اعتبار ارتفاعات منبع باز برای مقیاس های مختلف نقشه توپوگرافی و کاربردهای ژئوماتیک

 

این مقاله تجزیه و تحلیلی از چهار مدل منبع باز جهانی ارتفاع دیجیتال (GDEMs) ارائه می‌کند و آنها را بر روی دو نمایه توپوگرافی (مناطق تقریباً مسطح و تپه‌ها) برای نقشه‌برداری و کاربردهای ژئوماتیک مقایسه می‌کند. هدف اصلی بررسی این موضوع است که آیا ارتفاعات، فواصل خطوط، شیب‌ها و نمایه‌های توپوگرافی مبتنی بر GDEM برای همه مقیاس‌های نقشه نقشه‌برداری توپوگرافی معتبر هستند یا خیر، که یک مسئله اصلی در فعالیت‌های نقشه‌برداری را تشکیل می‌دهد. دو مطالعه موردی، دلتای نیل در مصر و شهر مکه در عربستان سعودی، برای نمایش الگوهای توپوگرافی مسطح و متوسط ​​مورد استفاده قرار گرفته‌اند. GDEM های مورد بررسی شامل جدیدترین مدل های منتشر شده است: ASTER v.3، ACE 2، SRTMGL1 v.3، و NASADEM_HGT v.1 منتشر شده در سال های 2019 و 2020 با وضوح مکانی 1 و 3 ثانیه قوس. نقاط کنترل زمینی دقیق موجود (GCP) شامل 540 ایستگاه در دلتای نیل و 175 ایستگاه در مکه است. بر اساس مجموعه داده های موجود در دو منطقه مورد مطالعه، مشخص شده است که دقت GDEM های بررسی شده در نقاط بازرسی شناخته شده از 2.5 ± و 5.1 ± متر در منطقه دلتای نیل متغیر است، در حالی که بین 5.1 ± و 8.0 ± متر در مکه متغیر است. حوزه. این نشان می دهد که استفاده از GDEM ها در نقشه برداری توپوگرافی به طور قابل توجهی بین مناطق فضایی مسطح و تپه ای متفاوت است. بنابراین، توصیه می شود از GDEM ها برای تهیه نقشه های توپوگرافی با مقیاس 1:25000 یا بزرگتر در مناطق هموار و مقیاس نقشه 1:50000 یا بزرگتر در مناطق تپه ای خودداری شود. علاوه بر این، نتایج به دست آمده نشان داد که تمام شیب های مبتنی بر GDEM با شیب های واقعی از GCP شناخته شده در طول مقطع تا 30 کیلومتر مطابقت ندارند. بدین ترتیب،

کلید واژه ها

نقشه های توپوگرافی ، GDEM ها ، ارتفاعات ، مقیاس های نقشه ، فاصله کانتور

1. مقدمه

نقشه های توپوگرافی یک نوع اصلی از نقشه ها را نشان می دهد که در کاربردهای ژئوماتیک متعددی مانند پروژه های مهندسی، مدل سازی هیدرولوژیکی، ارزیابی خطر بلایا، تجزیه و تحلیل ژئومورفولوژیکی و هیدروژئولوژیکی و کاربردهای زیست محیطی مورد استفاده قرار می گیرد. خطوط کانتور یک قطعه اطلاعات حیاتی را نشان می دهد که بر روی نقشه های توپوگرافی چاپی و دیجیتالی ظاهر می شود. آنها نشان دهنده تغییرات توپوگرافی زمین و تخمین ارتفاع نقاط تصادفی مورد نیاز هستند. امروزه رایج ترین شکل ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل مجموعه داده های ارتفاع، قالب دیجیتال مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) است. مشخص است که ارتفاعات مورد استفاده برای تولید خطوط کانتور را می توان از طیف گسترده ای از منابع از جمله نقشه برداری زمینی، داده های سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی (GNSS)، عکس های هوایی، تصاویر ماهواره ای و GDEM به دست آورد. به عبارتی دیگر، سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) مدیریت، پردازش و تجزیه و تحلیل DEM ها را قادر می سازد تا اشکال زیادی از نقشه برداری توپوگرافی زمین از جمله ایجاد خطوط کانتور برای طیف گسترده ای از کاربردها را تولید کند. برخی از این کاربردها شامل تهیه نقشه های خطر سیل [1 ، نقشه برداری خطوط ساختاری زمین شناسی [ 2 ]، تجزیه و تحلیل چشم انداز رودخانه ها در مناطق کوهستانی [ 3 ]، نظارت بر اثرات افزایش سطح دریا [ 4 ]، تولید نقشه های توپوگرافی [ 5 ] و مدل سازی ژئوئیدی [ 6 ].

در بسیاری از کشورهای در حال توسعه، مدل‌های دقیق ملی DEM ممکن است وجود داشته باشد اما برای استفاده عمومی منتشر نشده باشد. بنابراین، محققان معمولاً از GDEM های رایگان منبع باز موجود استفاده می کنند. در چند دهه گذشته، بسیاری از مدل‌های GDEM، با پوشش‌های متغیر و تفکیک‌پذیری‌های فضایی، تولید شده‌اند و به‌طور رایگان از طریق وب‌سایت‌ها در دسترس قرار گرفته‌اند. نمونه هایی از این GDEM ها عبارتند از: ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM)، رادیومتر گسیل و انعکاس حرارتی پیشرفته فضایی (ASTER)، EarthEnv-DEM90، داده های ارتفاعی زمین با وضوح چندگانه جهانی 2010 (GMTED2010، زمین جهانی یک کیلومتر ارتفاع پایه). (GLOBE)، جهانی 30 قوس ثانیه ای (GTOPO30) و ماهواره رصد زمین پیشرفته (ALOS) مبتنی بر World 3D – 30 m (AW3D30).

دقت GDEM های منبع باز نقش حیاتی در استفاده از آنها برای نقشه برداری و مطالعات زیست محیطی دارد. بنابراین، بسیاری از مطالعات تحقیقاتی بر تخمین دقت و صحت GDEM متمرکز شده‌اند. برای مثال داود و الغامدی [ 7 ] قابلیت اطمینان هشت مدل GDEM را برای کاربردهای ژئوماتیک در مصر و عربستان سعودی بررسی کرده اند. نتایج نشان داد که دقت آنها از نظر انحراف معیار نسبت به ایست های بازرسی، بین 9/1± و 6/6± متر است. نتایج مشابهی در مناطق دیگر مانند ایالات متحده آمریکا [ 8 ]، هند [ 9 ] و چین [ 10 ] گزارش شده است.

به جای نقشه های توپوگرافی چاپی یا دیجیتالی، چندین برنامه ژئوماتیک، به ویژه با استفاده از GIS، بر نمایش دیجیتال توپوگرافی تکیه دارند. چنین فعالیت هایی بسته به اهداف آن و وسعت فضایی منطقه مورد مطالعه نیاز به سطح مشخصی از دقت ارتفاع دارند. استفاده از GDEM ممکن است برای کاربردهای ژئوماتیک با دقت بالا مناسب نباشد. یک مثال معمولی از چنین وضعیتی، ارزیابی تاثیر افزایش سطح دریا (SLR) در مناطق کوچک یا متوسط ​​است. مشخص است که میانگین SRL پیش‌بینی‌شده در سطح جهانی در سال‌های 2081-2100 بین 0.40 و 0.63 متر نسبت به سطح 1986-2005 تخمین زده می‌شود [ 11 ]. پایش و برآورد اثرات خطر چنین افزایش سطح کوچکی نیاز به نمایش زمین با دقت بالا دارد. عبدالعزیز و همکاران [12 ] قابلیت اطمینان چند GDEM را در ترسیم مناطق غرق شده به دلیل افزایش سطح دریا بر روی منطقه دلتای نیل بررسی کرده اند. مشخص شده است که قابلیت اطمینان سه مدل جهانی بررسی شده، در مقایسه با یک DEM محلی با دقت بالا، کمتر از 20٪ است. نتایج مشابهی توسط محققان دیگر در مناطق دیگر گزارش شده است [ 13 ]. مثال دیگر استفاده از GDEM های کم دقت در کاربردهای مهندسی است. ژانگ و چو [ 14] تاکید کرد که تعیین کمیت دقیق ذخیره‌سازی فرورفتگی سطح به طور قابل‌توجهی به ویژگی‌های توپوگرافی مبتنی بر DEM، عمدتاً دقت عمودی و وضوح فضایی بستگی دارد. از سوی دیگر، برخی از برنامه های ژئوماتیک وجود دارد که می توان با استفاده از دقت چند متری GDEM ها انجام داد. شناسایی، برنامه‌ریزی پروژه برای مناطق فضایی متوسط ​​یا بزرگ، مدل‌سازی هیدرولوژیکی، تخمین رواناب سطحی و مدل‌سازی ژئوئید می‌توانند نمونه‌هایی از این فعالیت‌ها باشند.

هدف مطالعه حاضر بررسی صحت مطلق و اعتبار داده های ارتفاعی از منابع مختلف برای تولید کانتور در چندین مقیاس نقشه توپوگرافی است. علاوه بر این، دو عامل توپوگرافی نسبی دیگر، یعنی شیب و مقطع، که به طور گسترده در کاربردهای ژئوماتیک متعددی به کار می‌روند را بررسی می‌کند. این شامل یک نگرانی حیاتی در نقشه برداری توپوگرافی برای بررسی اینکه آیا خطوط و نمایه های توپوگرافی مبتنی بر GDEM می توانند برای همه مقیاس های نقشه و کاربردهای ژئوماتیک مورد استفاده قرار گیرند یا خیر است. با توجه به نگرانی نویسندگان، این ممکن است اولین مطالعه تحقیقاتی، حداقل در مصر، باشد که به چنین موضوع مهمی پرداخته است.

2. استانداردها و مشخصات نقشه های توپوگرافی

استانداردها و مشخصات در سرتاسر جهان برای ویژگی‌های خطوط کانتور از جمله دقت داده‌های جمع‌آوری‌شده و روش‌های نمایش چنین خطوط مهمی ایجاد شده‌اند. فواصل کانتوری که روی نقشه نشان داده می شود با مقیاس نقشه مورد نیاز متفاوت است. اصطلاح فاصله کانتور نشان دهنده فاصله عمودی یا اختلاف ارتفاع بین دو خط کانتور متوالی است. مقیاس یک نقشه نسبت بین طول یک خط روی نقشه و طول واقعی آن روی زمین است. به طور سنتی نقشه های توپوگرافی در مقیاس های متوسط ​​نقشه مانند 1:5000، 1:10000، 1:25000 و 1:50000 ترسیم می شوند. به طور کلی، انتخاب فاصله کانتور مناسب برای یک نقشه خاص به عوامل مختلفی از جمله مقیاس نقشه، وسعت منطقه مورد بررسی، ماهیت توپوگرافی بستگی دارد.15 ]. یک قانون سرانگشتی این است که فاصله کانتور مناسب روی یک نقشه ممکن است سه برابر ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) داده‌های ارتفاع ورودی استفاده‌شده تخمین زده شود [ 16 ]. دقت عمودی با RMSE مجموعه داده های ارتفاع استفاده شده به صورت زیر نشان داده می شود:

RMSE =∑1n(پمن–Oمن2)n——–√RMSE=∑1n(Pi−Oi2)n(1)

که در آن P _i و O _i به ترتیب ارتفاع پیش بینی و مشاهده شده نقطه i هستند و n تعداد کل نقاط است.

نمونه هایی از استانداردها و مشخصات نقشه های توپوگرافی، به ویژه برای ویژگی های خطوط کانتور، در اینجا خلاصه می شود. مشخصات نقشه استرالیا بیان می کند که حداقل دقت ارتفاع مجموعه داده ها برای تولید خطوط کانتور 5، 10، 25 متر برای مقیاس های نقشه 1:25000، 1:100000 و 1:250000 است [ 17 ]. در بوروندی، فواصل کانتور برای نقشه های توپوگرافی 1:5000 و 1:25000 به ترتیب برابر با 5 و 10 متر است و دقت عمودی این خطوط کانتور به ترتیب کمتر از 2.5 و 5.0 متر است [ 18 ]. علاوه بر این، فواصل کانتور پیشنهادی در هند برای نقشه‌های 1:5000، 1:10000 1:25000 و 1:50000 به ترتیب برابر با 1.25، 5.0، 8.0 و 15 متر است [ 19 ]]. همچنین، سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) بیان می کند که استاندارد دقت عمودی ایجاب می کند که ارتفاع 90 درصد از تمام نقاط ارتفاع مورد استفاده باید در نیمی از فاصله کانتور درست باشد [ 20 ]. بعلاوه، مشخصات نقشه ایالت قطر فواصل کانتوری مناسب 2 متر، 5 متر و 10 متر را برای مقیاس های نقشه 1:5000، 1:10000 و 1:200000 تعریف کرده است. علاوه بر این، RMS ارتفاع مورد استفاده در نقشه برداری توپوگرافی یک سوم فاصله کانتور مورد نیاز است [ 21 ].

در سطح ملی، سازمان بررسی مصر (ESA) در سال 2020 مشخصات به روز شده نقشه های توپوگرافی را منتشر کرده است [ 22 ]. برای خطوط کانتور نقشه های توپوگرافی، استانداردهای مصر بیان می کنند که RMSE مجموعه داده های مورد استفاده برای تولید خطوط کانتور باید کمتر از یک سوم فاصله کانتور باشد. فواصل کانتور استفاده شده برای مقیاس های نقشه 1:10000، 1:25000، 1:50000، 1:100000 و 1:250000 به ترتیب 2، 5، 10، 20، 50 متر است. اگر خطوط کانتور در مقیاس های نقشه 1:5000 و 1:2500 نمایش داده نمی شوند، ارتفاع نقطه باید در هر 100 و 50 متر به صورت افقی با سطوح دقت عمودی به ترتیب برابر با 0.75 و 0.40 متر ترسیم شود. برای نتیجه گیری این موضوع جدول 1نمونه‌های معمولی از فاصله کانتور و دقت عمودی مورد استفاده در تولید نقشه‌های توپوگرافی با چندین مقیاس نقشه در سراسر جهان را ارائه می‌دهد.

برجستگی، شیب و مقاطع، عوامل مهمی را در توصیف توپوگرافی یک منطقه فضایی تشکیل می دهند [ 23 ]. نقش برجسته، R ، اختلاف ارتفاع بین حداکثر ( H _max ) و حداقل ( Hmin ) _{ارتفاعات} منطقه است. شیب بین دو نقطه اختلاف ارتفاع آنها تقسیم بر فاصله افقی بین آنها است. شیب را می توان بر حسب واحد درجه یا درصد ارزیابی کرد (معادله (3)):

R =اچحداکثر–اچدقیقهR=Hmax−Hmin(2)

اس=Δ HD× 100S=ΔHD×100(3)

علاوه بر این، یک عامل جدید به نام اعتبار شیب ( SV ) در اینجا برای مقایسه عملکرد شیب‌های تخمینی مبتنی بر GDEM در مقایسه با شیب‌های دقیق پیشنهاد شده‌است. این به عنوان درصد شیب، بین دو نقطه، از هر دو GDEM و ارتفاعات دقیق شناخته شده در آن ایست های بازرسی محاسبه می شود، به عنوان:

اسVGDEM=اسGDEMاسشناخته شده× 100SVGDEM=SGDEMSknown×100(4)

با توجه به توپوگرافی زمین، می توان آن را با توجه به عوامل متعددی مانند شیب به طبقات تقسیم کرد. جدول 2 نمونه ای از دسته بندی های توپوگرافی مبتنی بر شیب [ 24 ] [ 25 ] را ارائه می دهد.

3. روش شناسی و داده های موجود

مدل‌های GDEM مورد استفاده در اینجا، شامل مدل‌های NASADEM_HGT نسخه 1، SRTMGL1 نسخه 3، ASTER نسخه 3، و مدل‌های ACE2 است. آنها جدیدترین مدلهای DEM جهانی را در زمان انجام این تحقیق تشکیل می دهند. جدول 3 ویژگی های آن DEM های جهانی انتخاب شده را خلاصه می کند، از جمله:

1) SRTM: ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) یک DEM جهانی است که دارای دو نسخه است: SRTM1 با وضوح مکانی 1 ثانیه قوس یعنی تقریباً 30 متر و مدل SRTM3 با وضوح 3 قوس ثانیه. SRTMGL1 نسخه 3 [ 26 ] در اینجا مورد استفاده قرار گرفته است. (برای مثال از https://earthexplorer.usgs.gov/ دانلود کنید).

2) ACE2: ارتفاع سنج تصحیح شده، نسخه 2 یک مدل ارتفاع دیجیتال جهانی است که با ادغام مجموعه داده های SRTM با ارتفاع سنجی رادار ماهواره ای در منطقه محدود شده توسط 60 درجه شمالی و 60 درجه جنوبی ایجاد شده است. ACE2 با وضوح 3، 9 و 30 ثانیه قوس و 5 دقیقه قوس [ 27 ] توسعه یافت. ACE2 3 اینچی، مورد استفاده در اینجا (دانلود شده از https://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/dedc-ace-v2).

3) ASTER: رادیومتر گسیل و انعکاس حرارتی پیشرفته فضایی (ASTER) یک DEM جهانی 1 ثانیه قوس [ 28 ] است. ASTER نسخه 3 به صورت عمومی در سال 2019 منتشر شده است (دانلود از https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp).

4) NASADEM_HGT v. 1: GDEM که توسط سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده (NASA) با همکاری آژانس های آلمانی و ایتالیایی توسعه یافته و در سال 2020 منتشر شده است. بر اساس پردازش بهبود یافته و ادغام چندین منبع داده مانند SRTM، ASTER، Ice، Cloud و Land Elevation Satellite (ICESat) و دیگر منابع [ 29 ]. می توانید آن را از https://search.earthdata.nasa.gov/ دانلود کنید.

منطقه اصلی مورد مطالعه منطقه دلتای نیل، مصر است. از شهر دمیتا در شرق تا شهر اسکندریه در امتداد دریای مدیترانه و از جنوب تا قاهره امتداد دارد ( شکل 1 (الف)). 540 GCP با ارتفاع دقیق، در محدوده ± 0.05 متر، در دلتای نیل جمع آوری شده است. چهار GDEM از وب سایت شخصی آنها برای این منطقه دانلود شده است. ابتدا الگوی توپوگرافی منطقه با استفاده از نرم افزار Arc GIS 10 برای تبدیل ارتفاعات مبتنی بر GDEM به درصد شیب بررسی شده است. مشخص شده است که شیب متوسط ​​دلتای نیل برابر با 3.1٪ است ( شکل 1 (ب)) که نشان می دهد توپوگرافی آن را می توان به عنوان یک کلاس متوسط ​​یا فلات در نظر گرفت ( جدول 2) .). در نتیجه، یک منطقه مطالعاتی دیگر اضافه شده است. این شهر مکه را در منطقه جنوب غربی پادشاهی عربستان سعودی (KSA) در حدود 70 کیلومتری شرق شهر جده در دریای سرخ نشان می دهد ( شکل 2 (الف)). 175 GCP با ارتفاع دقیق، در محدوده ± 0.05 متر، در مکه جمع آوری شده است. به طور مشابه، چهار GDEM دانلود شده و شیب های توپوگرافی تخمین زده شده است ( شکل 2 (ب)). مشخص شده است که میانگین شیب مکه 17.4 درصد است که نشان می‌دهد توپوگرافی آن را می‌توان در طبقه مرتفع یا تپه‌ها در نظر گرفت.

با دانلود شبکه های فضایی چهار GDEM مورد بررسی برای هر دو منطقه مورد مطالعه ( شکل 3 و شکل 4 )، ارتفاعات درون یابی آنها در GCPهای موجود با ارتفاعات دقیق شناخته شده با استفاده از بسته Arc GIS 10 مقایسه شده است. نتایج به دست آمده در بخش بعدی ارائه و بررسی می شود.

4. نتایج و بحث

جدول 4 آمار ارتفاعات مشاهده شده و مبتنی بر GDEM در منطقه دلتای نیل را نشان می دهد. به طور کلی، می توان متوجه شد که میانگین ارتفاع و تسکین (معادله (2)) تنها ASTER GDEM به ارتفاعات مشاهده شده نزدیک نیست، در حالی که سه GDEM دیگر برآوردهای نسبتاً قابل مقایسه ای را ارائه کردند. در مرحله بعد، خطاهای GDEM در ارتفاعات شناخته شده GCP محاسبه شده است ( جدول 5 ). می توان توجه داشت که RMS (معادله (1)) مدل های AEC2، STRMGL1 و NASADEM تقریباً 2.5 ± متر است، در حالی که مدل ASTER بالاترین RMS را با 5.1 ± متر تولید می کند. با توجه به خطای میانگین ارتفاع، می توان دریافت که NASADEM کمترین مقدار 1.8 متر را نسبت به سه مدل دیگر تولید می کند. توزیع خطا در شکل 5 نشان داده شده استبرای همه GDEM ها، که بر عملکرد کلی GDEM های مورد بررسی تاکید دارد. از این شکل می توان دریافت که عملکرد مدل ASTER با سایر مدل ها فاصله زیادی دارد.

با مقایسه مقادیر RMS GDEM های مورد بررسی ( جدول 5 ) با دقت عمودی مورد نیاز مجموعه داده های مورد استفاده ( جدول 1 )، می توان نتیجه گرفت ( جدول 6 ) که همه GDEM ها برای ایجاد فواصل کانتور کمتر از 5 متر مناسب نیستند. این بدان معناست که چنین مدل هایی نباید برای نقشه برداری توپوگرافی در مقیاس 1:25000 یا بزرگتر استفاده شوند. برای مقیاس نقشه 1:50000 و 1:100000 با فواصل کانتور 8 یا 10 متر، می توان مشاهده کرد که باید از مدل ASTER اجتناب کرد در حالی که سه مدل دیگر دارای مشخصات لازم هستند. علاوه بر این، واضح است که برای مقیاس های نقشه 1:250000 یا کوچکتر، همه GDEM های بررسی شده می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

همانطور که قبلا ذکر شد، منطقه دلتای نیل از نظر توپوگرافی یک منطقه مسطح را نشان می دهد. از این رو، همان مراحل برای بررسی عملکرد GDEM ها بر شهر مکه به عنوان یک منطقه با توپوگرافی متوسط ​​انجام شده است. جدول 7 ، جدول 8 و شکل 6 یافته های انجام شده را بر اساس

مجموعه داده های موجود از جدول 7 می توان متوجه شد که تنها مدل SRTMGL1 برآوردهای امدادی را به دور از برآورد دقیق مشاهده شده تولید می کند. برای خطای میانگین ارتفاع، فقط مدل ACE2 کمی با سه GDEM دیگر تفاوت دارد. با این حال، نتایج اختلاف ارتفاع نسبت به GCP های شناخته شده ( جدول 8 ) برای تجزیه و تحلیل دقت GDEM ها مهم تر است. می توان متوجه شد که NASADEM و SRTMGL کوچکترین مقادیر RMS را تولید می کنند، در حالی که مدل ASTER بیشترین مقدار را ارائه می دهد. مقایسه هیستوگرام های خطا در هر دو ناحیه مورد مطالعه ( شکل 5 و شکل 6می توان متوجه شد که عملکرد GDEM های مورد بررسی در منطقه مسطح در دلتای نیل نسبت به منطقه با توپوگرافی متوسط ​​در شهر مکه دقیق تر است. این نتیجه گیری نیز هنگام مقایسه مقادیر RMS GDEM ها در هر دو منطقه مشهود است. در دلتای نیل، RMS از 2.5 ± و 5.0 ± متر متغیر است، در حالی که در مکه RMS تقریباً بین 5.2 ± و 8.0 ± متر متغیر است. از این رو، می توان نتیجه گرفت که دقت GDEM های مورد بررسی در مناطق توپوگرافی متوسط ​​تقریباً یک مرتبه بدتر از مناطق مسطح است.

مجدداً، مقایسه ای بین مقادیر RMS GDEM های مورد بررسی در مکه ( جدول 8 ) با دقت عمودی مورد نیاز مجموعه داده های مورد استفاده ( جدول 1 ) انجام شده است. از جدول 9 می توان دریافت که همه GDEM ها برای ایجاد فواصل کانتور کمتر از 5 متر مناسب نیستند. این بدان معناست که چنین مدل هایی برای نقشه برداری توپوگرافی در مقیاس 1:50000 یا بزرگتر با فواصل کانتوری مساوی یا کمتر از 10 متر مناسب نیستند. برای مقیاس نقشه 1:100000 با فواصل کانتور 20 متر، می توان دید که باید از مدل ASTER اجتناب کرد در حالی که سه مدل دیگر دارای مشخصات لازم هستند. از شکل 6مشاهده می شود که ASTER در مقایسه با سایر GDEM ها، الگوی فرکانس کمترین خطا را در نقاط بازرسی تولید می کند. علاوه بر این، واضح است که برای مقیاس های نقشه 1:250000 یا کوچکتر با فواصل کانتور بیش از 25 متر، همه GDEM های بررسی شده می توانند مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، می توان نتیجه گرفت

از جدول 6 و جدول 9 استفاده از GDEM ها در نقشه برداری توپوگرافی به طور قابل توجهی بین مناطق فضایی هموار و تپه ای متفاوت است.

برای تجزیه و تحلیل شیب های تخمینی مبتنی بر GDEM (معادله (3)) و پروفایل های توپوگرافی، دو مقطع در شهر مکه بر اساس GCP های موجود ساخته شده است. اولین (B1-B2) از غرب به شرق با عبور از 28 GCP اجرا می شود، در حالی که مقطع دیگر (A1-A2) از شمال به جنوب در امتداد 27 GCP ( شکل 7 ) اجرا می شود. طول هر دو مقطع تقریباً 35 کیلومتر است. برای بررسی اعتبار برآورد شیب مبتنی بر GDEM در امتداد یک مقطع، هر یک به فواصل 5 کیلومتری تقسیم می شود. معادله (4) برای محاسبه ضریب اعتبار شیب (SV) در هر بازه برای هر دو بخش اعمال شده است. شکل 8 نتایج به دست آمده را نشان می دهد که دو نکته مهم را نشان می دهد. اول، همه شیب‌های مبتنی بر GDEM با شیب‌های واقعی از GCP شناخته شده مطابقت ندارند.

طول مقطع به ترتیب تا 25 و 30 کیلومتر برای هر دو پروفیل. دوم، شیب های مبتنی بر GDEM برای پروفیل های بیش از 30 کیلومتر طول نزدیک به شیب های دقیق در مقدار ± 10٪ تقریبا. از این رو، می توان نتیجه گرفت که GDEM ها نباید برای توسعه سطح مقطع توپوگرافی کمتر از 30 کیلومتر استفاده شوند. علاوه بر این، می توان گفت که پروفایل های توپوگرافی مبتنی بر GDEM نباید در کاربردهای مهندسی و ژئوماتیک که به اطلاعات دقیق ارتفاع و شیب نیاز دارند، استفاده شوند. در نتیجه، یافته‌های مطالعه حاضر، بر اساس مجموعه داده‌های موجود، نشان داد که GDEM‌ها منبع ارتفاع مناسبی برای نقشه‌برداری توپوگرافی در مقیاس‌های متوسط ​​و بزرگ نقشه نیستند و نمی‌توانند برای پروفایل‌های توپوگرافی دقیق در مهندسی و ژئوماتیک دقیق مورد استفاده قرار گیرند. برنامه های کاربردی.

5. نتیجه گیری ها

GDEM های منبع باز در چند دهه اخیر برای نقشه برداری توپوگرافی و چندین فعالیت ژئوماتیک مورد استفاده قرار گرفته اند. مشخصات نقشه های توپوگرافی به فاصله کانتور مناسب در هر مقیاس نقشه و دقت اطلاعات ارتفاعات استفاده شده متکی است. نمونه هایی از استانداردهای نقشه برداری توپوگرافی از چندین کشور جمع آوری و بررسی شده است. هدف مطالعه حاضر بررسی اعتبار و قابلیت اطمینان ارتفاعات مبتنی بر GDEMs برای نقشه برداری توپوگرافی در چندین مقیاس نقشه است. به ویژه، عملکرد GDEMS را برای فواصل کانتور، تخمین شیب، و تولید پروفایل های توپوگرافی مورد نیاز برای کاربردهای مهندسی و زیست محیطی در مصر و عربستان سعودی بررسی می کند.

دو منطقه مطالعاتی برای بررسی عملکرد چهار GDEM برای نقشه برداری توپوگرافی در الگوهای توپوگرافی مسطح و متوسط ​​مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس مجموعه داده های موجود در دو حوزه مورد مطالعه، چندین یافته مهم به دست آمده است. با استفاده از پست های بازرسی شناخته شده، مشخص شد که دقت GDEM های بررسی شده از 2.5± و 5.1± متر در منطقه دلتای نیل متغیر است، در حالی که بین 5.1 ± و 8.0 ± متر در منطقه مکه متغیر است. این نشان می دهد که استفاده از GDEM ها در نقشه برداری توپوگرافی به طور قابل توجهی بین مناطق فضایی مسطح و تپه ای متفاوت است. بر اساس فاصله کانتور مورد نیاز در چندین مقیاس نقشه توپوگرافی، مشخص شده است که GDEM ها برای ایجاد فاصله کانتور کمتر از 10 متر مناسب نیستند. در نتیجه، پیشنهاد می شود از GDEM برای تهیه نقشه های توپوگرافی در مقیاس 1:25 استفاده نشود.

از نظر تخمین شیب و توسعه یک نمایه توپوگرافی، نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که همه شیب‌های مبتنی بر GDEM با شیب‌های واقعی از GCP شناخته شده در طول مقطع تا 30 کیلومتر مطابقت ندارند. همچنین مشاهده شده است که شیب های مبتنی بر GDEM برای پروفیل هایی با طول بیش از 30 کیلومتر نزدیک به شیب های دقیق در مقدار ± 10٪ تقریباً. در نتیجه، می توان نتیجه گرفت که GDEM ها منبع ارتفاع مناسب برای نقشه برداری توپوگرافی در مقیاس های متوسط ​​و بزرگ نقشه نیستند و نمی توانند برای پروفایل توپوگرافی در کاربردهای مهندسی و ژئوماتیک دقیق استفاده شوند.

منابع

[ 1 ]	Ogania, J., Puno, G., Alivio, M. and Taylaran, J. (2019) تأثیر وضوح مدل رقومی ارتفاع در تولید نقشه های خطر سیل. مجله جهانی علوم و مدیریت محیط زیست، 5، 95-106.
[ 2 ]	سلیم، تی (2013) تجزیه و تحلیل و مفاهیم زمین ساختی خطوط ساختاری مشتق از DEM، شبه جزیره سینا، مصر. مجله بین المللی علوم زمین، 4، 183-201. https://doi.org/10.4236/ijg.2013.41016
[ 3 ]	Boulton, SJ and Stokes, M. (2018) کدام DEM برای تحلیل توسعه چشم‌انداز رودخانه‌ای در مناطق کوهستانی بهترین است؟ ژئومورفولوژی، 310، 168-187. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2018.03.002
[ 4 ]	Hasan, E., Khan, S. and Hong, Y. (2015) بررسی تأثیر بالقوه افزایش سطح دریا بر دلتای نیل، مصر با استفاده از مدل‌های ارتفاعی دیجیتال. پایش و ارزیابی محیطی، 187، 649. https://doi.org/10.1007/s10661-015-4868-9
[ 5 ]	Ouerghi, S., ELsheikh, R., Achour, H. and Bouazi, S. (2015) ارزیابی و اعتبارسنجی ASTER-GDEM V.2 رایگان در دسترس اخیر، SRTM V.4.1 و DEM برگرفته از نقشه توپوگرافی در SW گرومبالیا (منطقه آزمایشی) در شمال شرق تونس. مجله نظام اطلاعات جغرافیایی، 7، 266-279. https://doi.org/10.4236/jgis.2015.73021
[ 6 ]	Al-Karagy, E. and Dawod, G. (2021) ترکیب های بهینه مدل های GGM و DEM برای توسعه دقیق ژئوید ملی. مجموعه مقالات نوآوری مهندسی و فناوری.
[ 7 ]	داود، جی و الغامدی، ک. (2017) قابلیت اطمینان مدل‌های ارتفاع دیجیتال جهانی اخیر برای کاربردهای ژئوماتیک در مصر و عربستان سعودی. مجله نظام اطلاعات جغرافیایی، 9، 685-698. https://doi.org/10.4236/jgis.2017.96043
[ 8 ]	Kulp, S. and Strauss (2016) خطاهای جهانی DEM آسیب پذیری ساحل در برابر افزایش سطح دریا و سیل را کمتر پیش بینی می کند. مرزها در علوم زمین، 4، 36. https://doi.org/10.3389/feart.2016.00036
[ 9 ]	Patel, A., Katiyar, S. and Prasad, V. (2016) ارزیابی عملکرد DEM متن باز متفاوت با استفاده از سیستم موقعیت یابی جهانی متفاوت (DGPS). مجله مصری سنجش از دور و علوم فضایی، 19، 7-16. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2015.12.004
[ 10 ]	Hu, Z., Peng, J., Hou, Y. and Shan, J. (2017) ارزیابی مدل‌های ارتفاع دیجیتال جهانی باز اخیراً منتشر شده در هوبی، چین. سنجش از دور، 9، 262. https://doi.org/10.3390/rs9030262
[ 11 ]	چرچ، جی.، کلارک، پی، کازناو، آ.، گریگوری، جی، جورجوا، اس.، لوورمان، ای.، مریفیلد، ام.، میلن، جی.، نرم، آر.، نون، پی، پین , A., Pfeffer, W., Stammer, D. and Unnikrishnan, A. (2013) تغییر سطح دریا. در: تغییرات آب و هوا 2013: پایه علوم فیزیکی. مشارکت گروه کاری I به گزارش ارزیابی پنجم هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC)، انتشارات دانشگاه کمبریج، کمبریج، 1137-1216.
[ 12 ]	عبدالعزیز، تی، داوود، جی و عبید، H. (2020) DEMs و پایش قابل اطمینان خطر افزایش سطح دریا در دلتای نیل، مصر. کشف پایداری، 1، مقاله شماره 6. https://doi.org/10.1007/s43621-020-00006-7
[ 13 ]	Sande, B., Lansen, J. and Hoyng, C. (2012) حساسیت ارزیابی خطر سیل ساحلی به مدل های ارتفاعی دیجیتال. آب، 4، 568-579. https://doi.org/10.3390/w4030568
[ 14 ]	Zhang, J. and Chu, X. (2015) تأثیر رزولوشن DEM بر خصوصیات گودال: مقایسه سطوح و روش‌های مختلف. آب، 7، 2293-2313. https://doi.org/10.3390/w7052293
[ 15 ]	Survey of India (2009) هندبوک توپوگرافی. https://www.iism.nic.in/Documents/soichapter-xi.pdf
[ 16 ]	ASPRS (انجمن آمریکایی فتوگرامتری و سنجش از دور) (2015) استانداردهای دقت موقعیتی ASPRS برای داده های جغرافیایی دیجیتال. ویرایش 1، نسخه 1. مهندسی فتوگرامتری و سنجش از دور، 81، A1-A26. https://doi.org/10.14358/PERS.81.3.A1-A26
[ 17 ]	Geoscience Australia (2021) ساختار و مشخصات پایگاه داده توپوگرافی ملی. https://www.ga.gov.au/mapspecs/topographic/v6/section1.html#MinimumPlanimetricElevation Accuracies
[ 18 ]	جایکا (آژانس همکاری بین المللی ژاپن) (2013) مطالعه ایجاد پایگاه داده توپوگرافی دیجیتال برای شهر بوجومبورا، بروندی. یک گزارش فنی https://openjicareport.jica.go.jp/pdf/12121588_01.pdf
[ 19 ]	NDMA (سازمان ملی مدیریت بلایای طبیعی) (2016) اسناد فنی ملی Fire Establishing Cartographic Database in India: Generation of Large Scale (1:10000 و 1:2000 و Leaser) نقشه ها برای مدیریت بلایا و برنامه ریزی. یک گزارش فنی https://www.ndma.gov.in/sites/default/files/PDF/Technical%20Documents/national-technical-document-for-establishing-cartographic-base-in-india.pdf
[ 20 ]	USGS (سرویس زمین شناسی ایالات متحده) (1999) استانداردهای دقت نقشه: برگه اطلاعات FS-171-99. یک گزارش فنی https://pubs.usgs.gov/fs/1999/0171/report.pdf
[ 21 ]	مرکز GIS قطر (2009) کتابچه راهنمای بررسی قطر نسخه 1. گزارش فنی، قطر.
[ 22 ]	ESA (مرجع بررسی مصر) (2020) مشخصات فنی نقشه برداری و نقشه برداری: قسمت 2: نقشه های توپوگرافی. گزارش فنی، جیزه.
[ 23 ]	Khal, M., Algouti, A., Algouti, A., Akdim, N., Stankevich, S. and Menenti, M. (2020) Evaluation of Open Digital Elevation Models: برآورد شاخص های توپوگرافی مرتبط با خطر فرسایش در وادی آبخیز M’Gun، مراکش. علوم زمین، 6، 231-257. https://doi.org/10.3934/geosci.2020014
[ 24 ]	Cahyaningsih, C., Crensonni, P., Suryadi, A., Kausarian, H., Choanji, T., Yuskar, Y. and Putra, D. (2019) ژئومورفولوژی و زمین شناسی ساختاری خصوصیات منطقه مستعد زمین لغزش در ریاو-غرب بزرگراه سوماترا سری کنفرانس های IOP علوم و مهندسی مواد، 536، شناسه مقاله: 012063. https://doi.org/10.1088/1757-899X/536/1/012063
[ 25 ]	مکرم، م. و حجتی، م. (1395) مقایسه طبقه بندی های لندفرم ارتفاع، شیب، برجستگی و انحنا با شاخص موقعیت توپوگرافی در جنوب بجنورد. Ecopersia, 2, 1343-1357. https://doi.org/10.18869/modares.ecopersia.4.2.1343
[ 26 ]	USGS (سازمان زمین شناسی ایالات متحده) (2021a) SRTMGL1 V003. https://lpdaac.usgs.gov/products/srtmgl1v003
[ 27 ]	اسمیت، آر و بری، پی (2019) ارتفاعات تصحیح شده ارتفاع، نسخه 2. https://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/dedc-ace-v2
[ 28 ]	کاتالوگ داده باز ایالات متحده (2021) ASTER Digital Elevation Model V003. https://catalog.data.gov/dataset/aster-digital-elevation-model-v003
[ 29 ]	USGS (سازمان زمین شناسی ایالات متحده) (2021b) NASADEM_HGT: Merged DEM Global 1 Arc Second v. 1. https://lpdaac.usgs.gov/products/nasadem_hgtv001