Строим цифровую модель местности на основе данных дистанционного зондирования
Invite pending
В данной статье я опишу процесс создания трехмерной модели местности, основывающийся на данных космической съемки. В основе построения цифровой модели местности лежит синтез различных данных дистанционного зондирования Земли, находящихся в открытом доступе.
Моя научная деятельность тесно связана с компьютерным моделированием гидродинамических явлений. Проще говоря, занимаюсь изучением паводковых явлений в реках и прилегающих территориях. Тестовые задачи решались на ура, а когда пришла пора моделировать явления, происходящие на реальной местности — появились проблемы. В первую очередь, обусловленные отсутствием актуальных картографических данных о моделируемой территории.
Известно, что важнейшим компонентом компьютерной модели для изучения динамики поверхностных вод на заданной территории является цифровая модель рельефа (ЦМР), которая во многом определяет характер затопления рассматриваемой местности. Построить ее можно на основе разных исходных данных: топографических карт, аэрофотосьемки, натурных измерений. Здесь же речь пойдет о спутниковых данных дистанционного зондирования Земли.
Все спутниковые данные, описанные в методике, находятся в свободном доступе на сервере геодезической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov/). Стоит отметить, некоторые характеристики отдельных спутниковых данных:
а) SRTM (www2.jpl.nasa.gov/srtm) — радарная фотосъемка поверхности Земли начала 2000-х. Можно строить грубые 3D-модели местности.
б) Landsat (landsat.gsfc.nasa.gov/) — космическая программа, началась в 1972 году и продолжается по наши дни. Всего было запущено 7 спутников, два из них сейчас активно используются. Особо отмечу спутник Lansat-5, работающий с 1984 года! (http://en.wikipedia.org/wiki/Landsat_5). Снимки поверхности Земли производятся раз в 16 суток.
в) Orbview-3 — космический спутник, обеспечивавший получение высокоточных снимков с 2003 по 2006 гг. С февраля 2012 года архивные данные находятся в свободном доступе.
Работа по построению ЦМР проходила в несколько этапов:
1) Создание «грубой» ЦМР. Строится рельеф территории с низким разрешением по данным радарной сьемки SRTM, погрешность которых составляет 90 метров по горизонтали и 16 метров по высоте. Построенная таким образом матрица высот является базовой для ЦМР (рис. 1).
2) Включение мелкомасштабных объектов на ЦМР. На следующем этапе векторную дополняем точечными, линейными и площадными объектами с использованием данных Orbview-3 с разрешением до 1 метра. В частности, создаем точные тематические слои «Населенные пункты», «Автодороги», «Каналы», «Тип растительности», «Озера».
3) Для актуализации местности используем данные спутника Landsat-5(7) (разрешение по горизонтали — 15 метров), которые дополнительно дают возможность отслеживать характерные изменения в затоплении территории во время весеннего паводка.
4) На заключительном этапе получения итоговой векторной карты проводим совмещение всех спутниковых данных при помощи любой геоинформационной системы (например, «ГИС Карта 2011») Итоговый результат изменений рис. 1 можно видеть на рис. 2, где появились дополнительные объекты (каналы и дороги).
Моя научная деятельность тесно связана с компьютерным моделированием гидродинамических явлений. Проще говоря, занимаюсь изучением паводковых явлений в реках и прилегающих территориях. Тестовые задачи решались на ура, а когда пришла пора моделировать явления, происходящие на реальной местности — появились проблемы. В первую очередь, обусловленные отсутствием актуальных картографических данных о моделируемой территории.
Известно, что важнейшим компонентом компьютерной модели для изучения динамики поверхностных вод на заданной территории является цифровая модель рельефа (ЦМР), которая во многом определяет характер затопления рассматриваемой местности. Построить ее можно на основе разных исходных данных: топографических карт, аэрофотосьемки, натурных измерений. Здесь же речь пойдет о спутниковых данных дистанционного зондирования Земли.
Все спутниковые данные, описанные в методике, находятся в свободном доступе на сервере геодезической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov/). Стоит отметить, некоторые характеристики отдельных спутниковых данных:
а) SRTM (www2.jpl.nasa.gov/srtm) — радарная фотосъемка поверхности Земли начала 2000-х. Можно строить грубые 3D-модели местности.
б) Landsat (landsat.gsfc.nasa.gov/) — космическая программа, началась в 1972 году и продолжается по наши дни. Всего было запущено 7 спутников, два из них сейчас активно используются. Особо отмечу спутник Lansat-5, работающий с 1984 года! (http://en.wikipedia.org/wiki/Landsat_5). Снимки поверхности Земли производятся раз в 16 суток.
в) Orbview-3 — космический спутник, обеспечивавший получение высокоточных снимков с 2003 по 2006 гг. С февраля 2012 года архивные данные находятся в свободном доступе.
Работа по построению ЦМР проходила в несколько этапов:
1) Создание «грубой» ЦМР. Строится рельеф территории с низким разрешением по данным радарной сьемки SRTM, погрешность которых составляет 90 метров по горизонтали и 16 метров по высоте. Построенная таким образом матрица высот является базовой для ЦМР (рис. 1).
2) Включение мелкомасштабных объектов на ЦМР. На следующем этапе векторную дополняем точечными, линейными и площадными объектами с использованием данных Orbview-3 с разрешением до 1 метра. В частности, создаем точные тематические слои «Населенные пункты», «Автодороги», «Каналы», «Тип растительности», «Озера».
3) Для актуализации местности используем данные спутника Landsat-5(7) (разрешение по горизонтали — 15 метров), которые дополнительно дают возможность отслеживать характерные изменения в затоплении территории во время весеннего паводка.
4) На заключительном этапе получения итоговой векторной карты проводим совмещение всех спутниковых данных при помощи любой геоинформационной системы (например, «ГИС Карта 2011») Итоговый результат изменений рис. 1 можно видеть на рис. 2, где появились дополнительные объекты (каналы и дороги).