Referát digitální ortofoto Fotogrammetrie 30

Transkript

1 KOMERČNĚ DOSTUPNÉ DIGITÁLNÍ MODELY TERÉNU (DMT) P. Kovářík, M. Šatánek ČVUT v Praze, Fakulta stavební, obor geodézie a kartografie petr.kovarik@fsv.cvut.cz, martin.satanek@fsv.cvut.cz Klíčová slova: digitální modely terénu, přehled, ČR, armáda ČR, ČÚZK, firmy ANOTACE Úkolem tohoto referátu je vytvořit přehled digitálních modelů terénu komerčně dostupných v ČR. Podrobněji zaměřen bude na 3 hlavní zdroje DMT: armádu ČR (VTOPÚ Dobruška), ČÚZK a několik firem, které se zabývají geografickými daty. Referát se také snaží o porovnání charakteristik modelů: přesnost, původ dat, formát dat a cena. KOMERČNĚ DOSTUPNÉ DIGITÁLNÍ MODELY TERÉNU (DMT) Cílem mnoha soukromých i státních organizací bylo vytvořit si pro své potřeby model povrchu celé naší republiky. Tohoto cíle se dalo dosáhnout samozřejmě až s rozmachem výpočetní techniky. První pokusy se datují do 70. let 20. století. Spolu s vývojem technologií používaných k vytváření DMT se měnil i vztah ke zdrojům dat a způsobu zpracování. Proto je důležité seznámit se s historií tvorby DMT v ČR, i když některé z těchto DMT ani nebyly realizovány. VÚGTKT 1967 Tento model měl být vůbec prvním matematickým modelem pokrývající naše státní území. V základu měl být definovaný výškami v daných bodech, ale měl mít i možnost přesné interpolace. Princip spočíval v rozdělení území na segmenty dle geomorfologie terénu a pro každý segment nalézt vhodnou funkci popisující terén ve tvaru H = f(x,y). Tato cesta však byla příliš náročná a nepraktická, proto nebyl VÚGTKT 1967 realizován. Geofyzika Brno Důvodem pro vznik a vývoj byly potřeby vyhodnocování gravimetrických měření začátkem 60. let. Postup výstavby vycházel z principu digitalizace. Z topografických map 1: se digitizérem snímaly vrstevnice v kroku 10 metrů s případným bodovým zahuštěním. Následovala lineární interpolace do čtvercové stometrové sítě. Výsledná výška byla ukládána s přesností na decimetry. Kopii ze 70% hotové databáze získal ve své době i Výzkumný ústav spojů a VTOPÚ Dobruška, které ji použily k vývoji svých modelů. 1

2 VÚGTK Další z modelů, které nebyly realizovány. Měl být tvořen databází výšek čtvercové sítě o velikosti kroku 100 m. Předpokládalo se odečítání výšek z topografických map měřítka 1: pomocí čtvercových sítí a proměnným krokem (v závislosti na členitosti terénu). VÚS - Testcom Základem tohoto modelu byla převzatá data Geofyziky Brno, která byla zpracovávána nejprve pod hlavičkou VÚS a později jeho nástupcem Testcomem. Doplňování a další výstavba probíhala v mnoha fázích. Celek prošel kontrolami, byly k němu připojovány databáze našich zahraničních sousedů a byl konfrontován s různými typy tuzemských modelů (především lokálními). V nedávné době proběhl převod všech dat ze souřadného systému S-42 do systému WGS-84 a následná interpolace pro nově zvolenou třívteřinovou síť. Tímto způsobem došlo již ke druhému celoplošnému znehodnocení přesnosti dat (prvním byla interpolace z vrstevnic v Geofyzice). Navíc díky připojování nových dat vznikl model, který má v různých částech zcela odlišnou přesnost. V současné době pokrývá již téměř celou Evropu a je využíván pro potřeby Testcomu a regulačních orgánů ČR. Digitální modely terénu armády ČR Hlavní středisko tvorby DMT je VTOPÚ Dobruška. Ta je tvůrcem již několika generací vlastních produktů. Armáda zde vzniklé modely používá již řadu let ve všech složkách armády a také je poskytuje k prodeji civilnímu sektoru. DMR-1 Byl vytvořen před lety výzkumnou složkou letectva a protivzdušné obrany ČSA v součinnosti s Geografickým ústavem ČSAV. Model je tvořen rastrem o velikosti pole 1x1 km, přičemž výšky jsou dány nejvyšším bodem reliéfu v příslušném kilometrovém čtverci a jsou vztaženy k souřadnicím jihozápadního rohu buňky. Výšky byly snímány ručně z vrstevnic topografické mapy 1: Přesnost nebyla nikdy vyčíslena, nicméně chyby v odečtení výšky terénu se mohou pohybovat mezi 15 a 30 metry v závislosti na členitosti terénu. Tímto modelem je pokryto celé území střední Evropy. DMR-2 Původem se jedná o model Geofyziky, který byl zkontrolován, doplněn a aktualizován (převážně v mapových v měřítkách 1: a 1:50000). Výsledkem jsou výškopisná data ve formě pravidelně rozložených bodů v síti o kroku 100x100 metrů. Udávaná chyba v určení výšky bodu je závislá na členitosti terénu a podle většiny dostupných zdrojů se pohybuje mezi 3 2

3 a 15 metry. Pokrývá celé území České republiky, Slovenské republiky a dále i pruh za státní hranicí o průměrné šířce 50 kilometrů. Obr. č. 1 - DMR-2 - okolí bodu Pecný DVD (DMR DMR-2,5) - Digitální výškopisná data Model byl vytvořen z vrstvy vrstevnic Digitálního modelu území 25, která byla doplněna výškovými body I. až VI. řádu. Obsahem jsou pravidelně rozložené body v síti 100x100 metrů, výška v těchto bodech reprezentuje skutečnou výšku terénu v příslušném uzlovém bodě. Chyba v určení výšky bodu se pohybuje mezi 3 a 15 metry v závislosti na členitosti terénu. Oblast pokrytí odpovídá celému území ČR a prostoru cca 50 kilometrů za státními hranicemi. Obr. č. 2 - DVD - okolí bodu Pecný DMR X - Fotogrammetrický výškový model Doposud nemá oficiální název, používá se označení DMR X. AČR jej vytváří ze stereomodelů. Přesnost nebyla doposud vyčíslena. Je zatím zpracován jen pro území pokrývající západní část České republiky. 3

4 Obr. č. 3 - DMR X - okolí bodu Pecný DMR-3 Nový digitální model AČR, který je doposud ve vývoji a který by měl nahradit starší DMR 2 a DVD. Dle výzkumné zprávy se předpokládá velikost kroku 50x50 metrů doplněná terénními čarami. Pravděpodobně se k jeho tvorbě použije kombinace DVD a DMR X. DTED - Digited Terrain Elevation Data Pod tímto názvem se skrývá standard pro digitální modely pro armády NATO. Armáda ČR jej tvoří lineární interpolací z DMR-2 a DVD. Data jsou tvořena pravidelně rozloženými body o kroku 3 x 3, od 50 pak 3 x 6 (případně 1 x 1, od 50 pak 1 x 2 ). ZABAGED - výškopis ZABAGED je digitální topografický model území ČR odvozený z mapového obrazu Základní mapy České republiky 1: v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému baltském po vyrovnání. Správcem a poskytovatelem dat ZABAGED je ČÚZK. Má charakter GISu integrujícího prostorovou složku vektorové grafiky s topografickými relacemi objektů a složku atributovou obsahující popisy a další informace o objektech. Výškopisná složka je tvořena 3D vektorovým souborem vrstevnic, získaných vektorizací ze Základní mapy České republiky 1: (ZM 10). Proces tvorby ZABAGED započal v roce 1995 vektorizací tiskových podkladů ZM 10. Vektorizace, s vynecháním zástavby sídel, byla dokončena v roce V prvním čtvrtletí 2004 byla dokončena tvorba bezešvé databáze ZABAGED, včetně zástavby sídel a připojení popisných informací (atributů) k objektům. Od roku 2001 probíhá první celoplošná aktualizace, s využitím fotogrammetrických metod i terénního šetření, která bude dokončena v závěru roku ZABAGED je tvořen a provozován v grafickém prostředí MicroStation a GIS prostředí 4

5 MGE (Intergraph) využívajícím relační databázi ORACLE. Data ZABAGED se v současné době dodávají po celých mapových listech v kladu ZM 10. Grafickou složku polohopisu (2D) a výškopisu (3D) ve formátu DGN, nebo DXF je možno doplnit o atributovou tabulku ve formátu MDB. Vektorová data společně s atributy lze exportovat ve formátu MPD projektu MGE. Data ZABAGED je možno získat také ve formě Shapefiles (ESRI ArcInfo prostředí) nebo ve formátu GML. Polohopisná a výškopisná složka může být získána společně nebo odděleně. Obr. č. 4 - ZABAGED - okolí bodu Pecný MultiMedia Computer Z Společnost MultiMedia Computer využívá k tvorbě DMT oproti výše zmíněným modelům zcela jiný zdroj, a to dat radarových družic. K dodání nabízí 2 typy modelů: DEM 25 a DEM 10. DEM 25 Pro pořízení dat bylo použito radarových družic ERS1 a ERS2 a specializovaných algoritmů, vyvinutých v německém institutu pro výzkum kosmu (DLR). Vytvořila jej společnost Aerosensing Radarsysteme. Výšková data jsou pořízena v kroku 25 metrů a jejich absolutní přesnost podle údajů společnosti dosahuje přesnosti 1 metr v rovinách a 5 až 7 metrů v členitém terénu. Pokrývá celou Českou republiku a příhraniční prostory do hloubky 10 kilometrů. DEM 10 Pro pořízení těchto dat bylo využito digitálního modelu terénu DEM 25, kompletního vektorového modelu území (vrstevnice s krokem 5m), výškových kót a triangulačních bodů, vodních ploch, velkých komunikací a dalších datových zdrojů. Výšková data jsou pořízena v kroku 10 metrů, jejich absolutní výšková přesnost dosahuje 1-3 metry v rovinách a 3-7 metrů v členitém terénu. Rozsahem pokrývá celé území České republiky a část příhraničních prostor (do hloubky cca 2 km). 5

6 Obr. č. 5 - DEM25 - okolí bodu Pecný T-Mapy spol. s r. o. Základem DTM poskytovaného touto firmou je digitální vektorová databáze vrstevnic v měřítku 1 : Vrstevnice s ekvidistancí 10 m jsou opatřeny hodnotami nadmořské výšky. Součástí dat je rovněž digitální model terénu s prostorovým rozlišením 40 m a stínovaný terén. Data jsou zpracována v systémech S-42, S -JTSK, WGS-84 a můžou být získána v těchto formátech: standard ArcInfo GRID, ASCII, volitelně dle domluvy. Pro specifické požadavky je možno vytvořit digitální model terénu s podrobnějším prostorovým rozlišením. Geodis Brno Tato firma nabízí digitální model terénu ČR s rozlišením 10 m. Kromě DTM (digitální model terénu) je v nabídce také DSM (digitální model povrchu), který je vytvářen stereofotogrammetrickým vyhodnocením nebo aparaturou pro laserscanning z letadla. DTM celoplošně pokrývá území ČR, DSM je vyráběn na zakázku. ArcData Tento model je v souřadnicovém systému WGS-84 a jeho prostorové rozlišeni je 3 úhlové vteřiny, tedy pro oblast střední Evropy přibližně metrů. Model vznikl mozaikováním a úpravou dat pořízených při misi raketoplánu Endeavour, při které byl pořízen model reliéfu celého světa a je volně k dispozici na webových stránkách firmy ArcData. Při této misi v roce 2000 bylo nasnímáno 80% povrchu souše metodou radarové interferometrie. Nevýhodou tohoto způsobu pořízení dat je fakt, že hladký rovný povrch, jako je např. vodní hladina, odráží radarový signál téměř zrcadlově. A jelikož je tento signál vysílán šikmo 6

7 k povrchu Země, tak se zpět do aparatury dostane jen jeho velmi malá část, která nestačí na generování informace o výšce snímaného povrchu. To má za následek, že vodní plochy (rybníky, široké řeky, moře) jsou v tomto modelu reliéfu označeny hodnotou NODATA. Chybějící data v oblastech vodních ploch byla v námi nabízené mozaice České republiky odstraněna zadáním průměrné hodnoty okolí. Zpracování, které trvalo více než dva roky, v sobě zahrnovalo převod několika terrabytů naměřených radarových dat na informace o prostorovém členění zemského povrchu. Tato dato lze zdarma stáhnout z webových stránek. Jednotlivé soubory představují území 1 1 stupeň v zeměpisných souřadnicích s tím, že název souboru udává souřadnice levého dolního rohu. Soubor se jménem N50E014.hgt.zip tedy představuje území, jehož levý dolní roh má zeměpisné souřadnice 50 s.š. a 14 v.d. Maximální přesnost digitálního modelu povrchu dosahuje 15 metrů v poloze a 12 metrů ve výšce. Data jsou k dispozici v rastrové podobě s prostorovým rozlišením 1 úhlová vteřina (cca 30 metrů na rovníku) pro území USA a 3 úhlové vteřiny (cca 90 metrů na rovníku) pro ostatní svět, což pro zeměpisnou šířku střední Evropy představuje přibližně 90 x 60 metrů. Obr. č. 6 - DTM ČR GISAT Tato firma nabízí 2 DTM pro oblast ČR. Jsou to DEM3 a DEM4. Modely jsou charakterizovány těmito údaji velikostí pixelu a výškovou přesností. U DEM3 je to velikost pixelu 20 m a výšková přesnost 5 m, u DEM4 velikost pixelu 5 m a výšková přesnost 2 m. 7

8 Obr. č. 7 - DEM4 - území Prahy ZÁVĚR Úkolem tohoto referátu bylo vytvořit přehled digitálních modelů terénu komerčně dostupných v ČR. Hlavními zdroji DMT jsou 3 oblasti: armádu ČR (VTOPÚ Dobruška), ČÚZK a několik firem, které se zabývají geografickými daty. Tyto komerčně poskytované modely se liší nejenom svojí přesností, ale i původem dat, formátem dat a cenou. ZDROJE [1] Houška, R. (2002): Porovnání přesnosti digitálních modelů terénu v okolí bodu Pecný. Fsv ČVUT Praha. [2] Miklošík, F. - Vondra, D. (2001): Přesnost výškových modelů na území ČR. Vojenský geografický obzor, roč. 13/2, str [3] Vojenský geografický informační systém - digitální modely reliéfu; nabídkový leták VTOPÚ. [4] ČÚZK, www odkaz: [5] MultiMedia Computer, www odkaz: [6] T-Mapy, www odkaz: [7] Geodis Brno, www odkaz: [8] ArcData, www odkaz: [9] GISAT, www odkaz: SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Porovnání komerčně dostupných DMT 8

9 PŘÍLOHY Příloha 1 Porovnání komerčně dostupných DMT model přesnost polohová [m] přesnost výšková [m] původ dat DMR vrstevnice 1: DMR vrstevnice 1: DVD vrstevnice DMÚ25 - DMR X - - fotogram. stereomodely - DMR DVD, DMR X - DTED - - interpolace DVD, DMR X - cena [Kč] ZABAGED - - vektorizace ZM10 244,- za 1 m. l. (výškopis) ,- (výškopis) ,- (výškopis, polohopis) DEM radarové družice ERS1 a ERS2 - DEM DEM 25 - T-Mapy vrstevnice 1: ,- Geodis Brno ArcData raketoplán Endeavour - radar. interferometrie zdarma DEM DEM