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Modelo de elevação digital de mais alta resolução para o Reino Unido?


Preciso do modelo de elevação digital gratuito mais preciso e de mais alta resolução para o Reino Unido. O OS terrain 50 ou ASTER GDEM seria mais adequado para a análise de galpões?


Levantamento de artilharia

Como o nome sugere, OS Terrain 50 é um produto com resolução de grade de 50 metros (http://www.ordnancesurvey.co.uk/business-and-government/products/terrain-50.html).

OS Terrain 50 foi comparado com pontos GPS em uma variedade de áreas de amostra para fornecer um valor de Erro Quadrado Médio da Rota (RMSE) para os pontos de altura em cada área geográfica; vias de comunicação urbanas e principais, rurais e de montanha e charnecas. A grade do OS Terrain 50 foi verificada como 4 m RMSE.

DTMs de satélite

ASTER GDEM tem cerca de 30 metros (http://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp).

Há também SRTM, que embora esteja atualmente disponível apenas com precisão de 90 metros para o Reino Unido, aumentará para 30m (o que é para os EUA) dentro de um ano (http://www.jpl.nasa.gov/news/news .php? release = 2014-321).

Para uma comparação da precisão desses produtos derivados de satélite (mais NEXTMap), consulte este documento: http://www.asprs.org/a/publications/proceedings/sanantonio09/Tighe_2.pdf A precisão varia consideravelmente dependendo da superfície, as médias sendo:SRTM (15,27 m RMSE) e ASTER (18,52 m RMSE)enquanto os RMSE publicados são de 16m e 20m, respectivamente. Consideravelmente inferior ao OS Terrain 50.

Resolução vs. Precisão

Porque o OS Terrain 50 é, acredito, uma versão reduzida dos dados de vôo, provavelmente em combinação com os dados de levantamento terrestre, a precisão é muito melhor do que os dados adquiridos no espaço. Por outro lado, você tem uma resolução reduzida.

Deixo isso como um exercício para outra pessoa determinar se a maior precisão do OS Terrain 50 compensa a resolução mais baixa.

Resumindo - não acredito que haja uma resposta definitiva, depende de qual você valoriza mais. Eu acho que a precisão é mais importante para um enquadramento visual.


Se você escolher ASTER GDEMv2 como sua opção DEM, você pode transformar o Sistema de Coordenadas Geográficas (GCS) de WGS-84 (GCS da Terra) para OSGB-36 (GCS do Reino Unido). Nesse caso, você pode ter dados DEM mais precisos.

Veja a comparação entre ASTER GDEMv2.0, EU-DEMv1.1 e Google Earth: https://github.com/HeZhang1994/digital-elevation-model-tool-tutorial


Sobre os produtos e serviços da 3DEP

Os produtos e serviços 3DEP disponíveis através do The National Map consistem em nuvens de pontos lidar e modelos de elevação digital (DEMs) em várias resoluções horizontais. Todos os produtos 3DEP estão disponíveis gratuitamente e sem restrições de uso.

Produtos de dados de origem

Os produtos de dados de origem incluem nuvens de pontos lidar, DEMs de resolução de origem (original) a partir dos quais os conjuntos de dados DEM padrão 3DEP foram produzidos e tipos de dados adicionais produzidos a partir de coleções IfSAR.

Nuvem de pontos lidar North Shore Lake Tahoe

Nuvem de pontos Lidar - Esses dados são os dados básicos para 3DEP nos Estados Unidos adjacentes e contêm as informações tridimensionais originais das quais os produtos DEM são derivados. A maioria dos dados coletados em 2014 e posteriormente atendem às especificações 3DEP para espaçamento de pulso nominal de nível de qualidade 2 e precisão vertical, e os dados coletados antes de 2014 geralmente não atendem à especificação de nível 2 de qualidade. Distinções no espaçamento nominal de pulso são fornecidas nos gráficos de status da nuvem de pontos lidar e na plataforma de download, no entanto, outras qualidades, como precisão vertical, devem ser examinadas para determinar se os dados atendem às especificações de nível de qualidade 3DEP particulares.

Uma imagem de intensidade de radar ortorretificada (ORI) sobre o Parque Nacional e Reserva Glacier Bay

DEMs de resolução de fonte - esses dados são os DEMs de terra nua originais derivados da fonte de nuvem de pontos lidar. Os DEMs de origem processados ​​pelo USGS após janeiro de 2015 são fornecidos quando a resolução ou projeção horizontal do DEM original difere dos conjuntos de dados DEM padrão 3DEP.

IfSAR ortorretificada imagem de intensidade de radar (ORI) - Esses rasters (resoluções variam), disponíveis apenas no Alasca, são gravações de intensidade de refletância de radar detectadas pelo sensor IfSAR.

Os produtos de elevação gerados a partir de dados IFSAR incluem dados de Modelo Digital de Superfície (DSM) e Modelo Digital de Terreno (DTM).

Modelo de superfície digital IfSAR (DSM) - Esses rasters de 5 metros, disponíveis apenas no Alasca, são o produto IfSAR inicial. Os DSMs fornecem valores de elevação de características da paisagem na superfície da Terra. Este produto topográfico contém a altura da superfície mais alta do solo, incluindo vegetação, estruturas feitas pelo homem e terra nua.

Diferença entre um modelo digital de superfície (DSM) e modelos digitais de elevação (DEM).

Modelo digital de terreno IfSAR (DTM) - fornecer valores de elevação do terreno subjacente da superfície da Terra. Este produto topográfico reflete a altura da terra nua, onde as elevações da vegetação e características feitas pelo homem foram removidas.

O Centro de Observação e Ciência de Recursos Terrestres do USGS (EROS) distribui produtos IFSAR Alaska em formato de arquivo de imagem georreferenciado (GeoTIFF). Os valores de pixel para as imagens em tons de cinza representam os números de elevação.

► O EarthExplorer pode ser usado para pesquisar, visualizar e baixar dados IFSAR Alaska. A coleção está localizada na categoria Digital Elevation.

DEMs padrão

DEMs padrão representam a superfície topográfica da terra e contêm superfícies de água achatadas. Cada conjunto de dados DEM é identificado por sua resolução horizontal e é produzido com um conjunto consistente de especificações. DEMs padrão são caracterizados como baseados em projeto ou contínuos. DEMs baseados em projeto estão disponíveis para todas as extensões de área de projetos quando produzidos a partir de detecção e alcance de luz (lidar), ou como blocos de um grau com cobertura quando produzidos a partir de IfSAR. DEMs contínuos são produzidos combinando apenas os dados de projeto da mais alta qualidade em uma superfície de terreno contínua para os EUA. Esses dados são distribuídos em blocos que podem ser mesclados para dar suporte à análise em grandes áreas geográficas.

Baseado em projeto

1 metro - Este conjunto de dados foi introduzido em 2015 com cobertura limitada dos EUA, mas estará se expandindo conforme novos DEMs de nível 2 de qualidade 3DEP ou dados LIDAR melhores forem adquiridos. As coordenadas horizontais são referenciadas à projeção Universal Transverse Mercator.

1/9 de segundo de arco - Este conjunto de dados cobre cerca de 25 por cento do território dos EUA e é produzido a partir de DEMs de 3 metros ou de resolução superior adquiridos pelo USGS antes de janeiro de 2015. Coordenadas horizontais são referenciadas a coordenadas geográficas (longitude, latitude). O conjunto de dados de 1/9 de arco de segundo não será mais atualizado com DEMs recém-adquiridos, no entanto, ele continuará a ser distribuído.

5 metros - Este conjunto de dados é composto de DEMs derivados de IfSAR de 5 metros (nível 5 de qualidade 3DEP) apenas no Alasca. As coordenadas horizontais são referenciadas à projeção Albers Equal Area Conical.

1/3 de segundo de arco - Este é o conjunto de dados DEM contínuo de mais alta resolução para os EUA, com cobertura total dos 48 estados vizinhos, Havaí e territórios dos EUA. A cobertura do Alasca está parcialmente disponível agora e está sendo expandida para cobertura em todo o estado como parte da Iniciativa de Mapeamento do Alasca. O espaçamento do solo é de aproximadamente 10 metros norte / sul, mas variável leste / oeste devido à convergência dos meridianos com a latitude.

1 segundo de arco - Este é um conjunto de dados contínuo de resolução inferior que fornece cobertura completa sobre o interior dos EUA e cobertura parcial do Alasca. A maior parte do Canadá e do México também é coberta pelo conjunto de dados de 1 segundo de arco. O espaçamento do solo é de aproximadamente 30 metros norte / sul, mas variável leste / oeste dependendo da latitude.

2 segundos de arco - Este conjunto de dados contínuo é o conjunto de dados contínuo de menor resolução disponível e cobre apenas o Alasca. Embora o espaçamento do solo seja de aproximadamente 60 metros norte-sul, o espaçamento leste-oeste pode variar de 35 metros no sul do Alasca a 20 metros na costa norte.

Metadados 3DEP

A página da Web de padrões e especificações do NGP contém links para metadados textuais e espaciais do 3DEP.

O 3DEP Bare Earth DEM Dynamic Service e Viewer

O serviço dinâmico 3DEP Bare Earth Digital Elevation Model (DEM) permite que os usuários explorem múltiplas resoluções de dados 3DEP disponíveis no Mapa Nacional. Além disso, as interfaces Open Geospatial Consortium (OGC) Web Map Service (WMS) e Web Coverage Service (WCS) são habilitadas para oferecer suporte à interoperabilidade entre sistemas.

O visualizador de DEM cria DEMs de visualizações de resolução múltipla dinamicamente gerados a partir dos dados de elevação do USGS 3D Elevation Program. Os usuários podem explorar uma variedade de representações, incluindo: contornos de aspecto tinted hillshade hillshade hillshade estendido multi-direcional hillhade e mapas de declive.

Imagens mostradas (da esquerda para a direita) - contornos de aspecto elevação matizado sombra de colinas sombra de colinas alongada e mapas de declividade multidirecionais de Wheeler Peak, Novo México - elevação 13.159 pés

Uma visualização em cores da direção da bússola voltada para uma encosta ou declive, medida no sentido horário em graus de 0 (norte) a 360 (novamente norte)

Linhas que conectam locais de elevação igual gerada com intervalos especificados e opções de suavização para criar contornos cartograficamente mais agradáveis

Elevation Tinted Hillshade

Combina sombra com uma tonalidade de cor aplicada ao mesmo terreno para representar a elevação

Gerado pela definição de um azimute solar de 315 graus e altitude solar de 45 graus de posição para calcular os valores de iluminação de cada célula em relação às células vizinhas

Hillshade multidirecional

A sombra da colina calculada de 6 direções diferentes

Uma visualização em cores da taxa máxima de mudança no valor dessa célula para as superfícies planas vizinhas são cinza, encostas rasas são amarelas e encostas íngremes são laranja


Conteúdo

Os modelos digitais de elevação podem ser preparados de várias maneiras, mas são freqüentemente obtidos por sensoriamento remoto em vez de levantamento direto. Uma técnica poderosa para gerar modelos de elevação digital é o radar de abertura sintética interferométrica: duas passagens de um satélite radar (como RADARSAT-1), ou uma passagem única se o satélite estiver equipado com duas antenas (como a instrumentação SRTM), são suficientes para gerar um mapa digital de elevação dezenas de quilômetros de lado com uma resolução de cerca de dez metros & # 91citação necessária& # 93. Alternativamente, outros tipos de pares estereoscópicos podem ser empregados usando o método de correlação de imagem digital, onde duas imagens ópticas adquiridas com ângulos diferentes tiradas da mesma passagem de um avião ou um satélite de observação da Terra (como o instrumento HRS de SPOT5 ou a banda VNIR de ASTER). [3]

Em 1986, o satélite SPOT 1 forneceu os primeiros dados de elevação utilizáveis ​​para uma porção considerável da massa terrestre do planeta, usando correlação estereoscópica de duas passagens. Posteriormente, mais dados foram fornecidos pelo Satélite Europeu de Sensoriamento Remoto (ERS) usando o mesmo método, a missão de topografia do radar Shuttle usando SAR de passagem única e a instrumentação ASTER no satélite Terra usando pares estéreo de passagem dupla. [3]

Os métodos mais antigos de geração de DEMs frequentemente envolvem a interpolação de mapas digitais de contorno que podem ter sido produzidos por levantamento direto da superfície da terra. Esse método ainda é usado em áreas montanhosas, onde a interferometria nem sempre é satisfatória. Observe que os dados da linha de contorno ou quaisquer outros conjuntos de dados de elevação amostrados (por GPS ou levantamento do solo) não são DEMs, mas podem ser considerados modelos digitais de terreno. Um DEM implica que a elevação está disponível continuamente em cada local na área de estudo.

A qualidade de um DEM é uma medida da precisão da elevação em cada pixel (precisão absoluta) e da precisão da morfologia apresentada (precisão relativa). Vários fatores desempenham um papel importante para a qualidade dos produtos derivados de DEM:

  • rugosidade do terreno
  • densidade de amostragem (método de coleta de dados de elevação)
  • resolução de grade ou algoritmo de tamanho de pixel
  • resolução vertical
  • algoritmo de análise de terreno

Dados empacotados

Modelo Digital de Elevação (DEM) da Austrália derivado do LiDAR 5 Meter Grid
A Grade de 5 metros do Modelo Digital de Elevação (DEM) da Austrália derivada do modelo LiDAR representa um DEM Nacional de 5 metros (terra nua) que foi derivado de cerca de 236 pesquisas LiDAR individuais entre 2001 e 2015 cobrindo uma área superior a 245.000 quilômetros quadrados.

250m) DEM nacional e grade de direção de fluxo descrevendo as direções principais de drenagem de superfície em toda a Austrália.

90m) Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) Modelo de elevação digital (DEM) versão 1.0 foi derivado da reamostragem de 1 segundo de arco (

30m) DEM em grade (ANZCW0703013355). O DEM representa a topografia da superfície do solo e exclui características de vegetação. O conjunto de dados foi derivado do Modelo Digital de Superfície de 1 segundo (DSM ANZCW0703013336) removendo automaticamente os deslocamentos de vegetação identificados usando vários mapas de vegetação e diretamente do DSM. O produto de 1 segundo fornece melhorias substanciais na qualidade e consistência dos dados em relação aos dados SRTM originais, mas não está livre de artefatos. Estruturas feitas pelo homem, como áreas urbanas e torres de linhas de transmissão, não foram tratadas. A remoção dos efeitos da vegetação produziu resultados satisfatórios na maior parte do continente e as áreas com defeitos são identificadas nas camadas de avaliação de qualidade distribuídas com os dados e descritas no Guia do Usuário (Geoscience Australia e CSIRO Land & amp Water, 2010). Uma descrição completa dos métodos está em andamento (Read et al., In prep Gallant et al., In prep). O DEM de 3 segundos foi produzido para uso pelo governo e pelo público sob atribuição Creative Commons.

30m) O conjunto de DEMs contém três modelos nacionais de modelo digital de elevação (DEM), DEM suavizado (DEM-S) e DEM reforçado hidrologicamente (DEM-H). Esses produtos de 1 segundo são uma melhoria significativa no modelo de superfície digital (DSM) do Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) do qual foram derivados.


Modelo de elevação digital de mais alta resolução para o Reino Unido? - Sistemas de Informação Geográfica

A utilização de produtos de sensoriamento remoto por satélite, como Modelos Digitais de Elevação (DEMs), sob interfaces computacionais específicas de Sistemas de Informações Geográficas (SIG), tem promovido e facilitado a aquisição de dados sobre características hidrológicas específicas, como declividade, direção de fluxo e acúmulo de fluxo , que são dados essenciais para a hidrologia ou modelos hidráulicos na escala da bacia hidrográfica. No entanto, embora DEMs de resolução diferente variando de alguns km até 20m estejam disponíveis gratuitamente para o continente europeu, esses dados de elevação de sensoriamento remoto são bastante grosseiros em casos onde grandes áreas planas são dominantes dentro de uma bacia hidrográfica, resultando em uma representação insatisfatória de as características do terreno. Este trabalho científico visa implementar uma técnica de interpolação de penteados para o aprimoramento da análise de um DEM, a fim de ser usado como o modelo de terreno de entrada para um modelo hidráulico para a avaliação da propagação de eventos de inundação potencial em planícies. Mais especificamente, a segunda versão do ASTER Global Digital Elevation Model (GDEM2), que tem uma precisão geral de cerca de 20 metros, foi interpolada com um grande número de pontos de controle aéreo disponíveis na Hellenic Mapping and Cadastral Organization (HMCO). A incerteza inerente aos conjuntos de dados disponíveis (ASTER e amp HMCO) e o aparecimento de erros e artefatos não correlacionados foi minimizada pela incorporação de filtragem geoestatística. A resolução do DEM produzido foi de aproximadamente 10 metros e sua validação foi realizada com o uso de um conjunto de dados externo de 220 pontos de levantamento geodésico. O MDE derivado foi então utilizado como entrada para o modelo hidráulico InfoWorks RS, cujo funcionamento se baseia nas características do relevo contidas no modelo do terreno, para definir, de forma automatizada, os parâmetros da seção transversal e simular a distribuição espacial da inundação. A planície de Serres, que está localizada na parte a jusante da bacia hidrográfica transfronteiriça de Struma / Strymon compartilhada pela Bulgária e a Grécia, foi selecionada como área de estudo de caso, devido à sua importância para a economia regional e nacional da Grécia e devido ao numerosos eventos de inundação registrados no passado. Os resultados do processamento da simulação demonstraram a importância de modelos de relevo de alta resolução para estimar as zonas de risco de inundação potencial, a fim de mitigar a catástrofe causada, tanto em termos econômicos quanto ambientais, por este tipo de evento extremo.


Existem muitas maneiras de obter as informações mostradas em um mapa digital do terreno. Freqüentemente, esses dados são obtidos usando equipamentos de sensoriamento remoto, em vez de métodos de levantamento direto. Os satélites de radar são freqüentemente usados ​​para criar modelos de grandes áreas de terreno. Embora esses satélites geralmente tenham apenas uma resolução de cerca de dez metros, eles podem obter informações sobre uma área de dezenas de milhas de largura em uma única passagem. Existem outros métodos também. Um par de imagens adquiridas com diferentes ângulos de um avião ou satélite pode ser usado para inferir o terreno. Os primeiros modelos digitais de terreno usando este método foram criados em 1986 para uma grande parte do planeta usando dados do satélite SPOT 1.
Em muitos casos, os modelos digitais de terreno são gerados a partir de mapas de contorno que geralmente são produzidos por meio de levantamentos diretos da superfície da terra. Os dados da linha de contorno são obtidos por vários métodos de levantamento, incluindo LIDAR, radar Doppler, Teodolito ou equipamento de levantamento de estação total. Usando o GPS, os dados de elevação podem ser relacionados a um local específico. Essas informações podem então ser transformadas em um mapa de contorno digital ou modelo de terreno, que transforma os dados brutos em um modelo permitindo ao observador “visualizar” a paisagem de maneira virtual.

Embora os mapas de contorno possam conectar pontos de elevação iguais, mas não forneçam dados para pontos intermediários, os DTMs podem fornecer informações de elevação contínua em todo o modelo. Além disso, ao contrário dos mapas de contorno que são bidimensionais, um mapa digital do terreno fornece imagens 3D em muitos casos, "voos" ou programas semelhantes permitem que o usuário manipule o mapa para visualizar todas as áreas e ângulos do terreno.


Escolhendo os melhores conjuntos de dados de elevação para mapas de risco de inundação

A AIR está desenvolvendo mapas de risco de inundação em todo o mundo para mercados onde ainda não é possível criar modelos de inundação totalmente probabilísticos (como fizemos para os EUA, Reino Unido e Alemanha). Estes mapas fornecem uma visão da extensão da inundação associada às magnitudes do fluxo do rio nos períodos de retorno de 100, 250 e 500 anos (1%, 0,4% e 0,2% de probabilidades de excedência anual) e podem ser importados como perigo camadas no Touchstone ® para facilitar o gerenciamento de acumulações e decisões de subscrição eficientes. Os dois primeiros, lançados no início deste ano, são para a Tailândia e a China.

Os dados de elevação são um dos aspectos mais importantes da avaliação do risco de inundação porque a extensão e a profundidade da inundação são determinadas por eles. Para alguns países, incluindo os já mencionados EUA, Reino Unido e Alemanha, modelos digitais de terreno de alta resolução (DTMs) estão prontamente disponíveis. Mas nem a China nem a Tailândia algum DTMs disponíveis publicamente na escala do país ou da bacia hidrográfica.

A AIR decidiu usar um Modelo Digital de Elevação (DEM) global para desenvolver mapas de risco para esses países. Consideramos dois conjuntos de dados de elevação comumente usados ​​e disponíveis gratuitamente com resolução suficiente para modelagem: o Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM e o ASTER DEM, com resolução de 90 me 30 m, respectivamente.

Embora o ASTER DEM possa parecer a escolha óbvia por causa de sua resolução mais alta, essa não é a única consideração ao selecionar um conjunto de dados de elevação. Elevação precisão também é muito importante.

Como o ASTER DEM usa pares sobrepostos de imagens de satélite para estimar a elevação, a interferência atmosférica, as nuvens, o ângulo do sol e outras variáveis ​​podem introduzir erros nas estimativas. O conjunto de dados SRTM foi gerado usando um sistema de radar de abertura sintética (SAR) montado no Ônibus Espacial Endeavour e não sofre com essas limitações, portanto, pode fornecer melhores estimativas da elevação real.

Vamos dar uma olhada na área de Bangkok para entender melhor as diferenças entre ASTER e SRTM.


Bangkok, ASTER, resolução de 30 m (Fonte: NASA)


Bangkok, SRTM, resolução de 90 m (Fonte: NASA)

Bangkok está situada no delta do rio Chao Phraya, no centro da Tailândia. O terreno é plano e baixo, com uma altitude média de 1,5 metros (4 pés 11 pol.) Acima do nível do mar. Grande parte da área era pantanosa antes de ser drenada para a agricultura, e a cidade que a ocupa hoje está afundando lentamente.

O ASTER e o SRTM refletem a geografia de Bangkok, mas apresentam visões ligeiramente diferentes da elevação do rio em relação à cidade ao redor. O conjunto de dados ASTER DEM descreve o rio Chao Phraya como tendo uma altitude mais elevada do que grande parte da cidade, o que não é o caso. Os dados de elevação SRTM representam a elevação do rio com mais precisão, não apenas por causa do extenso pós-processamento pela NASA para capturar com precisão as elevações dos recursos hídricos.

Além da estimativa melhorada de elevações de recursos de água, a quantidade de variabilidade de elevação inter pixel ou "ruído" é muito menor com SRTM do que ASTER. Os dois gráficos abaixo mostram quanta variabilidade existe nos dados de elevação ASTER, em comparação com os dados de elevação SRTM relativamente suaves. Além disso, podemos ver que o ASTER inclui as elevações de edifícios em suas estimativas de elevação. Embora SRTM também inclua algumas informações sobre alturas de edifícios, a magnitude do impacto na estimativa de elevação é muito menor do que para ASTER.


Perfil de elevação ASTER para um perfil de elevação leste-oeste de 8,5 km em Bangkok e o rio Chao Phraya


Perfil de elevação SRTM para um perfil de elevação leste-oeste de 8,5 km em Bangkok e o rio Chao Phraya

À medida que o AIR continua a expandir a cobertura geográfica de seus modelos de inundação, continuaremos a buscar os melhores conjuntos de dados de elevação para inclusão em nossos modelos-e em nossos mapas de risco de inundação. Embora seja tentador optar pelos dados de elevação de mais alta resolução, é ainda mais importante garantir que os dados representem com precisão todos os aspectos do terreno a ser modelado.

Para obter mais informações sobre os mapas de risco de inundação do AIR para a China e Tailândia, leia o resumo das soluções.


Especificações do sistema

Os sistemas LIDAR estão evoluindo há mais de uma década e provavelmente continuarão a evoluir ainda mais rapidamente nos próximos anos. Portanto, ao planejar a aquisição de dados, é essencial obter especificações dos sistemas disponíveis atualmente. Essas especificações determinarão os custos de aquisição de dados e, muito provavelmente, a viabilidade dos projetos que os dados adquiridos devem apoiar. As principais especificações operacionais de um sistema LIDAR são descritas abaixo:

Frequência de varredura é o número de pulsos ou feixes emitidos pelo instrumento a laser em 1 segundo. Os instrumentos mais antigos emitiam alguns milhares de pulsos por segundo. Os sistemas modernos suportam frequências de até 167 kHz (167.000 pulsos por segundo). Um sistema de alta frequência pode gerar densidades de retorno desejadas operando em uma aeronave que voa mais alto e mais rápido do que uma aeronave transportando um sistema de frequência mais baixa, reduzindo assim o tempo de voo e os custos de aquisição.

Padrão de digitalização é o arranjo espacial de retornos de pulso que seriam esperados de uma superfície plana e depende do mecanismo usado para direcionar os pulsos através da linha de vôo. Dos quatro padrões de varredura suportados por instrumentos usados ​​na aquisição de dados de laser, o padrão gangorra e seu equivalente estabilizado são os mais comuns. Nesses dois padrões, o pulso é direcionado através da faixa de varredura por um espelho oscilante e os retornos são gerados continuamente em ambas as direções da varredura. No padrão de linha paralela, um espelho poligonal giratório direciona pulsos ao longo de linhas paralelas ao longo da faixa e os dados são gerados em apenas uma direção da varredura. O padrão elíptico é gerado por meio de um espelho giratório que gira em torno de um eixo perpendicular ao plano de rotação.

Divergência de feixe Ao contrário de um sistema de laser verdadeiro, as trajetórias dos fótons em um feixe emitido por um instrumento LIDAR se desviam ligeiramente da linha de propagação do feixe (eixo) e formam um cone estreito em vez do cilindro fino típico dos sistemas de laser verdadeiro. O termo “divergência do feixe” refere-se ao aumento no diâmetro do feixe que ocorre à medida que a distância entre o instrumento a laser e um plano que intercepta o eixo do feixe aumenta. As configurações típicas de divergência de feixe variam de 0,1 a 1,0 milirad. Em 0,3 milirad, o diâmetro do feixe a uma distância de 1000 m do instrumento é de aproximadamente 30 cm. Como a quantidade total de energia de pulso permanece constante independentemente da divergência do feixe, em uma divergência de feixe maior, a energia do pulso é espalhada por uma área maior, levando a uma relação sinal-ruído mais baixa.

Ângulo de varredura é o ângulo em que o eixo do feixe é direcionado para longe do plano “focal” do instrumento LIDAR. O ângulo máximo suportado pela maioria dos sistemas não excede 15 graus. O ângulo é registrado como positivo em direção a estibordo e negativo em direção a bombordo da aeronave. A combinação de ângulo de varredura e altura de vôo acima do solo determina a faixa de varredura.

Diâmetro da pegada é o diâmetro de um feixe interceptado por um plano posicionado perpendicularmente ao eixo do feixe a uma distância do instrumento igual à altura nominal de vôo. É, portanto, uma função da divergência do feixe e da altura de vôo acima do alvo. A distribuição da energia do pulso não é uniforme ao longo da extensão da pegada. Ele diminui radialmente a partir do centro e pode ser aproximado por uma distribuição gaussiana bidimensional.

Comprimento do pulso é a duração do pulso, em nanossegundos (ns). Junto com as configurações de discretização, ele determina a resolução de alcance do pulso em sistemas de retorno múltiplo ou a distância mínima entre retornos consecutivos de um pulso.

• Número de retornos (por feixe / pulso) é o número máximo de retornos individuais que podem ser extraídos de um único feixe. Certos sistemas podem identificar o primeiro ou o primeiro e o último retorno. A maioria dos sistemas modernos pode identificar múltiplos retornos (por exemplo, até cinco) de um único feixe.

Espaçamento da pegada é a distância nominal entre os centros de feixes consecutivos ao longo e entre as linhas de varredura, que, junto com a divergência do feixe, determina a resolução espacial dos dados LIDAR. O espaçamento da pegada é uma função da frequência de varredura, da altura de voo acima do solo e da velocidade da aeronave.


Abstrato

Recém-disponíveis, conjuntos de dados de elevação mais detalhados e precisos, como Modelos Digitais de Elevação (DEMs) gerados com base em imagens de sistemas terrestres LiDAR (Detecção de Luz e Distância) ou Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs), podem ser usados ​​para melhorar modelar dados de entrada e, conseqüentemente, aumentar a precisão dos resultados da modelagem de inundação. Este artigo apresenta a primeira aplicação do MBlend método de fusão e avalia o impacto da combinação de diferentes DEMs nos resultados da modelagem de enchentes. Foi demonstrado que diferentes métodos de mesclagem de raster podem ter impactos diferentes e substanciais sobre esses resultados. Além da influência associada ao método usado para mesclar os DEMs originais, a magnitude do impacto também depende (i) das diferenças horizontais e verticais sistemáticas dos DEMs e (ii) da orientação entre o limite do DEM e o terreno inclinação. As maiores diferenças de profundidade de água e velocidade de fluxo entre os resultados de modelagem de inundação obtidos usando o DEM de referência e os DEMs combinados variaram de -9,845 a 0,002 m, e de 0,003 a 0,024 ms -1, respectivamente, essas diferenças podem ter um impacto significativo nas estimativas de risco de inundação . Na maioria dos casos investigados neste estudo, as diferenças dos resultados de referência do DEM foram menores para o MBlend método do que para os resultados dos dois métodos convencionais. Este estudo destacou a importância da fusão DEM ao conduzir a modelagem de enchentes e forneceu dicas sobre os melhores métodos de fusão DEM a serem usados.


Modelo de elevação digital de mais alta resolução para o Reino Unido? - Sistemas de Informação Geográfica

Esses métodos de coleta DEM podem ser comparados considerando quatro aspectos:

(d) requisitos de pré-processamento

Tradicionalmente, os dados de elevação são coletados por agrimensores a partir de levantamentos de solo ou por digitalização semiautomática usando estereoplotadores. Este é o método de coleta de dados mais preciso, mas também o mais caro. Os desenvolvimentos mais recentes consideram a correspondência automática de imagens estereoscópicas, o uso de varredura a laser e imagens de sensoriamento remoto, seja com sobreposição estereoscópica (SPOT, ASTER) ou imagens interferométricas. Observe que, no caso de dados de elevação derivados de fontes de sensoriamento remoto, a densidade de amostragem está intimamente relacionada à resolução do solo.

A partir das técnicas acima mencionadas, a varredura a laser parece ser o método mais preciso com a maior densidade de amostragem. Além disso, no caso de varredura a laser, tanto a superfície do objeto quanto a superfície do solo podem ser gravadas, de forma que os dados de elevação sejam melhor definidos como Modelos de Superfície Digital (DSM). Uma comparação de várias superfícies de elevação pode então ser usada para mapear três alturas ou estimar o volume de objetos. Laserscanning já foi aplicado para mapear edifícios, linhas de energia, poços abertos, texturas de superfície e até mesmo ondas na água. A segunda nova técnica altamente econômica é o sistema de radar interferométrico aerotransportado e espacial, que pode ser usado para derivar com precisão os dados da cobertura da terra e do terreno. Elevação típica Root Mean Square Error RMSE (z), alcançada com o uso de imagens interferométricas espaçadoras varia de poucos a dez metros.

Os DEMs estão cada vez mais se tornando disponíveis no mercado hoje. Muitos países já oferecem grades de elevação em resoluções de curso (& gt 250 m) e a um preço comercial. A fonte gratuita de dados de elevação com cobertura global é o mapa digital de elevação global com um espaçamento de grade horizontal de 30 segundos de arco, que é de aproximadamente 1 x 1 km. É derivado de várias fontes raster e vetoriais de informações topográficas nacionais e está disponível no site do US Geological Survey.

Em fevereiro de 2000, o sistema de radar Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) coletou dados topográficos em aproximadamente 80% das superfícies terrestres da Terra, criando o primeiro conjunto de dados quase global de elevações de terra em 1 segundo de arco (cerca de 30 metros ) e resoluções de solo de 3 segundos de arco (cerca de 90 metros). Nos EUA, esses dados foram divulgados ao público e estão disponíveis no Data Center EROS (Earth Resources Observation Systems) do US Geological Survey para download via FTP (File Transfer Protocol). Os dados para áreas fora dos EUA estão disponíveis em uma resolução de 90 me podem ser baixados via FTP do Global Land Cover Facility em www.landcover.org.

Em um ambiente GIS, um DEM é comumente modelado e visualizado usando duas estruturas de dados principais:

1. Grade retangular ou matriz de elevação (GRID) e

2. Triangulated Irregular Network (TIN).

The GRID DEM is typically stored as a raster map (or image), where each pixel carries the information on elevation or terrain parameter. The TIN DEM is based on the triangular elements with their vertices at the sample points. The advantage of TIN DEM compared to the GRID DEM is that it can incorporate structural features such as peaks, slope breaks and conic pits, and by some is considered a more accurate structure for terrain parameterisation especially when contour data is used. Although the gridded DEM-data model is non-adaptive and commonly over-samples in low-relief areas and undersamples in high-relief areas, it is somewhat more attractive than the TIN DEM due to its simple data structure and high possibilities of GIS operations. It is easier to manipulate, process and integrate it with other GIS data, especially in the DTA applications and has been used as the primary structure in ILWI5 and other similar GIS packages.

Availability of Digital Elevation Data:

One of the most practical and valuable returns from the United States space programme is the SRTM digital elevation model. Until the production of the SRTM DEM, good-quality measurements the Earth's surface at practical levels of detail did not exist or were not generally available for much of the planet. SRTM was developed at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) as a joint venture of NASA, the United States National Geospatial Intelligence Agency (NGA), and the German and Italian Space Agencies. The mission collected 12 terabytes (10 12 bytes) of data over nearly all of Earth's landmass between 60 N and 56 S in just 11 days in February 2000. Elevation measurements were derived from interferometric analysis of the C-band radar signal and were processed at JPL. The resultant DEM has 1 arcsecond (c. 30 m) postings, with an absolute vertical resolution significantly better than the mission specification of 16 m. The SRTM DEM is now freely available (at a somewhat reduced effective resolution for non-US areas). However, the DEM is not spatially comprehensive. It did not cover areas within 30 latitude of the poles and, more troublesome for most users, it has substantial gaps (voids) where the radar interferometric system failed to provide a signal adequate for DEM generation.

Meanwhile, generally coincident with the SRTM Project, but continuing to 2010 and beyond, ASTER has been acquiring imagery across all areas of the planet up to within 8o latitude of the poles. ASTER is one of the sensors operating on Terra, a satellite launched in December 1999 as part of NASA' Earth Observing System (EOS). The ASTER Project is a co-operative effort between NASA, Japan's Ministry of Economy, Trade and industry, and Japan's Earth Remote Sensing Data Analysis Center. ASTER covers wide spectral region with 14 bands from visible to the thermal infrared, with high spatial, spectral and radiometric resolution. The spatial resolution varies with wavelength: 15 m in the visible and near infrared (VNIR 0.55-0.80 m) 30 m in the short wave infrared (SWIR 1.65-2.4 m) and 90 m in the thermal infrared (TIR 8.3- 11.32 m). An additional band is the key to producing digital elevation models. This band (named 3B) is the same as nadir band 3 (NIR), except that it observe at a backward angle of c. 28 , producing a store pair for each daytime ASTER image. Each ASTER scene covers an area of 60 x 60 km, and the sensor has up to 8.55 of pointing capabilities. Standard DEMs produced by the United States Geological Survey Eros Data Center (USGS-EDC) have 30 m postings, similar to SRTM's 1 arcsecond posting. However, users can also produce their own DEMs from the band 3 stereo pair using any chosen software. ASTER DEMs are comparable in resolution to those from SRTM. However, potential improve ments are still possible since the DEMs do not capture all of the topographic detail that is visually apparent in the stereo imagery.

Geological Applications of DEMs

Exact information about the Earth s surface is of fundamental importance in all geosciences. Topography exerts control over range of Earth surface processes (evaporation, water flow, mass movement, forest fires) which are important for energy exchange between the physical climate system in the atmosphere and the biogeochemical cycles at the Earth surface. Ecology investigates the dependencies between all life forms and their environment such as soil, water, climate and landscape. Hydrology draws upon knowledge about the relief of ground surface to model the movement of water, glaciers and ice. Geomorphology describes the relief, recognizing form-building processes. Climatology investigates fluxes of temperature, moisture and air particles all influenced by topography.

Another area of application of DEMs is the global land cover classification. Precise mapping and classification of the Earth's surface at a global scale is the most important prerequisite for large-scale modeling of geo-processes. It has been demonstrated through numerous studies that radar images are suitable for documentation and classification of natural vegetation and agricultural areas. In remote sensing DEMs are used to correct images or retrieve thematic information with respect to sensor geometry and local relief to produce geocoded products. Thus, for the synergic use of different sensor systems (and GIS), digital elevation model are a prerequisite for geocoding satellite images and correcting terrain effects in radar scenes. This is detailed in the following section.

Applications in Topographic Studies:

Topography is a graphic representation of natural features of the earth's surface including hills, valleys, rivers, lakes and other similar features. Typically, topography is drawn on maps and charts or as shaded relief. These methods of displaying relief are, however inadequate in that they do not give any information on the elevation above sea level of all points on the map or how steep the slopes are. The knowledge of surface topography is of major importance to Earth sciences. It is essential in any discipline concerned with process modeling like hydrology, climatology, geomorphology and ecology. It is also a prerequisite for many applications in civil and military agencies and in industrial areas like telecommunications (specifically, radio wave propagation), navigation, hydrology, disaster management (prevention, relief, assessment), transportation and infrastructure planning.

Today, the techniques of radar interferometry with Synthetic Aperture Radar systems (SAR) and laser interferometry (LIDAR) are currently the most advanced technology and the most effective way of acquiring topographic information. It is independent of cloud covers, sun illumination and the contrast of the Earth's surface.

Applications in Remote Sensing and Topographic Mapping:

DEMs have many applications in remote sensing and mapping, such as topographic mapping (contours), thematic mapping, orthoimage generation and image analysis, map revision, and so on. To make images useful as backdrops for other thematic information and base maps, it is desirable that the images have characteristics similar to those of maps. This means that the same scaling, orientation, and projection into a geo-referencing system should be adopted.

Remote sensing images, either satellite or aerial images, do not have such good characteristics due to the distortions caused by the imperfections of camera or scanner systems, the instability of platforms (tilts and flying height variations), atmospheric refraction, the earth s curvature, and terrain height variations. The two most serious factors are the instability of the platform and terrain height variations. Therefore, geometric rectification is required.

Use of DEMs in Geological Mapping:

DEMs are important in providing valuable geological information that can be used as a guide in defining the geology of a given area. Geological structures and rock unit boundaries showing a strong correlation with relief can be mapped with detailed topographic analysis. Digital Elevation Models (DEMs) are the most suitable tools for such kind of analysis because they yield an accurate representation of relief and can be processed with computers. Using DEMs, topographic attributes (elevation, slope, etc.) are easily quantified and can be displayed as output images called DEM derived surfaces. Through these images, DEMs display the relationships between topography and geology.

Although DEMs are currently being used for describing geological features related to geomorphology, hydrology and tectonics, they still have not become a common tool in geological mapping projects.

Of particular importance to geological mapping are DEM derived surfaces. The following functions have been found to be most useful in depicting geological information:

1. Slope Displays the grade of steepness expressed in degrees or as percent slope. This image can reveal structural lineaments, fault scarps, fluvial terrace scarps, etc.

2. Aspect Identifies the down-slope direction. Aspect images may enhance landforms such as fluvial networks, alluvial fans, faceted fault related scarps, etc.

3. Shaded topographic relief or hill-shading This image depicts relief by simulating the effect of the sun's illumination on the terrain. The direction and the altitude of the illumination can be changed in order to emphasize faults, lineaments, etc. This image is probably the most useful to display geological data related to landforms in terrains that show a close correlation between geology and topography.

4. Flow direction Shows the direction of flow by finding the direction of the steepest descent or maximum drop. This DEM derived surface depicts the drainage.

5. Basin Function that uses a grid of flow direction (output of flow direction) to determine the contributing area.

To summarize, the science community, for example, employs DEMs for research on

Water and wildlife management

Geological and hydrological modeling

Geographic information technology

Geomorphology and landscape analysis

Applications in Mineral Exploration & Water Resources:

Digital elevation models deliver basic information on geologic structures. These information sources are especially important in remote areas where coverage by topographic maps is limited. Exploration geologists are possibly the most experienced users of digital elevation models and multipectral remote sensing data. By analyzing digital elevation models they determine promising regions of potential mineral deposits which find an expression as a topographic prominence or depresion, or placer deposits found along stream channel. More and more, a combination of remote sensing data, especially DEMs, with gravity maps the identification of oil spills on satellite imagery and other phenomena and combinations leads the prospecting companies to successful explorations. In addition to exploration activities digital elevation models are also used for monitoring the exploration consequences. The problems of subsidence in mining regions, for example, can be studied and evaluated by the use of DEMs.


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