Digitální model reliéfu (terénu) a analýzy modelů terénu

Transkript

1 Digitální model reliéfu (terénu) a analýzy modelů terénu

2 Digitální modely terénu jsou dnes v geoinformačních systémech hojně využívány pro různé účely. Naměřená terénní data jsou často zpracována do podoby DMT použitím prostorové interpolace. K dispozici máme mnoho interpolačních algoritmů.

3 Digitální model povrchu (DSM) zvláštní případ digitálního modelu reliéfu konstruovaného zpravidla s využitím automatických prostředků (např.obrazové korelace ve fotogrammetrii) tak, že zobrazuje povrch terénu a vrchní plochy všech objektů na něm (střechy, koruny stromů a pod.) Digitální model reliéfu, Digitální model terénu (DMR, DMT) digitální reprezentace zemského povrchu v paměti počítače, složená z dat a interpolačního algoritmu, který umožňuje mj. odvozovat výšky mezilehlých bodů

4 Geodetická měření Družicové polohové systémy Laserové snímání Zdroje dat:

5 Zdroje dat: Letecká a pozemní fotogrammetrie Dálkový průzkum Země Radarová interferometrie

6 Existující digitální a analogová data ZABAGED DMÚ 25 a další...

7 Úvod k základním způsobům reprezentace povrchu Pravidelný čtvercový rastr Vrstevnicový model Triangulated irregular networks (TIN)

8 Pravidelný čtvercový rastr Struktura která specifikuje hodnoty v pravidelné čtvercové mřížce. V počítači je uložená jako dvoj-dimenzionální pole. Pro každý čtverec pravidelné mřížky je určena pouze jedna hodnota elevace.

9 Význam rastrové reprezentace Elevace uložená v buňce určuje hodnotu elevace pro každý bod této buňky. Elevace může reprezentovat výšku středu buňky, nebo průměrnou hodnotu elevace celé buňky

10 Vrstevnicový model

11 Význam vrstevnicové reprezentace Je dána množina výškových dat, a v modelu je reprezentována každá vrstevnice s jednou z těchto elevací. Vrstevnice je obvykle uložena jako sekvence bodů s x- a y- souřadnicí.

12

13 Triangulated irregular networks (TIN) Universální způsob jak zobrazit povrch je triangulovat vstupní body do podoby TINu. Výsledné trojúhelníky (plošky) TINu se (většinou) považují za rovinné a proto tvoří plně definovaný, spojitý model povrchu. Výhody: Mohou zahrnout vstupní měření (body), na rozdíl od pravidelného rastru, které jsou interpolovány ze vstupních dat a proto jsou náchylnější k chybám. Hustota vzorkování je adaptibilní vzhledem ke vstupním datům. Proto můžeme mít oblast hustě pokrytou body s malými trojúhelníky tam, kde je terén členitý, zatímco jinde je pokrytí vstupními body řídké, s velkými trojúhelníky, v oblastech konstantního sklonu.

14 Triangulated irregular networks (TIN) V datovém modelu TINu je uložena množina bodů spolu se svými výškovými daty. Body nejsou uloženy v mřížce a mají rozdílnou hustotu - na těchto bodech proběhne rovinná triangulace. Pokud bod neleží ve vrcholu, tak je jeho výška získána lineární interpolací (ze dvou bodů, pokud leží na hraně, ze tří, pokud leží uvnitř trojúhelníku) = po částech lineární model, který může být ve 3-d vizualizován jako jednoduše pospojovaná množina trojúhelníků. TIN je spojitý, ale nediferencovatelný po celé oblasti.

15 Konverze mezi typy reprezentací Vstupní výšková data mohou být do GIS zadána v různých formátech. Často se používají vrstevnice digitalizace papírových map. Data ve formě rastru fotogrammetrické zpracování dat. Data ve formě rastru zabírají běžně hodně místa, což vede k velkým nárokům na paměť a kčasové složitosti algoritmů.

16 Metody interpolace Thiessenovy (Dirichlet, Voronoi)polygony Natural neighbour interpolation (interpolace z přirozených sousedů) IDW (metoda inverzních vzdáleností) triangulace (s lineární interpolací) Spline (metoda minimální křivosti) Kriging (geostatistické metody)

17

18 Triangulace z bodů

19 Triangulace z vrstevnic Výšková data jsou většinou získána digitalizováním vrstevnicových map. Vrstevnicová mapa je vektorová datová struktura. Převod vrstevnic na TIN = triangulace mezi vrstevnicemi. Při triangulaci se použije takový algoritmus, který produkuje dobře tvarované trojúhelníky, jako např. Delaunayho triangulace.

20 Triangulace z vrstevnic

21 Triangulace z bodů a vrstevnic Pro nejlepší výsledky triangulace použít body a vrstevnice.

22

23

24 Theissen IDW Kriging Arthur J. Lembo, Jr. Cornell University

25 Aplikace DMT plošná interpolace bodových dat spojitý popis jevu (výška, teplota, znečištění,...) získaný měřením v diskrétních bodech

26 Analýzy povrchů (modelů terénu) Sklonitost, směr sklonu - u gridového modelu je výstupem nová rastrová vrstva, u TIN jsou tato data k dispozici v podstatě implicitně Údaje analýzy sklonu a směru sklonu jsou poměrně důležité jako vstup pro další analýzy jako je vážená vzdálenost, analýzy eroze. Morfologické analýzy - nalezení lokálních minim a maxim, konvexnosti a konkávnosti. Výstupem analýzy je bodová vrstva obsahující výše uvedené prvky. Analýza osvětlení terénu - Umožňuje počítat množství dopadajícího světla na danou lokalitu. Její použití je vhodné např. pro analýzy vyhledávání nejlepší lokality pro pěstování vína. Tvorba vrstevnic (izočar) - jedná se o převod mezi reprezentacemi (DMT na vektorové linie). Generování profilů - pomocí DMT je možné počítat profily liniových prvků

27 Počítání objemů DMT- Cut and Fill analýza (změny objemu mezi dvěma DMT), analýzy reálné plochy povrchu, reálné délky na povrchu (reálná vzdálenost na DMT), kde výsledkem je reálná plocha/délka na DMT a ne planimetrická ze 2D. Analýzy viditelnosti (line, point) - umí odpovědět na následující otázky: které oblasti je možné a nemožné vidět z rozhledny na určitém kopci jak často je vidět dané místo z dálnice (vyhledání nejvhodnější lokality pro reklamu) kolik je nutné postavit rozhleden a kde, aby bylo viditelné celé definované území studie nalezení vhodné lokality pro komunikační buňku (u mobilních telefonů)

28 Analýzy povrchů - DTM

29 Sklonitost

30 Směr sklonu - expozice

31 Analýza osvětlení terénu hillshade - stínování, vhodné pro zvýraznění tvaru reliéfu

32 Analýza viditelnosti

33 Analýza viditelnosti

34 Analýza profilu DMT