مدل رقومی ارتفاع (DEM) چیست؟

 

لایه توپوگرافی از یک مدل ارتفاعی رقومی به وجود می آید.

txt تا dem تا csv ها دارای فایل هایی هستند که شامل نقاط (بردار) یا پیکسل (رستر) هستند که هر نقطه یا پیکسل دارای مقدار ارتفاع است. آنها در فرمت های مختلف فایل، از DEM 

هستندو شما می توانید بسیاری از اطلاعات دیگر – مانند خطوط یا مدل های سطح سه بعدی – را از آنها استخراج کنید.

چند اصطلاح وجود دارد که ممکن است با آنها مواجه شوید که تفاوت های ظریف اما کلیدی دارند:

  • DEMs : مدل‌های ارتفاعی دیجیتال نشان‌دهنده زمین یا “زمین برهنه” هستند (بدون درخت، ساختمان و غیره)
  • DSM : مدل‌های سطح دیجیتال سطح بازتابنده زمین را نشان می‌دهند (زمین برهنه به اضافه درختان، ساختمان‌ها)
  • DTMs : مدل‌های زمین دیجیتال یا مترادف با DEM هستند یا از شبکه‌ای از نقاط برداری به جای یک شطرنجی پیوسته تشکیل شده‌اند.

مدل رقومی ارتفاع ( DEM ) یک نمایش دیجیتالی از توپوگرافی سطح زمین یا زمین است . همچنین به طور گسترده به عنوان یک مدل زمین دیجیتال ( DTM ) شناخته می شود.

که این اصطلاح را می توان برای هر نمایشی از زمین به عنوان داده GIS استفاده کرد، به طور کلی به استفاده از شبکه رستری مقادیر ارتفاع محدود می شود. DEM ها معمولاً با استفاده از

تکنیک های سنجش از دور ساخته می شوند ، اما ممکن است از نقشه برداری زمین نیز ساخته شوند . DEM ها اغلب در سیستم های اطلاعات جغرافیایی استفاده می شوند و رایج ترین

پایه برای نقشه های امدادی تولید شده به صورت رقومی هستند.

سطح زمین را می توان به عنوان به خطر انداختن دو عنصر مختلف توصیف کرد. تصادفی و سیستماتیک عناصر تصادفی (تصادفی) سطوح پیوسته با تسکین پیوسته متغیر هستند. برای توصیف دقیق اشکال تصادفی زمین به تعداد بی پایانی از نقاط نیاز است، اما اینها را می توان در عمل با شبکه ای از نقاط توصیف کرد. معمولاً از شبکه ای استفاده می شود که مثلث های شیب دار یا ربع های منظم ایجاد می کند.

بخش سیستماتیک سطح زمین یا با ترک های تیز در زمین، مانند بالا یا پایین یک برش جاده، یا با نقاط مشخصه مانند فرورفتگی نقطه ای و ارتفاع نقطه مشخص می شود. بخش سیستماتیک به بهترین وجه با خطوط و نقاط منفرد معمولی نشان داده می شود. ویژگی های برجسته زمین را می توان به صورت شفاهی با استفاده از عبارات بسیاری مانند شیب صاف، صخره، زین و غیره توصیف کرد. هندسه، با این حال، تنها دارای سه عبارت است: نقطه، خط و مساحت. نمی توان زمین های متغیر پیوسته را تنها با استفاده از سه متغیر مجزا توصیف کرد، بنابراین همه توصیف ها لزوماً تقریبی از واقعیت هستند.

 

تولید

مدل رقومی ارتفاع ایالات متحده با استفاده از روش سایه زنی از داده های شیب به دست آمده است.

مدل های رقومی ارتفاع ممکن است به روش های مختلفی تهیه شوند، اما اغلب با سنجش از دور به جای بررسی مستقیم به دست می آیند . یکی از تکنیک‌های قدرتمند برای تولید مدل‌های ارتفاعی دیجیتال، رادار دیافراگم مصنوعی تداخل‌سنجی است: دو پاس از یک ماهواره راداری (مانند RADARSAT-1 )، یا یک پاس اگر ماهواره به دو آنتن مجهز باشد (مانند ابزار دقیق SRTM )، برای تولید کافی است. نقشه رقومی ارتفاع ده ها کیلومتر در یک طرف با وضوح حدود ده متر. روش دیگر، انواع دیگری از جفت‌های استریوسکوپی را می‌توان با استفاده از روش همبستگی تصویر دیجیتال استفاده کرد، که در آن دو تصویر نوری با زوایای مختلف از یک گذر هواپیما یا ماهواره‌ی رصد زمین (مانند ابزار HRS SPOT5 یا باند VNIR)  از (ASTER) گرفته می‌شوند.

در سال 1986، ماهواره SPOT 1 با استفاده از همبستگی استریوسکوپی دو گذر، اولین داده ارتفاع قابل استفاده برای بخش قابل توجهی از خشکی سیاره را ارائه کرد. بعداً، داده‌های بیشتری توسط ماهواره سنجش از دور اروپایی (ERS) با استفاده از همان روش، مأموریت توپوگرافی رادار شاتل با استفاده از SAR تک گذر و ابزار دقیق ASTER در ماهواره Terra با استفاده از جفت‌های استریو دو گذر ارائه شد.

روش‌های قدیمی‌تر تولید DEM‌ها اغلب شامل درون‌یابی نقشه‌های کانتور دیجیتال است که ممکن است با بررسی مستقیم سطح زمین تولید شده باشد. این روش هنوز در مناطق کوهستانی استفاده می شود، جایی که تداخل سنجی همیشه رضایت بخش نیست. توجه داشته باشید که داده‌های خط کانتور یا هر مجموعه داده ارتفاعی نمونه‌برداری شده (توسط GPS یا بررسی زمینی) DEM نیستند، اما ممکن است مدل‌های زمین دیجیتال در نظر گرفته شوند. یک DEM نشان می دهد که ارتفاع به طور مداوم در هر مکان در منطقه مورد مطالعه در دسترس است.

کیفیت DEM معیاری است از میزان دقیق ارتفاع در هر پیکسل (دقت مطلق) و میزان دقت مورفولوژی ارائه شده (دقت نسبی). عوامل متعددی در کیفیت محصولات مشتق شده از DEM نقش مهمی دارند:

  • ناهمواری زمین؛
  • تراکم نمونه برداری (روش جمع آوری داده های ارتفاعی)؛
  • وضوح شبکه یا اندازه پیکسل ؛
  • الگوریتم درون یابی ؛
  • وضوح عمودی؛
  • الگوریتم تجزیه و تحلیل زمین؛

به دست آوردن داده های رقومی ارتفاعی

روش های مختلفی برای جمع آوری داده های رقومی ارتفاع وجود دارد. در زیر لیستی از چند مورد از این روش ها آورده شده است:

نمونه ای از DEM ایجاد شده توسط داده های LiDAR.

  • استریو چند نما برای عکاسی هوایی اعمال می شود
  • تئودولیت یا توتال استیشن
  • GPS سینماتیک زمان واقعی
  • فتوگرامتری استریو
  • نقشه های توپوگرافی
  • LIDAR
  • بررسی های اینرسی
  • تنوع فوکوس
  • رادار داپلر

استفاده از مدل های دیجیتال ارتفاع

کاربردهای رایج DEM ها عبارتند از:

  • استخراج پارامترهای زمین
  • مدلسازی جریان آب یا حرکت توده ای (مثلاً بهمن و رانش زمین)
  • تصویر برجسته کارتوگرافی
  • ارائه تصاویر سه بعدی
  • برنامه ریزی پرواز سه بعدی
  • ایجاد مدل های فیزیکی (از جمله نقشه های برجسته )
  • تصحیح عکس های هوایی یا تصاویر ماهواره ای .
  • کاهش (اصلاح زمین) اندازه گیری های گرانش (گرانش سنجی، ژئودزی فیزیکی ).
  • تجزیه و تحلیل زمین در ژئومورفولوژی و جغرافیای فیزیکی
  • سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS)
  • مهندسی و طراحی زیرساخت
  • سیستم های موقعیت یاب جهانی ( GPS )
  • تحلیل خط دید
  • نقشه برداری پایه
  • شبیه سازی پرواز
  • کشاورزی و جنگلداری دقیق
  • تجزیه و تحلیل سطح
  • سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS)
  • ایمنی خودکار / سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS)

    تشخیص و تصحیح خطا

    مدل‌های رقومی ارتفاع منابع اصلی اطلاعاتی هستند که انواع دیگر مدل‌سازی تا حدی یا کاملاً به آن وابسته هستند. به همین دلیل، سودمندی و اعتبار مدل های مشتق شده به شدت با کیفیت مدل DEM اصلی مرتبط است. بنابراین مهم است که از نوع و بزرگی خطاهایی که در هنگام ساخت DEM ها وجود دارند آگاه باشیم. خطاها را می توان به دو دسته مختلف طبقه بندی کرد: خطاهای موقعیتی و خطاهای ویژگی. خطاهای موقعیتی دلالت بر موقعیت جغرافیایی ناقص ابعاد و مسیر خطوط آنها دارد، بنابراین بر وضعیت کلی در صفحه XY تأثیر می گذارد. خطاهای مشخصه تخصیص نادقیق مقادیر ارتفاع را در هر پیکسل مجزا فرض می کنند که موقعیت های معیوب را در محور Z ایجاد می کند. این دو نوع خطا به روشی کلی تر نامگذاری شده اند. نقشه کشی (خطاهای مکان یابی عناصر اساسی، نقاط، خطوط و چند ضلعی ها) و موضوعی (خطاهای موجود در ویژگی های ترسیم شده، مانند ارتفاعات، جمعیت ها یا سایر متغیرها). هر دو نوع خطا زمانی معرفی می شوند که DEM ها به صورت دستی یا خودکار ایجاد شوند. به همین دلیل، لازم است معیارهای خاصی برای تشخیص و اندازه گیری آنها و همچنین ارزیابی تأثیر آنها در مدل های مشتق شده (گسترش خطای اندازه گیری) در نظر گرفته شود. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. خطوط و چند ضلعی ها) و موضوعی (خطاها در ویژگی های ترسیم شده، مانند ارتفاعات، جمعیت ها یا سایر متغیرها). هر دو نوع خطا زمانی معرفی می شوند که DEM ها به صورت دستی یا خودکار ایجاد شوند. به همین دلیل، لازم است معیارهای خاصی برای تشخیص و اندازه گیری آنها و همچنین ارزیابی تأثیر آنها در مدل های مشتق شده (گسترش خطای اندازه گیری) در نظر گرفته شود. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. خطوط و چند ضلعی ها) و موضوعی (خطاها در ویژگی های ترسیم شده، مانند ارتفاعات، جمعیت ها یا سایر متغیرها). هر دو نوع خطا زمانی معرفی می شوند که DEM ها به صورت دستی یا خودکار ایجاد شوند. به همین دلیل، لازم است معیارهای خاصی برای تشخیص و اندازه گیری آنها و همچنین ارزیابی تأثیر آنها در مدل های مشتق شده (گسترش خطای اندازه گیری) در نظر گرفته شود. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های رستری دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. هر دو نوع خطا هنگام ایجاد DEM به صورت دستی یا خودکار معرفی می شوند. به همین دلیل، لازم است معیارهای خاصی برای تشخیص و اندازه گیری آنها و همچنین ارزیابی تأثیر آنها در مدل های مشتق شده (گسترش خطای اندازه گیری) در نظر گرفته شود. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. هر دو نوع خطا هنگام ایجاد DEM به صورت دستی یا خودکار معرفی می شوند. به همین دلیل، لازم است معیارهای خاصی برای تشخیص و اندازه گیری آنها و همچنین ارزیابی تأثیر آنها در مدل های مشتق شده (گسترش خطای اندازه گیری) در نظر گرفته شود. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند. خطاهای موقعیتی منحصراً بر مدل های برداری تأثیر می گذارد زیرا آنها به عنوان موجودیت های خاصی در نظر گرفته می شوند. خطاهای ویژگی ها را می توان در مدل های شطرنجی و برداری یافت، اما به ویژه در مدل های شطرنجی دست و پا گیر هستند زیرا مقادیر ارتفاع معمولاً با روش های درون یابی تخصیص داده می شوند که همچنین خطاهای ناشی از عوامل متعدد را به دنبال دارند.

    تفاوت بین DEM و DSM

مقایسه بین DEM و DSM

مدل رقومی ارتفاع – که گاهی اوقات مدل زمین دیجیتال(DTM) نیزنامیده می‌شود – عموماً به نمایشی از سطح زمین (یا زیر مجموعه‌ای از آن) اشاره دارد، به استثنای ویژگی‌هایی مانند پوشش گیاهی، ساختمان‌ها، پل‌ها و غیره. DEM اغلب بسیاری از مجموعه داده خام را شامل می شود که ممکن است از طریق تکنیک هایی مانند فتوگرامتری ، LiDAR ، IfSAR، نقشه برداری زمین و غیره به دست آمده باشد. از طرف دیگر یک مدل سطح دیجیتال (DSM) شامل ساختمان ها، پوشش گیاهی، و جاده ها و همچنین طبیعی است. ویژگی های زمین DEM یک مدل به اصطلاح زمین برهنه را ارائه می دهد که فاقد ویژگی های چشم انداز است. در حالی که یک DSM ممکن است برای مدل‌سازی منظر، مدل‌سازی شهر و کاربردهای تجسم مفید باشد، یک DEM اغلب برای مدل‌سازی سیل یا زهکشی ، مطالعات کاربری زمین، کاربردهای زمین‌شناسی و سایر عواملی که مستقیماً با سطح زمین سروکار دارند مورد نیاز است.

لایه های NED و DEM

در سال 2000 سازمان زمین شناسی ایالات متحده یک پایگاه داده ملی برای داده های ارتفاعی به نام پایگاه داده ملی ارتفاع یا NED ایجاد کرد که تا سال 2015 ادامه داشت. منبع اولیه اولیه ارتفاع برای NED داده های ارتفاعی 7.5 دقیقه بود. علاوه بر این، NED روش‌های پردازش کارآمدتری را توسعه داد که می‌توان از آن برای فیلتر کردن مصنوعات تولیدی و تبدیل داده‌ها به NAD83، تطبیق لبه‌ها و پر کردن قطعات کوچک داده‌های از دست رفته استفاده کرد.  پس از سال 2015 NED بدون درز از طریق برنامه 3DEP به لایه های DEM بدون درز تبدیل شد. برخی از محصولات دیگر برنامه های 3DEP عبارتند از DEM های 1 متری از داده های منبع LIDAR و DEM های 5 متری در آلاسکا.

منابع

داده‌های آزادانه DEM قابل دستیابی برای اکثر نقاط جهان در مقیاس‌های مختلف در دسترس است. از آنجایی که به راحتی قابل اشتراک گذاری است، برای اهداف مختلف مفید است و .ایجاد آن پرهزینه است، معمولاً توسط سازمان های دولتی تولید و در بین عموم توزیع می شود

در حالی که داده ها را می توان از بسیاری از دولت های ملی، استانی و محلی به دست آورد، سازمان زمین شناسی ایالات متحده یکی از منابع اولیه برای داده های زمینی ایالات متحده و  .جهانی است

یک DEM رایگان از کل دنیا به نام GTOPO30 ( رزولوشن 30 قوس ثانیه ای ، تقریباً 1 کیلومتر) موجود است، اما کیفیت آن متغیر و در برخی مناطق بسیار ضعیف است. یک DEM با کیفیت بسیار بالاتر از ابزار متر (ASTER) ماهواره Terra نیز به صورت رایگان برای 99٪ از کره زمین در دسترس است و نشان دهنده ارتفاع با وضوح 30 متر است. وضوح بالای مشابه قبلاً فقط برای قلمرو ایالات متحده تحت مأموریت توپوگرافی رادار شاتل در دسترس بودداده های (SRTM)، در حالی که بیشتر قسمت های دیگر سیاره تنها با وضوح 3 ثانیه قوس (حدود 90 متر) پوشش داده شده است. محدودیت مجموعه داده های GTOPO30 و SRTM این است که آنها فقط خشکی های قاره ای را پوشش می دهند، و SRTM مناطق قطبی را پوشش نمی دهد و دارای مناطق کوهستانی و بیابانی بدون داده (تهی) است. داده‌های SRTM که از رادار به دست می‌آیند، نشان‌دهنده ارتفاع اولین سطح بازتاب‌شده – اغلب بالای درختان است. بنابراین، داده ها لزوماً نمایانگر سطح زمین نیستند، بلکه بالای هر چیزی است که رادار برای اولین بار با آن مواجه می شود. داده های ارتفاع زیردریایی (معروف به عمق سنجی ) با استفاده از سونوگرافی های عمقی روی کشتی تولید می شود. مجموعه داده SRTM30Plus (استفاده شده در NASA World Wind) تلاش می کند تا GTOPO30، SRTM و داده های عمق سنجی را برای تولید یک مدل . ارتفاع واقعی جهانی ترکیب کند

معمول ترین شبکه (رستر) بین ۵۰ تا ۵۰۰ متر است. به عنوان مثال، در وزن سنجی، شبکه اولیه ممکن است ۵۰ متر باشد، اما در فواصل حدوداً ۵ یا ۱۰ کیلومتری به ۱۰۰ یا ۵۰۰ متر تغییر می .کند

های خود را تولید می کنند، بسیاری از آژانس های ملی نقشه برداری DEM اغلب با وضوح و کیفیت بالاتر، اما اغلب باید آنها را خریداری کرد، و هزینه آن معمولا برای همه به جز مقامات دولتی و شرکت های بزرگ گران است.

ایالات متحده

سازمان زمین شناسی ایالات متحده مجموعه داده های ارتفاعی ملی را تولید می کند، یک DEM یکپارچه برای ایالات متحده، هاوایی و پورتوریکو به هم پیوسته بر اساس نقشه برداری کاشی‌شده DEM (یک DEM برای هر نقشه توپوگرافی USGS ) شد. توپوگرافی 7.5 اینچی. از ابتدای سال 2006، این قالب جایگزین قالب قبلی

7. مدل رقومی ارتفاع (DEM)

به طور کلی، DEM هر گونه نمایش رستری از سطح زمین است. به طور خاص، سازمان زمین شناسی ایالات متحده یک DEM در سراسر کشور به نام مجموعه داده های ارتفاعی ملی (NED) تولید کرد که به طور سنتی منبع اولیه داده های ارتفاعی را ارائه می کرد. NED در یک محصول داده ارتفاعی جدیدتر در USGS به نام برنامه ارتفاع سه بعدی (3DEP) گنجانده شده است. در اینجا ما ویژگی های DEM های سنتی تولید شده توسط USGS را در نظر می گیریم. بعداً در این پست، منابع داده های جهانی زمین را در نظر خواهیم گرفت.

شناسایی

DEM های USGS شبکه های شطرنجی مقادیر ارتفاع هستند که در یک سری از نمایه های جنوبی-شمالی آرایه شده اند. مانند سایر داده های USGS، DEM ها در اصل در کاشی هایی تولید می شدند که مطابق با چهار گوش توپوگرافی هستند. مجموعه‌های مقیاس بزرگ (7.5 دقیقه و 15 دقیقه)، مقیاس متوسط ​​(30 دقیقه) و مقیاس کوچک (1 درجه) برای کل ایالات متحده تولید شدند. وضوح یک DEM تابعی از فاصله شرق به غرب است. پروفیل ها و فاصله جنوب به شمال نقاط ارتفاعی در هر پروفیل.

DEM های مربوط به چهارگوش های 7.5 دقیقه ای با وضوح 10 متر در دسترس هستند، اما نه همه، پوشش ایالات متحده در وضوح 30 متر کامل است. در این DEM های مقیاس بزرگ، پروفیل های ارتفاعی به موازات نصف النهار مرکزی منطقه UTM محلی تراز شده اند، همانطور که در شکل 7.8.1، در زیر نشان داده شده است. ببینید چگونه کاشی DEM در تصویر زیر کج شده است؟ این به این دلیل است که نقاط گوشه در مختصات جغرافیایی پیش بینی نشده ای تعریف شده اند که با نقاط گوشه یک چهارگوش USGS مطابقت دارد . هرچه چهار گوش از نصف النهار مرکزی ناحیه UTM دورتر باشد، بیشتر کج می شود.

تصویر شماتیک پروفیل های ارتفاعی در یک مدل ارتفاعی دیجیتال USGS

شکل 7.8.1 ترتیب پروفیل های ارتفاعی در یک مدل ارتفاعی دیجیتال USGS در مقیاس بزرگ.
منبع: USGS، 1987

همانطور که در شکل 7.8.2 نشان داده شده است، ترتیب پروفیل های ارتفاعی در DEM های متوسط ​​و کوچک مقیاس متفاوت است. مانند نصف النهارها در نیمکره شمالی، نیمرخ ها در DEM های 30 دقیقه ای و 1 درجه ای به سمت قطب شمال همگرا می شوند. به همین دلیل، وضوح DEM های متوسط ​​و کوچک (یعنی فاصله مقادیر ارتفاعی) متفاوت از DEM های مقیاس بزرگ بیان می شود. وضوح DEM های 30 دقیقه ای 2 ثانیه قوس و DEM های 1 درجه ای 3 ثانیه قوس گفته می شود . از آنجایی که یک ثانیه قوس 1/3600 درجه است، مقادیر ارتفاع در یک DEM 3 ثانیه قوس با فاصله 1/1200 درجه از هم قرار می‌گیرند که نشان‌دهنده سلول شبکه‌ای به عرض 66 متر “عرض” و 93 متر “ارتفاع” در عرض جغرافیایی 45 درجه است.

 

تصویر شماتیک پروفیل های ارتفاعی در یک مدل ارتفاعی دیجیتال USGS در مقیاس کوچک

 

شکل 7.8.2 ترتیب پروفیل های ارتفاعی در یک مدل ارتفاعی دیجیتال USGS در مقیاس کوچک.
منبع: USGS، 1987

روش ارجح برای تولید مقادیر ارتفاعی که پروفایل‌های DEM را پر می‌کنند، درون یابی از لایه‌های هیپوگرافی و هیدروگرافی DLG است (از جمله لایه هیدروگرافی، تحلیلگران را قادر می‌سازد تا دره‌ها را با عدم قطعیت کمتر نسبت به هیپوگرافی به تنهایی ترسیم کنند). برخی از DEM های قدیمی تر از خطوط ارتفاعی دیجیتالی شده از نقشه های کاغذی یا در طول پردازش فتوگرامتری تولید شدند، سپس برای فیلتر کردن خطاها صاف شدند. برخی دیگر به صورت فتوگرامتری از عکس های هوایی تهیه شده اند.

کیفیت داده

دقت عمودی DEM ها به صورت ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) نمونه ای با حداقل 28 نقطه ارتفاعی بیان می شود. دقت هدف برای DEM های در مقیاس بزرگ هفت متر است. 15 متر حداکثر خطای مجاز است.

اطلاعات مرجع فضایی

مانند DLG ها، USGS DEM ها ناهمگن هستند. آنها بر روی پروجکشن Universal Transverse Mercator استفاده شده در منطقه UTM محلی ریخته می شوند. برخی از DEM ها بر اساس داده آمریکای شمالی در سال 1983 هستند، برخی دیگر بر اساس NAD 27. ارتفاعات در برخی از DEM ها به NGVD 29 یا NAVD 88 اشاره می شود.

موجودیت ها و ویژگی ها

هر رکورد در یک DEM نمایه ای از نقاط ارتفاع است. سوابق شامل مختصات UTM نقطه شروع، تعداد نقاط ارتفاعی که در نمایه دنبال می شوند و مقادیر ارتفاعی که نمایه را تشکیل می دهند می باشد. به غیر از نقطه شروع، موقعیت سایر نقاط ارتفاعی نیازی به رمزگذاری ندارند، زیرا فاصله آنها تعریف شده است. (در ادامه این فصل، یک نمونه فایل USGS DEM را دانلود خواهید کرد. سعی کنید آن را در یک ویرایشگر متن باز کنید تا ببینید در مورد چه چیزی صحبت می کنم.)

توزیع

کاشی های DEM برای دانلود رایگان از طریق بسیاری از مراکز تهاتر ایالتی و منطقه ای در دسترس هستند. شما می توانید این منابع را با جستجو در اقلام جغرافیایی در سایت Data.Gov بیابید(لینک خارجی است)، قبلاً سایت جداگانه Geospatial One Stop.

به عنوان بخشی از ابتکار نقشه ملی خود، USGS مجموعه ای از محصولات داده ارتفاع را که از DEM های سنتی، لیدار و سایر منابع مشتق شده است، توسعه داده است. داده های NED در سه وضوح در دسترس هستند: 1 ثانیه قوس (تقریبا 30 متر)، 1/3 ثانیه قوس (تقریباً 10 متر) و 1/9 ثانیه قوس (تقریباً 3 متر). محدوده پوشش از کامل در 1 ثانیه قوس تا بسیار کم در 1/9 ثانیه قوس است. از سال 2020، محصولات داده ارتفاع USGS از طریق آن مدیریت می شود برنامه ارتفاع سه بعدی (3DEP) مدیریت می شوند.(لینک خارجی است). دومین مورد از دو فعالیت زیر شامل دانلود داده های 3DEP و مشاهده آن در Global Mapper است.

کاوش DEM با Global Mapper

بار دیگر نقشه برداری جهانی! این بار، ویژگی های یک USGS DEM را بررسی خواهید کرد. در دستورالعمل های زیر فرض می شود که شما قبلاً نرم افزار را روی رایانه خود نصب کرده اید. (اگر این کار را نکرده اید، به دستورالعمل های نصب که قبلا در فصل 6 ارائه شده است بازگردید). دستورالعمل به شما یادآوری می کند که چگونه یک DEM در Global Mapper باز کنید.

  1. ابتدا آرشیو داده DEM.zip را دانلود کنید(لینک خارجی است). آرشیو ZIP 2.5 مگابایت حجم دارد. اگر نمی توانید فایل را دانلود کنید، فوراً با من تماس بگیرید تا بتوانیم به شما در حل مشکل کمک کنیم.
  2. حالا آرشیو را از حالت فشرده خارج کنید و به دایرکتوری روی هارد دیسک خود تبدیل کنید.
    • آرشیو DEM.zip را باز کنید.
    • یک زیر شاخه به نام “DEM” در فهرستی که داده ها را در آن ذخیره می کنید ایجاد کنید.
    • تمام فایل های موجود در آرشیو ZIP را در زیر شاخه جدید خود استخراج کنید.

    نتیجه نهایی دو شاخه فرعی خواهد بود که یکی از آنها شامل یک DEM 30 متری و دیگری یک DEM 10 متری است. این مجموعه داده‌ها در قالب توزیع قبلی داده‌های USGS DEM هستند – داده‌های ارتفاع در واحدهای افقی (پیکسلی) متر و نماینده منطقه تحت پوشش یک صفحه نقشه توپو 1:24000. در Try This که بعد از این یکی می آید، خواهید دید که گزینه های قالب توزیع گسترش یافته است.

  3. Global Mapper را راه اندازی کنید.
  4. یک مدل ارتفاع دیجیتال را با انتخاب File > Open Data File(s)… باز کنید ، سپس به دایرکتوری DEM_30m یا DEM_10m بروید، سپس فایل bushkill_pa.dem را باز کنید.
  5. از ابزارهای Zoom و Pan برای بزرگنمایی و پیمایش در DEM استفاده کنید. دکمه نمای کامل (نماد خانه) نمای کامل اولیه مجموعه داده را تازه می کند.
  6. برای مشاهده داده‌های DEM با سایه‌زنی (خارج) تپه، دکمه Enable/Disable Hill Shading را پیدا کنید.
    سایه تپه را فعال کنید.
  7. همچنین می توانید ظاهر DEM را با انتخاب Tools > Configure و تغییر تنظیمات در Vertical Options و Shader Options تغییر دهید . این را امتحان کنید: در برگه گزینه های عمودی ، Gradient Shader را از لیست انتخاب انتخاب کنید. سپس، تب Shader Options را انتخاب کنید و از هر یک از دکمه های Low Color و High Color در ناحیه Gradient Shader یک رنگ را انتخاب کنید . دکمه Apply را بزنید. به تب گزینه های عمودی
    برگردید و با نوار لغزنده Vertical Exaggeration آزمایش کنید. Apply را بزنید .

داده های مجموعه داده های ملی ارتفاع (NED) خود را دانلود کنید

  1. به ابزار دانلود نقشه ملی بروید(لینک خارجی است).
  2. نقشه را برای بزرگنمایی در شهر خود یا سایر مناطق مورد علاقه خود حرکت دهید.
  3. تأیید کنید که «وسعت فعلی» در منوی بالای نقشه انتخاب شده است. این منطقه روی نقشه را مشخص می کند که می خواهید داده هایی برای آن پیدا کنید.
  4. بخش “Elevation Products (3DEP)” را در منوی سمت چپ باز کنید و کادر کنار هر مجموعه داده ای را که می خواهید دانلود کنید علامت بزنید. (در صورت وجود گزینه، تعیین کنید که مجموعه داده با فرمت ArcGrid بارگیری شود.)
  5. روی دکمه “یافتن محصولات” کلیک کنید و از پیوندهای ارائه شده در نتایج جستجو برای نشان دادن ردپای هر مجموعه داده بر روی نقشه و دانلود DEM مورد نظر خود استفاده کنید.
  6. یک آرشیو ZIP (zip.) ایجاد می شود که می توانید آن را در هارد دیسک خود ذخیره کنید (به عنوان مثال، “n45w100.zip”). به ذخیره فایل داده در رایانه خود ادامه دهید. بسته به سرعت دانلود اینترنت شما، فرآیند دانلود چند ثانیه طول خواهد کشید.

مجموعه داده را در Global Mapper مشاهده کنید

  1. Global Mapper را راه اندازی کنید و به جایی که بایگانی ZIP را ذخیره کرده اید بروید.
    روی نام فایل .zip دوبار کلیک کنید. داده ها باید نمایش داده شوند — نرم افزار می تواند داده ها را حتی در فرم فشرده .zip خود بخواند.
    تصویری از داده های DEM باید در پنجره Global Mapper ظاهر شود، مشابه آنچه در زیر نشان داده شده است (حتی اگر تصویر زیر مربوط به نسخه قدیمی Global Mapper است). اگر Bushkill DEM هنوز قابل مشاهده است، Control Center را باز کرده و علامت Bushkill DEM را بردارید. حالا روی دکمه Full View کلیک کنید (این تصویر یک خانه است) یا روی View > Full View کلیک کنید .
  2. برای مشاهده داده‌های DEM با سایه‌زنی (خارج) تپه، دکمه Enable/Disable Hill Shading را در نوار ابزار Shader پیدا کنید (در گوشه سمت چپ پایین، آفتاب‌زدگی دارد).
    سایه تپه را فعال کنید.
  3. می توانید ظاهر DEM را با انتخاب Tools > Configure و تغییر تنظیمات در Vertical Options و Shader Options تغییر دهید .
    این را امتحان کنید: در برگه گزینه های عمودی ، Gradient Shader را از لیست انتخاب انتخاب کنید. سپس تب Shader Options را انتخاب کنید و از هر یک از دکمه های Low Color و High Color در ناحیه Gradient Shader یک رنگ را انتخاب کنید . دکمه Apply را بزنید. به تب گزینه های عمودی
    برگردید و با نوار لغزنده Vertical Exaggeration آزمایش کنید. Apply را بزنید .
  4. دوباره، می‌توانید ابرداده‌های مرتبط با داده‌های DEM را از طریق منوی Tools > Control Center مشاهده کنید. به ابعاد PIXEL که در درجه قوس گزارش شده است، توجه داشته باشید ، برخلاف چیزی شبیه متر.

بخشی از مجموعه داده های ارتفاعی ملی در نرم افزار Global Mapper مشاهده شده است

شکل ۷.۸.۳

مدل رقومی ارتفاع

نقشه برداری ماهواره ای

یک تکنیک قدرتمند برای تولید مدل‌های ارتفاعی دیجیتال، رادار با دیافراگم مصنوعی تداخل‌سنجی است که در آن رادار دارای دو پاس از یک ماهواره (مانند Radarsat-1 یا TerraSAR-X یا Cosmo SkyMed) یا یک گذر است اگر ماهواره به دو آنتن مجهز باشد. مانند SRTM) ابزار دقیق)، داده های کافی را برای تولید یک نقشه رقومی ارتفاع ده ها کیلومتر در یک طرف با وضوح حدود ده متر جمع آوری می کند. [۱۵] انواع دیگر جفت‌های استریوسکوپی را می‌توان با استفاده از روش همبستگی تصویر دیجیتال استفاده کرد، که در آن دو تصویر نوری بر روی یک گذر از یک هواپیما یا یک ماهواره رصد زمین (مانند ابزار HRS SPOT5 یا باند VNIR ASTER) گرفته می‌شوند. 

ماهواره SPOT 1 (1986) با استفاده از همبستگی های استریوسکوپی دو گذری، اولین داده های قابل استفاده ارتفاع را برای بخش بزرگی از زمین سیاره ارائه کرد. بعداً، با استفاده از همین روش، توسط ماهواره سنجش از دور اروپایی (ERS، 1991)، SAR تک گذری توسط مأموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM، 2000) و رادیومتر گسیل و انعکاس حرارتی پیشرفته فضایی (ASTER، 2000) دو گذر تجهیزات در ماهواره Terra با استفاده از جفت‌های استریو نزدیک.

ابزار HRS در SPOT 5 بیش از 100 میلیون کیلومتر مربع جفت استریو را به دست آورده است.

نقشه برداری سیاره ای

مدل ارتفاع رقومی MOLA که دو نیمکره مریخ را نشان می دهد. این عکس در ماه می 1999 روی جلد مجله Science ظاهر شد.

ابزاری که ارزش فزاینده ای در علوم سیاره ای دارد، استفاده از ارتفاع سنجی مداری است که برای تهیه نقشه های دیجیتالی ارتفاع سیارات استفاده می شود. ابزار اصلی برای این کار ارتفاع سنجی لیزری است اما از ارتفاع سنجی راداری نیز استفاده می شود.  نقشه‌های سیاره‌ای با استفاده از ارتفاع‌سنجی لیزری دیجیتالی ارتفاع‌سنجی شامل نقشه‌برداری ارتفاع‌سنج لیزری مدارگرد مریخ (MOLA) از مریخ،  ارتفاع‌سنج لیزری مداری ماه (LOLA)  و نقشه‌برداری ارتفاع سنج ماه (LALT) از ماه، و ارتفاع‌سنج لیزری عطارد. (MLA) نقشه برداری از عطارد. در نقشه برداری سیاره ای، هر جسم سیاره ای سطح مرجع خاصی دارد.

روش های بدست آوردن داده های ارتفاع مورد استفاده برای ساخت DEM

خودروی بدون سرنشین Getwing X100

  • لیدار
  • رادار
  • فتوگرامتری استریو از Aerial Survey
  • ترکیب بندی از حرکت / استریو چند نمای به کار رفته در عکاسی هوایی
  • مسدود کردن تنظیمات از تصاویر ماهواره ای نوری
  • تداخل سنجی از داده های رادار
  • GPS سینماتیک زمان واقعی
  • نقشه توپوگرافی
  • تئودولیت یا ایستگاه توتال
  • رادار داپلر
  • تنوع تمرکز
  • بررسی اینرسی
  • نقشه برداری و نقشه برداری هواپیماهای بدون سرنشین
  • تصویربرداری محدوده

دقت

کیفیت DEM معیاری است از میزان دقت ارتفاع در هر پیکسل (دقت مطلق) و میزان دقت مورفولوژی ارائه شده (دقت نسبی). عوامل متعددی در کیفیت محصولات مشتق شده از DEM نقش مهمی دارند:

  • ناهمواری زمین؛
  • تراکم نمونه (روش جمع آوری داده های ارتفاعی)؛
  • وضوح شبکه یا اندازه پیکسل؛
  • الگوریتم درون یابی؛
  • وضوح عمودی؛
  • الگوریتم تجزیه و تحلیل زمین؛
  • محصولات مرجع سه بعدی شامل ماسک های باکیفیتی هستند که جزئیات خط ساحلی، دریاچه، برف، ابرها، همبستگی ها و موارد دیگر را ارائه می دهند.

مدل رقومی ارتفاع – آمفی تئاتر رد راکس، کلرادو با استفاده از یک پهپاد به دست آمد

مدل سطح رقومی سه بعدی فضای هوایی Bezmiechowa که با استفاده از پهپاد Pteryx در ارتفاع 200 متری بالای تپه پرواز می کند به دست آمده است.

مدل سطح رقومی محل ساخت و ساز تبادل بزرگراه. توجه داشته باشید که تونل ها بسته هستند.

مثالی که با Getwing X100 در DEM essendi انجام شد

ژنراتور مدل دیجیتال زمین + بافت (نقشه) + وکتور

کاربردهای رایج DEM ها عبارتند از:

  • استخراج پارامترهای زمین برای ژئومورفولوژی
  • مدل‌سازی جریان آب برای هیدرولوژی یا حرکت توده‌ای (مانند بهمن و رانش زمین)
  • مدل‌سازی رطوبت خاک با شاخص نقشه‌برداری عمق به آب (شاخص DTW) [۲۲]
  • تهیه نقشه های امدادی
  • رندر تصویرسازی سه بعدی.
  • برنامه ریزی سه بعدی پرواز و ترکام
  • ساخت مدل های فیزیکی (از جمله نقشه های برجسته برجسته)
  • عکسبرداری هوایی یا تصحیح تصاویر ماهواره ای
  • کاهش اندازه گیری گرانش (بهبود زمین) (گرانش، ژئودزی فیزیکی)
  • تجزیه و تحلیل زمین در ژئومورفولوژی و جغرافیای فیزیکی
  • سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
  • مهندسی و طراحی زیرساخت
  • ناوبری ماهواره ای (به عنوان مثال GPS و GLONASS)
  • تحلیل خط دید
  • نقشه برداری پایه
  • شبیه سازی پرواز
  • شبیه سازی قطار
  • کشاورزی و جنگلداری دقیق
  • تجزیه و تحلیل سطح
  • سیستم حمل و نقل هوشمند (ITS)
  • امنیت خودکار / سیستم کمک راننده پیشرفته (ADAS)
  • باستان شناسی

منابع جهانی

یک DEM رایگان از کل دنیا به نام GTOPO30 (رزولوشن 30 ثانیه قوسی، حدود 1 کیلومتر در امتداد خط استوا) موجود است، اما کیفیت آن متغیر و در برخی مناطق بسیار ضعیف است. یک DEM با کیفیت بالا از دستگاه پرتو سنج تابش و انعکاس حرارتی پیشرفته فضابرد ماهواره Terra (ASTER) نیز به صورت رایگان در 99٪ از جهان در دسترس است و ارتفاع را با وضوح 30 متر نشان می دهد. وضوح بالا مشابهی قبلا فقط برای منطقه ایالات متحده تحت داده های ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) در دسترس بود، در حالی که بیشتر سیاره تنها با وضوح 3 ثانیه قوس (حدود 90 متر در امتداد استوا) پوشیده شده بود. ، SRTM مناطق قطبی را پوشش نمی دهد و هیچ داده (صفر) مناطق کوه ها و بیابان ها را ندارد. داده های SRTM که از رادار دریافت می شود، نشان دهنده ارتفاع اولین سطح بازتاب شده – اغلب بالای درخت است. بنابراین، داده ها لزوماً نمایانگر سطح زمین نیستند، بلکه بالاتر از هر چیزی هستند که رادار برای اولین بار با آن مواجه می شود.

داده های ارتفاع زیردریایی (معروف به عمق سنجی) با استفاده از صداگذاری عمقی روی کشتی تولید می شود. هنگامی که توپوگرافی زمین و عمق سنجی ترکیب می شوند، یک مدل امداد واقعا جهانی به دست می آید. مجموعه داده SRTM30Plus (که در NASA World Wind استفاده می شود) تلاش می کند تا GTOPO30، SRTM و داده های عمق سنجی را برای ایجاد یک مدل ارتفاع واقعی جهانی ترکیب کند. [۲۵] توپوگرافی و مدل‌های برجسته جهانی زمین ۲۰۱۴ [۲۶]یک شبکه توپوگرافی لایه ای را با وضوح 1 دقیقه قوس ارائه می دهد. علاوه بر SRTM30plus، Earth2014 اطلاعاتی در مورد ارتفاع و پایه صفحه یخی بر فراز قطب جنوب و گرینلند (یعنی توپوگرافی زیر یخ) ارائه می دهد. مدل جهانی دیگر، داده های ارتفاعی زمین با وضوح چندگانه جهانی 2010 (GMTED2010) با وضوح 7.5 قوس ثانیه است. این بر اساس داده های SRTM است و داده های دیگر خارج از پوشش SRTM را ترکیب می کند. ماموریت ماهواره ای Tandem-X که در ژوئیه 2010 آغاز شد، انتظار می رود یک DEM جهانی جدید کمتر از 12 متر پست و دقت ارتفاع کمتر از 2 متر تولید کند.

رایج ترین فاصله شبکه (رستر) بین ۵۰ تا ۵۰۰ متر است. به عنوان مثال، در گرانی سنجی، شبکه اولیه ممکن است ۵۰ متر باشد، اما در فاصله ۵ یا ۱۰ کیلومتری، به ۱۰۰ یا ۵۰۰ متر تغییر می کند.

از سال 2002، تجهیزات HRS در SPOT 5 بیش از 100 میلیون کیلومتر مربع جفت استریو را به دست آورده است که می توان از آنها برای تولید فرمت DTED2 DEM (با ارسال 30 متری) برای تولید فرمت DEM DTED2 بیش از 50 میلیون کیلومتر مربع ماهواره رادار Radarsat-2 توسط Macdonald، Dettwiler & Associates Ltd. برای ارائه DEM برای مشتریان تجاری و نظامی استفاده شده است. 

در سال 2014، خریدها از ماهواره های راداری TerraSAR-X و TanDEM-X به عنوان پوشش جهانی یکنواخت با وضوح 12 متر در دسترس خواهند بود.

ALOS از سال 2016 یک DSM دوم 1 قوس جهانی را به صورت رایگان و یک DSM/DTM تجاری 5 متری ارائه می دهد.

محلی

بسیاری از آژانس های ملی نقشه برداری DEM های خود را تولید می کنند که اغلب وضوح و کیفیت بالایی دارند، اما اغلب باید خریداری شوند و هزینه آن معمولا برای همه به جز مقامات دولتی و شرکت های بزرگ گران است. DEM ها اغلب محصول برنامه مجموعه داده ملی لیدار هستند.

DEM های رایگان برای مریخ نیز در دسترس هستند: MEGDR یا رکورد داده های شبکه بندی شده آزمایشی ماموریت از ابزار ارتفاع سنج لیزری مدارگرد مریخ (MOLA) Mars Global Surveyor. و مدل زمین دیجیتال مریخ (DTM) ناسا. [

وب سایت ها

توپوگرافی باز یک منبع جامعه مبتنی بر وب برای دسترسی به داده‌های توپوگرافی (داده‌های lidar و DEM) با وضوح بالا، مبتنی بر علم زمین، و منابع آموزشی و همچنین کالاها و سیستم‌های محاسباتی با کارایی بالا در حال پردازش است. ابزار هستند.  توپوگرافی باز در مرکز ابر رایانه سن دیگو در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو مستقر است و با همکاری همکاران در دانشکده زمین و اکتشاف فضا در دانشگاه ایالتی آریزونا و UNAVCO عمل می‌کند.  پشتیبانی عملیاتی اصلی برای توپوگرافی باز از بنیاد ملی علوم، بخش علوم زمین می‌آید.

OpenDemSearcher یک MapClient با تجسم مناطق با وضوح متوسط ​​و بالا است که به صورت رایگان در دسترس است.

مدل سه بعدی STL از ماه با ارتفاع 10× با داده های ارتفاع سنج لیزری مدارگرد ماه مدارگرد شناسایی ماه ارائه شده است.

ایالات متحده آمریکا

تولید مجموعه داده های ارتفاعی ملی سازمان زمین شناسی ایالات متحده، یک DEM بدون درز برای ایالات متحده، هاوایی و پورتوریکو بر اساس نقشه برداری توپوگرافی 7.5 اینچی. از اوایل سال 2006، این قالب جایگزین قالب قبلی کاشی DEM (یک DEM برای هر نقشه توپوگرافی USGS) شد.

توپوگرافی باز یک منبع دسترسی جامعه مستقر در ایالات متحده از مقدار زیادی داده توپوگرافی با وضوح بالا برای ایالات متحده است.

  • شیب و جنبه زمین (شیب فضایی زمین)
  • مدل رخنمون دیجیتال
  • مدل امداد جهانی
  • مدل زمین فیزیکی
  • نقشه برداری زمین
  • رندر زمین

فرمت فایل DEM

  • شبکه منتسب به عمق سنجی (BAG)
  • DTED
  • پایگاه داده DIMAP Sentinel 1 ESA
  • SDTS DEM
  • USGS DEM

مقدماتی و پیشرفته/ همراه با داده های تمرینی و نرم افزار Arc gis 10.8  برگرفته از کتاب آموزش جامع و عملی

مترجمان :سعید جوی زاده -ونوس نصیرفام -انتشارات آکادمیک

آموزش کاربردی arcgis 10.8

 

کتاب آموزش کاربردی Arcgis 10.8

انتشارات آکادمیک

تلفن تماس سفارش کتاب:  ۰۹۳۸۲۲۵۲۷۷۴

وبسایت آموزشی:  www.gisland.org

بچه ها از لینک زیر می توانید شیپ فایل را دانلود کنید و اگر سوالی داشتید با ما در تماس باشید:

دانلود از لینک زیر:

DEM_zanjan

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.