Глобальные цифровые модели высот

Материал из Вики-фотограмметрии
Перейти к: навигация, поиск


При фотограмметрической обработке данных космической съемки помимо самих снимков практически всегда необходимы и другие материалы: точки планово-высотного обоснования и цифровые модели высот (ЦМВ).

Создание ЦМВ связано со значительными затратами времени и средств, в связи с этим имеет смысл использовать существующие глобальные модели высот, если их точность удовлетворяет требованиям текущего проекта. Ориентировочно с помощью доступных на сегодняшний день глобальных ЦМВ можно получать выходные материалы в масштабах от 1:25 000 и мельче.

Характеристики глобальных моделей высот

Распространение

Среди глобальных моделей высот (описывающих всю или почти всю поверхность земного шара) есть как бесплатные, находящиеся в свободном доступе в сети Интернет, так и распространяемые на коммерческой основе.

Данные в основе

Глобальные ЦМВ строятся в основном по данным стереоскопической оптической и интерферометрической радиолокационной космической съёмки.

Точность

Геометрическая точность ЦМВ зависит от того, по каким исходным снимкам и элементам ориентирования они были получены. Точность глобальных ЦМВ традиционно оценивается по более точным моделям высот, имеющихся для отдельных участков, и выражается с помощью различных усредненных показателей, таких, например, как СКО или LE90.

В спецификациях приводятся усредненные данные о точности модели либо для всей модели целиком либо для различных регионов или классов земной поверхности в зависимости от наклона рельефа и характера местности (открытые территории, покрытые лесом или занятые городской застройкой).

Размер ячейки сетки

Информативность модели определяется, в том числе расстоянием между точками (размером ячейки или шагом сетки), в которых задана высота.


Ниже приведена сводная таблица, содержащая основные характеристики глобальных ЦМВ.


Глобальные цифровые модели высот, описывающие всю или почти всю поверхность земного шара
Модель Год Данные в основе Кто создает Распространение/
подробное описание
Покрытие Размер ячейки Абсолютная точность
по высоте
Относительная точность
по высоте
LE90 СКО LE90 СКО
GMTED2010 2010 Составлена по данным из разных источников (в основном SRTM, а также: CDED, Reference 3D, NED, GEODATA 9 и др.). Является заменой устаревшей GTOPO30. USGS, NGA В свободном доступе:
https://lta.cr.usgs.gov/GMTED2010

Подробное описание (отчет USGS):
Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010
84 с.ш. - 56 ю.ш. 7,5" (250 м)
15" (500 м)
30"(1000 м)
56-60 м
58-64 м
50-82 м
26-30 м
29-32 м
25-42 м[1]
   
ASTER GDEM2 10.2011 Стереопары оптических снимков Terra Aster.

ASTER GDEM2 — улучшенная версия ASTER GDEM: добавлены новые сцены, исправлены ошибки. Для замены аномальных значений использованы данные других моделей: SRTM, NED, CDED, Alyaska DEM.
METI, NASA В свободном доступе:
http://earthexplorer.usgs.gov/
Существуют ограничения на использование.

Подробное описание (отчет по валидации ASTER GDEM2):
ASTER GDEM2 Summary of Validation Results
83 с.ш. - 83 ю.ш. (99% поверхности земного шара) 1" (30 м) 12-30 м 6-15 м[2]    
SRTM C-band 07.2003 Интерферометрические пары радиолокационных снимков, полученные в 2000 году сенсором SIR-C и X-SAR, в результате съемки с борта космического корабля многоразового использования "Шаттл". NASA, NGA В свободном доступе:
http://earthexplorer.usgs.gov/

Подробное описание (отчет, размещенный на сайте NASA):
SRTM_paper
60 с.ш. - 56 ю.ш. (80% поверхности земного шара) 1" (30 м, США)
3" (90 м, мир)
11,2-18 м 5,6-9,0 м [3] 9-14 - 19,6 м 4,7 - 9,8 м
SRTM X-band 09.2011 Интерферометрические пары радиолокационных снимков, полученные в 2000 году сенсором X-SAR, в результате съемки с борта космического корабля многоразового использования "Шаттл". DLR В свободном доступе:
http://eoweb.dlr.de:8080/index.html (геопортал DLR)
Существуют ограничения на использование.

Подробное описание (документ DLR):
DLR SRTM X-SAR Digital Elevation Models
60 с.ш - 56 ю.ш. (покрытие содержит значительные промежутки между полосами съемки: чем южнее, тем пропусков больше). 1´´ (30 м) 16 м[4] 8 м 6 м 3 м
SPOT DEM[5] (Reference 3D) Создается с 2002 года Стереопары оптических снимков SPOT5 HRS (более 90%), пробелы заполнены данными SRTM. Spot Image/IGN На коммерческой основе (заказать можно у компании Astrium).

Подробное описание (техническое описание с сайта Astrium):

Reference3D Product Description

43% поверхности земного шара (80 млн кв. км к 2014 году) 1´´ (30 м, для некоторых территорий 20 м) 10-30 м[6](в зависимости от уклона рельефа) 5-15 м (в зависимости от уклона рельефа) 5-28 м[7](в зависимости от уклона рельефа) 2,5 - 14 м (в зависимости от уклона рельефа)
NextMap World 30 07.2012 Модель поверхности, полученная по данным нескольких источников: SRTM, версия 2, ASTER GDEM2, GTOPO30, лидарные данные ICESat. Intermap На коммерческой основе (1 цент за 1 кв. км).
Заказать: https://store.intermap.com/MapShop.aspx?GeoLocation=World#

Подробное описание (технический обзор Intermap):
NEXTMap® World 30™ Digital Surface Model
100% покрытие земного шара 1´´ (30 м) от 10 м (точность варьирует в зависимости от источника данных и от территории). от 5 м[8] (точность варьирует в зависимости от источника данных и от территории).    
NextMap NextMap – продукт, включающий в себя: DSM, DTM и ORI (см. расшифровку аббревиатур).
Высотные модели получены по данным разных сенсоров.
На коммерческой основе (цена по запросу: от 1,5 долл. до 40 долл. за 1 кв. км в зависимости от размера и расположения района интереса).
Заказать: https://store.intermap.com/MapShop.aspx?GeoLocation=World#

Подробное описание (брошюры Intermap):
Америка
Европа, Ближний восток, Африка
Азиатско-тихоокеанский регион
США, Пуэрто-Рико, Ямайка, восточная Европа, Конго, Малайзия, Филиппины, часть Индонезии и Австралии 0,15´´ (5 м) от 1 м[9] для открытых участков с уклоном менее 10% (точность варьирует в зависимости от источника данных и от территории). На 80% территорий, покрытых NextMap LE90 не превышает 5 м. 0,5 - 2,5 м на 80% территорий, покрытых NextMap.    
TanDEM-X Global DEM (WorldDEM™) 2014 Интерферометрические пары радиолокационных снимков, полученных сенсорами TerraSAR-X и TanDEM-X Astrium На коммерческой основе.
Начало распространения - 2014 год.

Подробное описание (брошюра Astrium):
WorldDEM™
100% покрытие земного шара 0,4´´ (12 м);
по спец. запросу: 0,2´´ (6 м)
10 м 5 м 2 м 1 м
World 3D Topographic Data (AW3D) 2015 ALOS JAXA (World 3D Topographic Data Standard).
DigitalGlobe (World 3D Topographic Data Enhanced)
NTT DATA и RESTEC (Япония) Распространение на коммерческой основе
[1]
Прайс-лист: [2]
К марту 2016 – полное покрытие земного шара
Основные крупные города мира и густонаселенные области
5 м
4 м и 2 м
7 м
6 м/3 м (с точками ПВП)
3,5 м
3/1,5 м (с точками ПВП)
   



Комментарии к таблице

1. Точность моделей выражена через показатели LE90 и СКО. LE90 – пороговое значение для 90% расхождений. СКО – среднеквадратическая ошибка (вычисленная по расхождениям значений высот между исследуемой глобальной и эталонной моделями).

2. В таблице для каждой из моделей приведены усредненные показатели точности для всего мира либо из спецификаций, либо из отчетов, содержащих результаты масштабных проверок моделей на многочисленных участках, расположенных на разных континентах. От территории к территории точность каждой модели варьирует в зависимости от источника данных, от уклона рельефа, от характера поверхности. Для многих территорий фактическая точность (приведенная в результатах исследований для каких-либо тестовых участков) лучше точности, указанной в спецификациях.

3. Горизонтальный размер ячейки приводится в угловых секундах, поскольку это постоянная величина. Размер ячейки в метрах, колеблется в зависимости от географической широты. Приводимое в скобках значение в метрах соответствует горизонтальному размеру ячейки на экваторе.

4. В таблице жирным шрифтом указаны значения ошибок, полученные из указанных выше источников, обычным шрифтом – пересчитанные значения. Для пересчета использовалась формула: LE90=СКО×1,96. Технические описания моделей не всегда содержат информацию об относительной точности, в связи с чем, в данной таблице часть полей осталась незаполненной.

5. Диапазон значений абсолютной точности Aster GDEM2 включает в себя данные масштабной предварительной проверки ASTER GDEM, выполненной коллективом американских и японских исследователей, результаты которой изложены в документе ASTER GDEM2 – Summary of Validation Results. Усредненные значения ошибок по высоте, полученные для территорий США, Северной и Южной Америки, Африки, Австралии, Новой Зеландии, Западной Европы, Евразии и Гренландии попадают внутрь диапазона СКО, полученного японскими исследователями при сравнении ASTER GDEM2 с национальной DEM Японии на центральную часть острова Хонсю. При этом, нижняя граница диапазона (5,6 м) соответствует плоским открытым территориям, занятым рисовыми полями, а верхняя граница (15 м) приходится на горные области, покрытые лесом.

6. Земной шар практически полностью покрыт стереопарами Сartosat-1, но ЦММ, построенные по этим данным, не имеют глобального характера. Построенная на территорию Индии CartoDEM представляет собой национальную матрицу высот Индии. CartoDEM находится в свободном доступе и может быть загружена с геопортала ISRO. На остальную территорию ЦМВ по данным Сartosat-1 могут быть построены коммерческими компаниями под заказ.

7. Рисунок иллюстрирует наличие промежутков в покрытии земной поверхности данными SRTM-Х.
SRTM-Х.jpg




Расшифровка аббревиатур

CDED (Canadian Digital Elevation Data) — ЦМР Канады.
NED (National Elevation Dataset) — ЦМР континентальных штатов и Аляски.
GEODATA 9 — ЦМР Австралии.
USGS — Геологическая служба США.
NGA — Национальное агентство геопространственной разведки США.
METI — японское министерство экономики, торговли и промышленности.
NASA — космическое агентство США.
DLR — немецкое космическое агентство.
IGN — Национальный институт географии Франции.
DSM (digital surface model) — цифровая модель поверхности или, как ее чаще называют в русскоязычных текстах, цифровая модель местности (ЦММ).
DTM (digital terrain model) — цифровая модель рельефа (ЦМР).
ORI (orthorectified radar image) — ортотрансформированные радиолокационные снимки, представленные в оттенках серого.


Примечания

  1. По данным USGS, изложенным в отчете Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010
  2. Диапазон усредненных точностей для всех регионов мира, данные получены в ходе масштабной предварительной проверки и приведены в документе ASTER GDEM2 Summary of Validation Results (август 2011).
  3. Диапазон усредненных точностей для всех регионов мира, данные получены экспериментально и приведены в статье http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/SRTM_paper.pdf .
  4. Источник данных – документ DLR: DLR SRTM X-SAR Digital Elevation Models.
  5. SPOT DEM — это ЦМВ, а Reference 3D — это продукт, включающий SPOT DEM и ортофото HRS.
  6. Данные из документа Reference3D Product Description (Spot Image, май 2011 года).
  7. Для продукта Spot DEM Precision
  8. Данные из спецификации NextMap World 30.
  9. Данные из спецификаций NextMap для разных регионов, см. ссылки на спецификации в графе «Подробное описание».



Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты