ΨΗΦΙΑΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ε ΑΦΟΥΣ
Η γνώση του αναγλύφου συµβάλλει στον προσδιορισµό Ισοϋψών καµπυλών Κλίσεων του εδάφους Προσανατολισµού Ορατότητας Μεταβολών Κατανοµής φωτισµού ιατοµών Χωµατισµών Υδροκρίτη Οπτικοποίησης ης
Οπτικοποίηση
Οπτικοποίηση η
Η ψηφιακή περιγραφή του αναγλύφου Οι επιφάνεια του εδάφους είναι φαινόµενο συνεχές και όχι διακριτό ακρτό Για την πλήρη περιγραφή της επιφάνειας απαιτούνται εποµένως άπειρα σηµεία και άρα τεράστιος αποθηκευτικός χώρος Ζητούµενο είναι να περιγραφεί η συνεχής επιφάνεια µε ψηφιακό τρόπο και µε πεπερασµένο αριθµό σηµείων Η απάντηση η είναι το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους ( ΨΜΕ - DTM)
Γιατί ΨΜΕ ; Ψηφιακό: Χρήση ψηφιακών (ή ψηφιοποιηµένων) δεδοµένων και Η/Υ Μοντέλο: Αντιµετώπιση ενός πολύπλοκου προβλήµατος µ µε µεταβλητές, β ς που επηρεάζουν το «πρόβληµα» Εδάφους: Τοπογραφία, ανάγλυφο, υψοµετρία Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους σηµαίνει πάντοτε γήινη επιφάνεια
Ορισµός Ένα Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DTM) ουσιαστικά είναι µια ψηφιακή αναπαράσταση τµήµατος της ΦΓΕ Ένα ΨΜΕ είναι απλώς ένα σύνολο σηµείων σε ένα τρισδιάστατο σύστηµα µ αναφοράς (X,Y,Z), το οποίο προσεγγίζει την πραγµατική επιφάνεια Ένα ΨΜΕ (DTM) µπορεί να είναι το σύνολο της γεω-πληροφορίας για µια περιοχή συµπεριλαµβανοµένων και των δεδοµένων δ υψοµέτρου (ΨΜ Αναγλύφου).
Ορισµός Τα ΨΜΕ, ως αναπαραστάσεις επιφανειών δεν χρησιµοποιούνται µόνο για την επιφάνεια της γης, αλλά και για άλλες επιφάνειες Έτσι έχουµε τα Ψηφιακά Μοντέλα εδάφους, αναγλύφου υψοµέτρων επιφάνειας αντικειµένου
ΨΜ εδάφους vs ΨΜ επιφάνειας
Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους Με τα ΨΜΕ η γεωµετρία του εδάφους απεικονίζεται σε 2.5D, δηλαδή σε κάθε σηµείο (Χ,Υ) αντιστοιχεί ΜΟΝΟ ένα υψόµετρο.
Κατανοµή των δεδοµένων Τα ψηφιακά δεδοµένα µπορεί να είναι κατανεµηµένα ακανόνιστα ή να ακολουθούν ένα κανονικό κάναβο Η κατανοµή των ψηφιακών δεδοµένων εξαρτάται από την µέθοδο συλλογής ή από την συγκεκριµένη εφαρµογή. Πολλές φορές και από το εδαφικό ανάγλυφο Κανονική κατανοµή σε περιοχές όπου το ανάγλυφο είναι ήπιο ή τα υψόµετρα περίπου ίδια Μ έ έ ί ί ή δ δ έ ί Μερικές φορές µπορεί να είναι χρήσιµο τα δεδοµένα να είναι κατανεµηµένα ακανόνιστα, π.χ. λίγα σηµεία όπου το έδαφος είναι επίπεδο και περισσότερα όπου το ανάγλυφο έχει πιο έντονες εναλλαγές
Πυκνότητα δεδοµένων Γενικά μεγαλύτερος αριθμός σημείων δίνει τη δυνατότητα για καλύτερη αναπαράσταση Ψηφιακά Μοντέλα με διαφοροποιημένη ανάλυση (multiresolution l terrain models)
οµή εδοµένωνµ Ισοϋψείς Καµπύλες Πολυεδρική κατανοµή (συνήθως σε τρίγωνα) Κατανοµή σε κάναβο
Ισοϋψείς καµπύλες Οι ισοϋψείς είναι ουσιαστικά αλληλουχίες σηµείων Σχεδιάζονται εύκολα Τις αντιλαµβάνεται ο άνθρωπος Είναι ακατάλληλες για αυτοµατοποιηµένη επεξεργασία
Κατανοµή δεδοµένων σε τρίγωνα Τα πιο συνηθισµένα ΨΜΕ είναι τα ΤΙΝ (Triangular Irregular Networks ), όπου η επιφάνεια του εδάφους προσεγγίζεται µε τρίγωνα - Μπορεί να προκύψουν από οποιοδήποτε σύνολο σηµείων (µε κανονική ή όχι κατανοµή) - Προσαρµόζονται εύκολα στις ανωµαλίες του εδάφους - Αναπαριστούν συνεχείς επιφάνειες
TIN Κατανοµή σηµείων
Κατανοµή σε κάναβο (Grid) Η επιφάνεια του εδάφους προσεγγίζεται µε κανονικά πολύγωνα (συνήθως θ τετράγωνα) ) Σε κάθε τετράγωνο ορίζεται συνάρτηση παρεµβολής που συνυπολογίζει και τις τέσσερις τιµές στις κορυφές του τετραγώνου
Πλεονεκτήµατα - Μειονεκτήµατα DΤM: Μόνο από κανονικά κατανεµηµένα σηµεία Άλλως παρεµβολή Μπορεί να «χάσουν» σηµαντικά χαρακτηριστικά του αναγλύφου Μπορεί να συµπεριλάβουν άχρηστα δεδοµένα σε περιοχές ήπιου αναγλύφου Λιγότερο πολύπλοκα και απαιτούν λιγότερη υπολογιστική ισχύ TIN: έχονται κανονικά και ακανόνιστα κατανεµηµένα δεδοµένα χωρίς παρεµβολή υνατότητα προσαρµογής στο ανάγλυφο του εδάφους, διαφοροποίηση µεγέθους τριγώνων και πυκνότητας σηµείων έχονται σηµειακά χαρακτηριστικά Γραµµές αλλαγής κλίσης - Breaklines (µισγάγγειες, απότοµες ρ µµ ς γής ης (µ γ γγ ς, µ ς κλίσεις κ.τ.λ.)
ηµιουργία ΤΙΝ Υψοµετρικά σηµεία ΓΑΚ -Breaklines στο ανάγλυφο ΓΑΚ -Breaklines σε έντονα χαρκτηριστικά
ηµιουργία ΤΙΝ
ηµιουργία ΨΜΕ Για την δηµιουργία ΨΜΕ απαιτούνται: Υψοµετρικά δεδοµένα για την περιοχή ενδιαφέροντος Σύνολο µεθόδων για την εξαγωγή κάθε είδους πληροφορίας για το ανάγλυφο Ένα ΨΜΕ συνήθως δηµιουργείται από την ψηφιοποίηση της υψοµετρικής πληροφορίας µε (ή από) Επίγειες γεωδαιτικές µεθόδους (total station ή GPS) Τοπογραφικούς χάρτες (ψηφιοποίηση ισοϋψών) Στερεοσκοπικά φωτογραµµετρικά µοντέλα ορυφορικά µοντέλα LiDAR SAR (Doppler radar)
ηµιουργία ΨΜΕ Από τοπογραφικούς χάρτες Συνηθισµένη µέθοδος Μη ακριβής λόγω Σφαλµάτων στις ισοϋψείς Σφάλµατα ψηφιοποίησης ησης υσµενής κατανοµή σηµείων Επίγειες µετρήσεις: ς µικρός ρ ς αριθµός µ σηµείων µε µεγάλη ακρίβεια Φωτογραµµετρική διαδικασία: ηµι- ή και πλήρως αυτόµατη 29
ηµιουργία ΨΜΕ LiDAR Οικονοµική µ µέθοδος ς για µεγάλες γ ς περιοχές Υψηλή ανάλυση SAR - Οικονοµική µέθοδος για µεγάλες περιοχές - Ανεξάρτητη καιρικών συνθηκών
Ποιότητα ΨΜΕ Η κλίµακα καθορίζει την ανάλυση (µέγεθος κανάβου) εξάρτηση από αρχικά δεδοµένα δ Η ανάλυση καθορίζει την χρήση του ΨΜΕ και το ποιά χαρακτηριστικά ρ είναι ορατά Η ποιότητα ενός ΨΜΕ εξαρτάται από την ακρίβειά του (απόλυτη ακρίβεια - absolute accuracy) και από το µε ποια πιστότητα αναπαρίσταται το ανάγλυφο (σχετική ακρίβεια - relative accuracy) Παράγοντες που επηρεάζουν: Εναλλαγές αναγλύφου Πυκνότητα σηµείων (µέθοδος συλλογής δεδοµένων) µέγεθος ς κανάβου αλγόριθµος παρεµβολής υψοµετρική ακρίβεια
Προδιαγραφές ΨΜΕ Η ακρίβεια ενός ΨΜΕ εξαρτάται από Ανάγλυφο Μέθοδο συλλογής Επιλογή ΓΑΚ (breaklines) Μέθοδο παρεµβολής Πυκνότητα σηµείων Η οποία συνήθως επιλέγεται 2-20mm στην κλίµακα του χάρτη (π.χ. για 1:5000 10-100m!!) Ο έλεγχος ενός ΨΜΕ πραγµατοποιείται Οπτικά (υπέρθεση στο στερεοµοντέλο) Με σηµεία ελέγχου (παρεµβολή στο ΨΜΕ) Με σύγκριση & Α ορθοφωτογραφίας
Παρεµβολή Υπολογισµός υψοµέτρων (z) σε σηµειακές θέσεις Υπολογισµός υψοµέτρων (z) στις κορυφές ενός ορθογωνίου πλέγµατοςµ από δεδοµένα µ µε τυχαία σηµειακή κατανοµή Πύκνωση / αραίωση ενός ορθογώνιου πλέγµατος (resampling) Συνολικές µέθοδοι (global) Τοπικές ή τµηµατικές µέθοδοι (local ή piecewise)
Παρεµβολή εν υφίσταται ο «άριστος» αλγόριθµος παρεµβολής που να υπερέχει σαφώς από όλους τους υπόλοιπους για όλες τις εφαρµογές Τα πιο σηµαντικά κριτήρια για την επιλογή µιας µεθόδου παρεµβολής βασίζονται στο βαθµό κατά τον οποίο: (1) µπορούν να ληφθούν υπόψη δοµικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας του ανάγλυφου και (2) η συνάρτηση παρεµβολής να µπορεί να ενσωµατώνει επιφάνειες αναγλύφου µε διάφορα χαρακτηριστικά ρ Η ποιότητα ενός δηµιουργούµενου ΨΜΕ καθορίζεται από την κατανοµή και την ακρίβεια ρβ των αρχικών δεδοµένων µ (π.χ. χ διαδικασία δειγµατοληψίας) και την καταλληλότητα της χρησιµοποιούµενης µεθόδου παρεµβολής (σε σχέση µε τη γεωµετρική συµπεριφορά της επιφάνειας του ανάγλυφου)
Μέθοδοι Παρεµβολής Βάρος το αντίστροφο της απόστασης Κοντινότερου γείτονα Kriging
Οπτικοποίηση Εφαρµογές έδαφος και άλλες 3D επιφάνειες φωτορεαλιστικές περιηγήσεις Ανάλυση ορατότητας Υδρολογικές µελέτεςέ µελέτη υδρολογικών λεκανών προσοµοίωση πληµµυρών Μελέτες έργων χωµατισµοί, διατοµές σχεδιασµός έργων
Παραδείγµατα εφαρµογών Σκίαση αναγλύφου ΨΜΕ
Παραδείγµατα εφαρµογών Βροχόπτωση Συγχώνευση Πληροφορίας ΨΜΕ
Φωτορεαλισµός - Οπτικοποίηση
LiDAR (Mt.St. Helens)
Παραδείγµατα εφαρµογών
Παραδείγµατα εφαρµογών πριν µετά Προοπτικό