na podlagi pravokotne simulacijske mreže. Programska oprema GIS uporablja digitalno tehnologijo za 3D vizualizacijo, oblikovanje kontur in analizo površine.

Zgodovina razvoja in modernosti

Izraz DMS je bil uveden v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, da bi razlikoval najpreprostejšo obliko modeliranja terena od bolj kompleksnih tipov elektronske površinske reprezentacije. Najprej je bila uporabljena izključno za rastrske predstavitve: vrednost višin, podanih v vozliščih preseka redne mreže. Gradnja digitalnega modela olajšave je trajala več mesecev.


Danes lahko zračna plovila brez posadke zberejo potrebne podatke, jih analizirajo do najmanjših podrobnosti in ustvarijo vizualno postavitev v bolj realističnih in učinkovitih pogojih. Tudi najbolj nedostopna velika območja Zemlje se lahko zdaj pregledajo in spremenijo v model z uporabo brezpilotnih letal (UAV), opremljenih z najsodobnejšo opremo. Različne vrste radarjev, kamkorderjev in drugih instrumentov se lahko namestijo na brezpilotna letala, da bi zbrali potrebne informacije za določen digitalni model terena. Ta napredna tehnologija skupaj z najhitrejšo programsko opremo zagotavlja najboljše rezultatev najkrajšem možnem času. 26. aprila 2016 je globalno podjetje za IT rešitve NTT DATA in RESTEC (japonski center za daljinsko zaznavanje) napovedalo, da je njihova storitev 3D digitalnih zemljevidov, imenovana AW3D, prva 5-metrska storitev tridimenzionalnega modela reljefa s pokritostjo celotnem svetu, vključno z Antarktiko. Storitev deluje na podlagi treh milijonov slik, ki jih je prejel sateliti DAICHI in nadgrajenih satelitov za opazovanje Zemlje (ALOS), od japonske agencije za raziskovanje vesoljske industrije (JAXA).


Februarja 2014 sta NTT DATA in RESTEC predstavila storitev 3D digitalnih zemljevidov z omejeno pokritostjo. Ta storitev predstavlja znatno izboljšanje glede na obstoječe storitve, ki ponujajo ločljivost le 30 in 90 metrov. Podatki NTT DATA, podatki AW3D se že uporabljajo v več kot 60 državah.

Izrazi, opredelitve in okrajšave

Digitalni model reliefa je tridimenzionalna terenska slika, ustvarjena na podlagi podatkov o višini in predstavljena v obliki rastrsko velikih kvadratov ali nepravilne trikotne mreže. DHS USGS - Geometrične rastrske mreže, ki so zgrajene v nizu profilov "jug-sever". Tako kot drugi parametri USGS so bile matrice prvotno ustvarjene v obliki črk, ki ustrezajo topografskim kvadrantom:

obsežna -75 /15 minut;

Vmesna - 30 minut;

majhna - 1 stopinja. Ploščice za izdelavo digitalnega modela terena so na voljo za brezplačen prenos v številnih državnih in regionalnih centrih za izmenjavo informacij.
DEM je digitalna karticarelief, to je predstavitev zemeljske površine. DTM - niz metod, ki se uporabljajo za sprejemanje ali predstavljanje matrike višin. Filtriranje matrik višine je niz metod, ki se uporabljajo za izboljšanje geomorfološke podobnosti matrik. Analiza ali parametriranje območja - proces kvantitativne ocene podrobnosti območja. Analiza digitalnih modelov terena (DTA) se uporablja kot splošni izraz za določanje aplikacijskih parametrov. Teren - zemljevidi ali slike, pridobljene iz baze podatkov z uporabo DTA.

Viri podatkov DEM

Topografija ali relief - oblika ali konfiguracija terena, ki je na zemljevidu predstavljena s konturnimi linijami, hipsometričnimi odtenki in senčenjem. Trenutno obstaja pet glavnih virov podatkov za ustvarjanje digitalnega modela terena:

temeljne študije;

fotogrametrično zbiranje informacij na vozilu;

razpoložljive kartografske raziskave, kot so topografske karte;

skeniranje laserskega laserja;

Stereoskopske ali radarske satelitske slike.

Te metode zbiranja matrike se primerjajo glede na štiri vidike:

cena;

točnost;

gostota vzorčenja;

zahteve predobdelave.

Tradicionalno so te podatke zbirali inšpektorji iz zemeljskih raziskav, ki jim je sledila polavtomatska digitalizacija stereoplotov. To je najbolj natančen, vendar tudi najdražji način zbiranja podatkov. Nedavni razvoj se nanaša na avtomatsko primerjavo stereo slik, uporabo slik z laserjemskeniranje, daljinsko zaznavanje ali stereoskopske prosojnice (SPOT, ASTER) ali z uporabo interferometričnih fotografij.
Druga sodobna metoda z visokim izkoristkom je radarski sistem na vozilu in vesoljski interferometrični sistem, ki se uporablja za natančno pridobivanje podatkov o zemeljski površini in terenu.

Vrste digitalnih modelov terena

Primerjava večih višinskih površin se lahko uporabi za preslikavo treh višin ali oceno prostornine predmetov. Lasersko skeniranje se uporablja za gradnjo zgradb, električnih vodov, odprtih kamnolomov, terena in celo geometrije valov na morju. Obstajajo različni načini modeliranja višin: digitalni modeli terena (DIM), digitalni modeli površin (SMP), digitalni modeli terena (3DMs) in trikotne nepravilne mreže (TNC). SMF zajema naravne in vgrajene funkcije na zemeljski površini ter je uporaben pri 3D modeliranju za telekomunikacije, urbanizem in letalstvo, saj so predmeti študije prikazani z višino nad zemeljsko površino. DIM je čista mrežna mreža, vezana na vertikalni koordinatni sistem. Ko razvijalec filtrira točke, kot so mostovi in ​​ceste, dobi nemoten digitalni model terena. Stavbe daljnovodov, stavbe in vegetacijske vrste niso vključene v DEM. Konstrukcija mrežnega kontura je še posebej uporabna pri načrtovanju hidrologije, rabe tal in rabe tal. CMM ima dve opredelitvi, odvisno od države uporabe. V nekaterih državah je pravzaprav sinonim za DIAin pomeni površino višine, ki predstavlja čisto zemljo, vezano na splošni vertikalni element.

V Združenih državah Amerike obstaja druga definicija digitalnih modelov terena - niz vektorskih podatkov, ki ga sestavljajo redno razporejene točke in naravni elementi, kot so grebeni in črte razpok. Dopolnjuje matrico višin, vključno z linearnimi značilnostmi površine zemlje. V Rusiji za TSMM se uporablja GOST R 52440-2005, v skladu s katerim je namenjena izdelavi kartografske osnove prostorske vezave geopodatkov, pridobljenih med izvajanjem inženirskih iskanj, zemljiških katastrskih del, interpolacije, statističnih študij, drugih posebnih del in raziskav. Ta model je običajno izdelan s stereophotogrametrijo. Točke se redno nahajajo in označujejo obliko golih površin. Iz teh rednih in konturnih linij lahko CMM interpolirate v DIA. Predstavlja razlikovalne značilnosti zemeljske površine veliko bolje kot tridimenzionalne linije razpoke in redno nameščene tridimenzionalne masne točke.

Triangulirana nepravilna mreža

Za simulacijo neprekinjenega območja, ki temelji na izmerjenih podatkih o točki območja, ki leži med meritvami, mora biti povezano z računalniškimi metodami. V ta namen se posamezne točke najprej povežejo s trikotno površino, ki je na voljo v vektorski obliki (TIN: triangulirana nepravilna mreža) z interpolacijo.
Po potrebi se vektorski podatki pretvorijo v rastrsko obliko, nprfiksne velikosti celic. V ta namen se uporabljajo različne matematične metode. Pomembno je preskusiti simulacijo, da se odloči, katera od najbolj realističnih izbrati za študijsko območje. Čeprav lahko nekatere GIS aplikacije, kot je Arc GIS, upravljajo s TIN, druge delujejo samo z rastrskimi geomodeli. Glede na lokacijo osnovnih merilnih točk so prikazani različni načrti.

Instrumenti za doseganje višin

Po izbiri metode za dejansko površino območja izberite orodje za merjenje mer. Trenutno se pogosto uporablja:

Zrakoplov brez posadke.

LiDAR - Meri odbite svetlobo, ki se odbija od tal, in se vrne na senzor, da doseže višino zemeljske površine.

Stereophotogramiranje iz aerofotografije.

Večpredstavnostni stereo za fotografiranje iz zraka.

Nastavitev bloka optične satelitske slike.

Interferometrija z radarskimi podatki.

​​

Kinematični GPS v realnem času.

Topografske karte.

Teodolit ali tahometer.

Dopplerjev radar.

Nekatere metode daljinskega zaznavanja za pridobitev matrike višin:

Satelitska interferometrija - sintetizirani radar, kot je na primer topografija "Radar", uporablja dve radarski sliki iz antene, ki je vzeta ob istem času, da ustvari digitalni model reliefa.

Fotogrametrija - Fotografije, posnete z vsaj dveh različnih vidikov, se uporabljajo pri fotografiranju iz zraka v fotogrametriji. Tako kot deluječloveški vid, je sposoben doseči globino in perspektivo skozi posamezna stališča.

Interpolacija digitalnih konturnih zemljevidov

Stare metode generiranja DIM pogosto vključujejo interpolacijo digitalnih konturnih zemljevidov, ki jih je mogoče dobiti z neposrednim pregledom površine zemlje. Ta metoda se še vedno uporablja v gorskih območjih, kjer interferometrija ni vedno zadovoljiva. Podatki o konturni črti ali kateri koli drugi vzorčni nizi podatkov, ki uporabljajo GPS ali prizemno, niso digitalni model terena (DEM), vendar se lahko štejejo za digitalne modele terena. MMM opozarja, da je višina vedno na voljo na vsaki lokaciji raziskovalnega območja. Kakovost matrike je merilo, kako natančna je višina vsake piksle (absolutna natančnost) in kako natančno je predstavljena podrobnost (relativna natančnost). Pomembno vlogo pri kakovosti izdelkov, pridobljenih na podlagi matrike, igra več dejavnikov:

neenakost terena;

gostota vzorčenja;

metoda za zbiranje podatkov o višini;

ločljivost mreže ali velikost pikslov;

interpolacijski algoritem;

Vertikalna ločljivost;

algoritem za analizo območja.

Standardni 3D izdelki vključujejo kakovostne maske, ki zagotavljajo informacije o obali, jezeru, snežni odeji, oblaku in korelacijah.

Študija z uporabo GIS Global Mapper

Prvi korak je uporaba orodja za iskanje globalnih kartografov, da se ustvari točkovni objekt na zahtevanem naslovu - to je projekcija za to področje. Nato uporabite spletno orodje za podatkelahko se povežete s slikami visoke ločljivosti. Spletna stran GIS ima številne uporabne plasti, ki jih je mogoče dodati. Vektorski podatki se prenesejo v obliki datoteke z uporabo spletnega brskalnika v programu Global Mapper s preprosto vleko datotek. Tehnologija izdelave digitalnih modelov reliefa:

Prenesite arhiv DEM.zip. Velikost Zip arhiva je 25 MB.

Razpakirajte arhiv v imenik na trdem disku.

Odprite arhiv DEM.zip.

Ustvarite podimenik z imenom "DEM" v imeniku, kjer so shranjeni podatki.

Izvlecite vse datoteke iz arhiva ZIP v nov podimenik.

Končni rezultat bodo dva podimeniki, od katerih eden vsebuje 30-metrski DMP, drugi pa 10-metrski DMP.

Ti podatkovni nizi imajo prejšnjo obliko za distribucijo DEM USGS - višine v horizontalnih (slikovnih pik) enotah in reprezentativne za območje, ki je prekrito z listom topografske karte 1: 24,000.

Zažene program Global Mapper.

Odprite DEM, izberite Datoteka & gt; "Odpri datoteko", nato pa pojdite v imenik DEM_30m ali DEM_10m, tako da odprete datoteko bushkill_pa.dem.

Uporabite orodja Zoom in Pan, da povečate in pomaknete DEM.

Gumb Full View (domača ikona) posodobi prvotni celoten pogled na podatkovni niz.

Če si želite ogledati matriko višin s senčenjem hriba, poiščite gumb vklop /izklop senčenja hriba, v spodnjem levem kotu, kjer so sončni žarki.

Vključuje senčenje hribov.

Videz postavitve lahko spremenite tako, da izberete Orodja> & gt; "Konfigurirajte" tako, da spremenite nastavitve "VerticalParametri "in" Shader Settings ", izberite barvo iz vsakega gumba" Low Color "ali" High Color "na območju gradientnega shaderja.

Kliknite gumb "Uporabi".

Pojdite na zavihek "Vertikalni parametri" in poskusite z drsnikom "Vertikalno pretiravanje", kliknite "Uporabi".

Pojdite na orodje za prenos nacionalne kartice.

Zagotovite, da je v meniju nad zemljevidom izbran trenutni obseg. To določa območje na zemljevidu, za katerega želite poiskati podatke.

Razširite razdelek »Elevation Products (3DEP)« v levem meniju in izberite potrditveno polje poleg poljubnega niza podatkov, ki ga želite prenesti.

Kliknite gumb "Najdi izdelke" in s pomočjo povezav, prikazanih v rezultatih iskanja, prikažete območje vsakega nabora podatkov na zemljevidu in prenesite želeno DEM.

Ustvari se zip arhiv, ki ga je mogoče shraniti na trdi disk.

Zaženite program Global Mapper in pojdite v mapo, kjer je shranjen zip arhiv.

Dvokliknite ime datoteke. Podatki morajo biti prikazani - program jih lahko bere tudi v stisnjeni obliki.

Podoba podatkov DEM se mora pojaviti v oknu Global Mapper.

Če je DEM Bushkill še vedno viden, odprite Nadzorni center in počistite zastavo Bushkill DEM. Kliknite gumb »Celoten pogled«.

Če si želite ogledati podatke DEM iz Shadow Hill-a, v orodni vrstici v spodnjem levem kotu poiščite gumb Omogoči /onemogoči senčenje hriba.

Vključuje senčenje hribov.

Videz lahko spremenite z izbiro Orodja & gt;"Konfiguriraj" in spremenite nastavitve za "Navpični parametri" in "Parametri senčil".

V meniju Orodja & gt; si lahko ogledate metapodatke, povezane s podatki postavitve. "Center za upravljanje". Dimenzije PIXEL so določene v stopinjah, ne v metrih.

Programska oprema

Za obdelavo in interpolacijo merilnih točk so na voljo različni računalniški programi, vključno s programsko opremo, posebej prilagojeno proizvajalcem geodetske opreme (Zeiss, Leica, Wild, Sokkia, Trimble). V arheološki praksi se AutoCAD običajno uporablja za obdelavo in prepis realno-dimenzionalnih tridimenzionalnih merilnih podatkov. Za izdelavo konturnih linij in 3D modelov lahko kupite dodatne module ali napredne različice. Za načrtovanje 2.5 D površin se lahko uporabi kateri koli GIS program. Poleg tega je podatke iz geofizikalnih študij mogoče enostavno prebrati in oblikovati s pomočjo podatkov meritev terena. Načrte kontur lahko ustvarite v formatu DXF. Datoteke se izvozijo v AutoCAD. Osenčene ali barvne razporeditve terena se izvozijo v različne grafične formate (TIFF, JPEG, BMP) in integrirane v AutoCAD. Nastali modeli so navadno predstavljeni v rastrski obliki, v kateri je celici dodeljena vrednost višine, z določeno XY koordinato z dano dolžino strani. Načeloma so rastrske različice podobne slikam, le vrednost barve ostaja vrednost višine. Pretvorite bitmap digitalne modele reliefnega srtm iz ene oblike v drugo vProgrami GIS ponavadi niso problem, zato tukaj ni potreben poseben format, zlasti ker so pogosto že dokumentirani v prejšnjih specifikacijah. Glede na izbrani izvorni medij so izbrani različni načini prikazovanja površine terena. Datoteke AutoCAD (* .dwg) je pogosto težko izvoziti v druge vektorske programe, kot so corel draw ali Adobe Illustrator za nadaljnje urejanje. Za vključitev načrtov in risb za objavo lahko AutoCAD prikažete kot datoteke PDF, pretvorite v datoteke JPEG, razširite ali spremenite s programi za urejanje slik.

Področje uporabe metode

Natančne informacije o zemeljski površini so v mnogih znanostih temeljnega pomena. Topografija nadzoruje obseg procesov zemeljske skorje (izhlapevanje, pretok vode, gibanje mase, gozdni požari), ki so pomembni za izmenjavo energije med fizičnim sistemom podnebja v ozračju in biogeokemičnimi cikli. Ekologija preučuje razmerje med oblikami življenja in okoljem, tako zemljo, vodo, podnebjem in pokrajino. Hidrologija temelji na poznavanju obrisov zemlje za modeliranje gibanja vode, ledenikov in ledu. Geomorfologija opisuje relief, ki prepozna procese formacije. Klimatologija preučuje tokove temperature, vlage in zračnih delcev. Drugo področje uporabe DEM je globalna klasifikacija pokrovnosti tal. Natančno kartiranje in klasifikacija zemeljske površine v svetovnem merilu je najpomembnejši predpogoj za obsežno modeliranje geoloških procesov. V tekuŠtevilne študije so pokazale, da so radarske slike primerne za dokumentiranje in razvrščanje naravnih rastlinskih in kmetijskih površin. Pri daljinskem zaznavanju se matrični vzponi uporabljajo za popravljanje slik ali pridobivanje tematskih informacij o geometriji senzorja in lokalnem olajšanju. Za sinergistično uporabo različnih GIS senzorskih sistemov je uporaba digitalnih modelov terena predpogoj za kodiranje satelitskih posnetkov in korekcijo efektov terena.