1 APLIKOVANÁ GEOINFORMATIKA VIII doc. RNDr. Tomáš ŘEZNÍK, Ph.D. Aplikovaná geoinformatika Digitální výškové modely Laboratoř geoinformatiky a kartografie • Digitální výškový model (DEM) – digital elevation model • Digitální model terénu (DTM) – digital terrain model • Oba termíny se používají často jako synonymum, někdy ovšem pro odlišnou věc • Pojetí záleží na autorovi, na literatuře, ze které čerpá • Možná rozdílná chápání DEM / DTM: – pouze povrch bez /s objektů na něm (bez budov, stromů…) – XYZ / jiný jev zobrazený jako třetí souřadnice DEM vs. DTM Aplikovaná geoinformatika DTM is a Deutsche Tourenwagen- Meisterschaft. • Výsledek zpracování dat DPZ (fotogrammetrie – stereopáry, radary - interferometrie) • Vrstevnice – zvektorizované z analogových map • Terénní mapování – vstup z GPS Zdroje výškových dat Aplikovaná geoinformatika • Rastr (grid) • TIN – triangulated irregular network • Vrstevnice • Výškové body Struktura dat Aplikovaná geoinformatika • Nejčastější způsob reprezentace • Implicitní topologie • Snadná implementace na PC • Nároky na paměť • Nároky na výpočty • Vlastní kvalita dat– závislost na způsobu generování, interpolaci Rastr Aplikovaná geoinformatika • Interpolace výšek bodů rastru z nepravidelně či pravidelně rozmístěného bodového pole – IDW – Spline – Kriging • Interpolace + zahrnutí dalších parametrů pro tvorbu hydrologický korektního povrchu  např. metoda ANUDEM (Hutchinson, 1998) – implementováno do ArcGIS – nástroj Topo to Raster Tvorba rastru Aplikovaná geoinformatika 2 • „Topo to Raster is based on the ANUDEM program developed by Michael Hutchinson (1988, 1989).“ • Jako vstup mohou sloužit nejen výškové body, ale i vrstevnice, vodní toky, vodní plochy, „sinks“ – prohlubně, a hranice zájmového území • Connected drainage structure • Correct representation of ridges and streams from input contour data • Podrobnosti metody viz Help ArcGIS (heslo Topo to Raster) Topo to raster Aplikovaná geoinformatika • Založeny na trojúhelníkových elementech – facetách, s vrcholy odpovídajícími vstupním výškovým bodům • Facety jsou plošky - roviny trojúhelníků (spojující 3 příslušné body) • Výběr bodů, které tvoří trojúhelník se nejčastěji řeší podle Delaunayho triangulace • Řada dalších parametrů při tvorbě TINu TIN – Triangulated Irregular Networks Aplikovaná geoinformatika Aplikovaná geoinformatika TIN – Triangulated Irregular Networks • Body, které leží na všech důležitých singularitách  místa, kde se mění výrazně průběh terénní plochy tzv. peaks, ridges, breaks in slope – vrcholy, hrany, změny sklonu • Digitalizované vrstevnice nejsou nejvhodnějším zdrojem, ale lze je použít • Nepravidelné rozmístění bodů TIN – vstupní body Aplikovaná geoinformatika • Pro účely triangulace - trojúhelníky by měly být co nejvíc rovnostranné • Pravidlo, že v kružnici opsané daného trojúhelníka nesmí ležet další bod (princip algoritmu) • Jestliže spojím středy opsaných kružnic (průsečíky os stran), dostanu Voronoi diagram (Thiessenovy polygony) • Thiesenovy polygony ohradí všechny body oblastí, ve které jsou všechny místa bližší k danému bodu než k jinému bodu z dané množiny bodů Delaunay triangulace Aplikovaná geoinformatika http://www.cs.virginia.edu/~mngroup/hypercast/designdo c/Chp1-Overview/chp1-pic3.jpghttp://www.comp.lancs.ac.uk/~kristof/research/notes/voronoi/dt.gif Delaunay triangulace Aplikovaná geoinformatika 3 dodané lomové body http://gis.zcu.cz/studium/ugi/cviceni/ch08s01.html Aplikovaná geoinformatika • Další možný postup • Speciální případ konverze bodů do TINu • Metody: – Výběr bodu GRIDu, který se ponechá nebo zruší  jednotlivým bodům přiřazena důležitost, ponechány ty body, kde je největší rozdíl mezi sousedními body – Body se ruší skokově – nepočítá se důležitost, rozhodnout, kdy zastavit vybírání a rušení bodů. – Detekce specifických tvarů terénu GRIDu jako vrcholy, dolíky, sedlové body, hřbetnice a údolnice. Tvorba TINu z GRIDu Aplikovaná geoinformatika • Přes 3D Analyst • Create TIN  – from features (např 3D Contours) – Hard line, soft line, mass points • Hard breaklines represent a discontinuity in the slope of the surface. Streams and road cuts could be included in a TIN as hard breaklines. Hard breaklines capture abrupt changes in a surface and improve the display and analysis of TINs. • Soft breaklines allow you to add edges to a TIN to capture linear features that do not alter the local slope of a surface. Study area boundaries could be included in a TIN as soft breaklines to capture their position without affecting the shape of the surface. • Mass points jsou body, které mají být jednoznačně nody trojúhelníku Tvorba TINu v ArcGIS Aplikovaná geoinformatika • Tvorba TINu z gridu  • TIN – struktura (Tuček 1998) Tvorba TINu z GRIDu Aplikovaná geoinformatika • Menší objem uložených dat než u rastrů – hustota trojúhelníků může být různá podle členitosti terénu • Umožňuje vypočítat výšku terénu pro jakýkoliv bod (nelimitováno mřížkou rastru) • Lépe postihuje diskontinuity terénu • Složitá struktura • Velká závislost na vstupních bodech TIN – pro a proti Aplikovaná geoinformatika • Struktura výškových dat již není tak limitující jako dřív – existují metody, jak převést jednu na druhou, pouze nutnost minimalizace nechtěných artefaktů • Výběr struktury závisí též na charakteru studovaného terénu • Vždy platí, že nejvíce se musí dbát na kvalitu vstupních dat Shrnutí Aplikovaná geoinformatika 4 • Existence falešných prohlubní • Vizuální kontrola pomocí stínovaného reliéfu • Odvození vrstevnic • Kontrola pomocí existujících výškových bodů • Nutná úvaha nad velikostí buňky výsledného DEMu (u rastru) Hodnocení kvality vytvořeného DEMu Aplikovaná geoinformatika • Výška • Aspekt (orientace ke světovým stranám) • Sklon (v % či °) • Upslope area, length, slope • Dispersal area, length, slope • Catchment area – (the area of land from which water runs into the stream = povodí) • Curvature – konkávní vs. konvexní povrch Primární topografické atributy, které lze odvodit z DEMu (Wilson, Gallant, 2000) Aplikovaná geoinformatika Skenované podklady: • primární topografické atributy • sekundární topografické atributy • měřítka a aplikace DEM Aplikovaná geoinformatika Topografické atributy, které lze odvodit z DEMu (Wilson, Gallant, 2000) • Identifikace významných bodů a linií v terénu /hřebenů, údolnic – tzv. skeleton • Rozpoznávání geomorfologických tvarů • Modelování eroze • Vstup do srážko-odtokových modelů • Analýzy viditelnosti • … Další využití DEMu Aplikovaná geoinformatika • Víceměřítkový digitální model • Založený na TINu • Ukládání do geodatabáze Terrain dataset v ArcGIS Aplikovaná geoinformatika