геопространственных решений
сб-вс: Выходной
Какая польза от статьи?
Прочитав данную статью, пользователь получит информацию о том, какие типы цифровых моделей рельефа и местности существуют. Какую площадь покрывает каждая из них, данные каких ЦМР находятся в открытом доступе, какие доступны для коммерческого заказа.
Введение
Цифровые модели рельефа (ЦМР) — это вид трехмерных математических моделей, содержащих информацию о высотных отметках земной поверхности.
Необходимо разделять такие понятия, как ЦММ – модель местности, которая описывает антропогенные и высотные объекты вместе с рельефом, и ЦМР – модель рельефа, которая описывает только подстилающую поверхность Земли.
В геодезии, фотограмметрии и не пространственных науках термины ЦММ, ЦМР, DEM, DSM, DTM часто путают.
Для простого понимания по сферам применения можно пояснить в таблице ниже.
|
Понятие |
Фотограмметрия |
Геодезия |
Геопространство (ГИС) |
|
ЦММ |
Часто - DSM (то, что измеряет стереопара). Либо сложная карта (2D + высоты). |
Широкое понятие (рельеф + ситуация). Редко используется в чистом виде. |
Обычно не используется. |
|
ЦМР |
Не используется (фотограмметрия редко чистит лес вручную). |
DTM/ «Голая» земля. Основа для проектирования. |
DTM. Для анализа уклонов, водостоков. |
|
DEM |
Общий термин для растра высот. |
Используется редко (только в науке). |
Самый частый термин. Все, что в GeoTIFF. |
|
DSM |
Основной продукт (автоматическая генерация облака точек и растра с деревьями и домами). |
Почти не применяется (мешает при стройке). |
Для затенения рельефа, расчёта радиовидимости, для 3D городов. |
|
DTM |
Требует сложной фильтрации (удаление леса/домов) — делают не в фотограмметрии, а в обработке, например, LiDAR. |
Ключевое понятие. Нормативно закреплено. |
Для батиметрии, геологии, почвоведения. |
В техническом задании всегда надо уточнять:
- Нужны ли высоты только по земле (тогда используйте LiDAR или полевые съёмки, фотограмметрия с воздуха даст DSM).
- Если использовать фотограмметрию и пишем отчёт на русском — лучше писать «DSM (растр высот с объектами)», а слово «ЦМР» использовать только для отфильтрованной модели земли.
Но вся технологическая цепочка DEM+DSM+DTM имеет главную цель = создание в любой точке Земли с нужными параметрами реалистическую 3D модель, которую невозможно отличить от восприятия человеческого глаза, усиленную техническими средствами (сенсорами) для получения биологических, химических, физических структурных природных и рукотворных, феноменологических свойств нашей Планеты.
Глобальные ЦМР
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: ASTER
Метод создания: фотограмметрический
Шаг матрицы: 30 м
Зона покрытия: покрытие от 83° северной широты до 83° южной широты
Дата съемки: 2000–2011 год.
2. ALOSWorld 30m DEM (AW3D30 V3)
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: ALOS
Метод создания: фотограмметрический
Шаг матрицы: 30 м
Зона покрытия: весь мир
Дата съемки: 2006–2011 год.
3. MERIT DEM была создана на основе данных SRTM и AW3D30 V1 путем уменьшения их ошибок.
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: SRTM, ALOS
Метод создания: фотограмметрический
Шаг матрицы: 90 м
Зона покрытия: от 90° северной широты до 60° южной широты в системе координат WGS84.
Дата съемки: 2000, 2006–2011 год.
4. TanDEM-X DEM – скачать данные ЦМР с шагом матрицы 30 м можно на портале.
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: TerraSAR-X и TanDEM-X
Метод создания: радиолокационная интерферометрия
Шаг матрицы: 12 м, 30 м, 90 м (находится в открытом доступе)
Дата съемки: 2010–2025 год.
5. SRTM
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: шаттл Endeavour
Метод создания: радиолокационная интерферометрия
Шаг матрицы: 30 м, 90 м
Зона покрытия: от 60° северной широты до 56° южной широты.
Дата съемки: 2000 год.
6. NASADEM
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: шаттл Endeavour
Метод создания: радиолокационная интерферометрия
Шаг матрицы: 30 м
Зона покрытия: от 60° северной широты до 56° южной широты.
Дата съемки: 2000 год.
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: TerraSAR-X и TanDEM-X
Метод создания: радиолокационная интерферометрия
Шаг матрицы: 30 м (имеются ограничения), 90 м
Зона покрытия: от 50° северной широты до 50° южной широты.
Дата съемки: 2011–2026 год.
8. FABDEM
Тип данных: ЦМР
Спутник, выполняющий съемку: TerraSAR-X и TanDEM-X
Метод создания: радиолокационная интерферометрия
Шаг матрицы: 30 м (весь мир, кроме Азербайджана и Армении), 90 м
Зона покрытия: от 50° северной широты до 50° южной широты.
Дата съемки: 2011–2025 год.
Локальные ЦМР
Помимо глобальных ЦМР, постоянно создаются местные, локальные ЦМР, которые, как правило, обладают более высокой точностью. Развитие идёт двумя путями или через провайдеров (оплата), или на сайтах, которые представляют программное обеспечение для самостоятельной работы, в том числе и на облаке. В последнем случае оплата только за первичный ресурс (космические снимки). Компании – провайдеры по лицензии производят ЦМР своими силами или представляют готовые продукты. Рассмотрим некоторые из ни:
1. EU-DEM
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: слияние съемки SRTM и ASTER
Метод создания: комбинированный
Шаг матрицы: 30 м
Вертикальная СКО: 7 м
Зона покрытия: Европа и Турция
Дата съемки: 2000–2011 год.
2. EU-DTM
Тип данных: ЦМР
Использованные ЦМР: MERITDEM, AW3D30, GLO-30, EU DEM
Метод создания: удаление высотных объектов с помощью машинного обучения с ЦМР
Шаг матрицы: 30 м
Зона покрытия: Европа и Турция
Дата съемки: 2000–2021 год.
3. 3DEP (USGS 3D Elevation Program)
Тип данных: ЦМР
Метод создания: лидарный
Шаг матрицы: 2–5 м
Зона покрытия: США (не вся территория)
Дата съемки: 2012–2022 год.
4. ArcticDEM
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: WorldView-1, WorldView-2, WorldView-3, GeoEye-1
Шаг матрицы: 2 м
Зона покрытия: от 60° северной широты
Дата съемки: 2016 -2023 год. Обновление каждые 3 года.
Тип данных: ЦММ
Спутник, выполняющий съемку: WorldView-1, WorldView-2, WorldView-3, GeoEye-1
Шаг матрицы: 8 м
Зона покрытия: от 60° южной широты
Дата съемки: 2009–2017 год.
6. High Mountain Asia DEM
Тип данных: ЦММ
Метод создания: фотограмметрический
Шаг матрицы: 8 м
Зона покрытия: от Тянь-Шаня до восточных Гималаев
Дата съемки: 2002–2016 год.
7. Vantor DTM/DSM/3D
Наиболее актуальные и высокоточные продукты, по подписке.
Vantor Geospatial Platform (MGP) Pro, ранее известная как SecureWatch, — это облачная платформа по подписке, предоставляющая доступ по запросу к глобальной информации о Земле. Кроме изображений и к цифровым моделям и их продуктам через данные Precision 3D/Vivid Terrain DEM.
Precision3D Data Suite:
3D-модель поверхности, цифровая модель поверхности (ЦМП) с разрешением 5 см,
цифровая модель рельефа (ЦМР) с разрешением 5 см, облако точек,
здания. Матрицы на регионы 30х30х50 см/50х50х100 см.
DEM Post Distance (разрешение):
- 50 см (основной продукт).
- Абсолютная вертикальная точность: <3 м Линейная ошибка 90% (LE90).
- Абсолютная горизонтальная точность: <3 м Круговая ошибка 90% (CE90).
- Уровни продукта: DSM и DTM.
Дата съёмки: архив+2026 год.
8. RESTEC
RESTEC – японский технологический центр ДЗЗ. Центр, получает и обрабатывает данные, полученные как отечественными (ALOS), так и зарубежными спутниками ДЗЗ, воздушными и наземными сенсорами, предоставляя обработанные данные исследователям и оперативным пользователям, прежде всего, по контракту с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA), NTT DATA и др.
|
Тип продукта |
DSM/DTM |
|
Разрешение |
2,5 м/5 м |
|
Спутник |
JAXA-ALOS |
|
Площадь |
Глобальный |
|
Горизонтальная точность |
5 м RMSE /7м СЕ90 ‘Может варьироваться в зависимости от характеристики рельефа. |
|
Вертикальная точность |
5 м RMSE /7м LE90 ’Может варьироваться в зависимости от особенностей рельефа. |
|
Минимальный размер заказа |
400 кмг |
|
Форматы доставки |
GeoTIFF; Другие форматы доступны по запросу. |
|
Метод доставки |
Онлайн или медиа (DVD) Panchromatic ortho (разрешение 2,5 м) |
|
Дополнительные услуги* |
- Color ortho (разрешение 2,5 м) - Контроль качества File/Layer *Сервис преобразования форматов для 30-принтера в формат STL) |
В области DEM, Центр представляет 4 варианта продукции:
9. APOLLO MAPPING
Провайдер (Chicago, Illinois, USA) по оптимизизации процесса получения геопространственных продуктов и консультации по Image Hunter User Guide. Предлагает поисковую систему, содержащую более 200 миллионов изображений и более 60 наборов данных спутниковых, аэрофотоснимков и цифровых моделей рельефа (ЦМР), в частности, спутниковых компаний VANTOR, Airbus&Defence, Planet Lab., SpaceWill (КА Jilin-1 (GF/KF/Optical/Video series, plus nighttime and video), SuperView Neo-3, ZiYuan-3 (mono and stereo) и др.
Модели рельефа обычно предоставляются в двух форматах:
- В виде растровой сетки, где каждый пиксель имеет известное расположение на местности (например, 1м х 1м) с соответствующей высотой (например, 525 м). Этот формат предоставления данных используется гораздо чаще.
- В виде векторного файла с непрерывными линиями или контурами с заданным шагом (например, через каждые 5 м) и соответствующей высотой (например, 110 м).
В таблице ниже, приведены основные характеристики предлагаемых компанией моделей рельефа:
Компания качественно решает вопросы по зданиям DSM.
Геометрические параметры здания, такие как высота, объем, площадь и угол наклона фасада, рассчитываются автоматически.
10. SkyFi
SkyFi — это американская технологическая компания, которая создала платформу для упрощенного доступа к спутниковым снимкам, унифицированным продуктам, в частности, варианты ЦМР, на их основе и аналитике на основе искусственного интеллекта. Проще говоря, это «маркетплейс» или «виртуальное созвездие», которое позволяет пользователям заказывать снимки из космоса так же легко, как заказать пиццу через приложение.
Платформа для заказа спутниковых снимков и геопространственной аналитики (Earth Intelligence Platform). Не запускает свои спутники, а объединяет данные от более чем 50 партнеров (оптика, радар SAR, гиперспектральная съемка). SkyFi сотрудничает с ведущими операторами, такими как Vantor, Planet, ICEYE и китайской компанией SIWEI.
Представлено 11 продуктов, которые демонстрируют на сегодня практически все возможные варианты исходного цифрового моделирования (от разрешения от 15 – 50 см/пиксел) на основе космической съёмки и дальнейшего его развития, высокоточного авиационного и лидарного расчёта до уровня разрешения 1-3 см/пиксел и видео кругового обзора:
11. Felt
Felt (Okland, CA, USA) — это облачная ГИС-платформа, которая позволяет создавать карты, приложения и дашборды за считанные секунды. Независимо от того, работаете ли вы в градостроительстве, экологических науках, недвижимости или логистике, Felt наделяет организацию пространственными способностями.
В частности, эта облачная платформа по-шагово создаёт DEM.
Аббревиатуры DTM, DEM и DSM обозначают типы моделей рельефа, каждая из которых представляет собой различную версию поверхности Земли. Все три хранят значения высоты в цифровом формате — обычно в виде растровых сеток — но различаются тем, какую именно поверхность они отображают.
Важное замечание. Работа с ЦМР кажется простой, пока вы не попытаетесь обрабатывать её в больших масштабах. Наборы данных о высоте часто представляют собой большие растровые файлы, требующие значительного объёма памяти, хранилища и вычислительной мощности. Данные о рельефе высокого разрешения могут замедлять рендеринг и перегружать настольные компьютеры, вынуждая команды обрезать или уменьшать разрешение файлов, чтобы ускорить выполнение проектов.
Все работы с DEM сведены в таблицу:
|
Измерение |
ЦМР |
ЦМП |
ЦММ |
|
Поверхностное представление |
Общая сетка «Голая земля» или поверхность |
Фиксирует верхнюю поверхность с помощью элементов |
«Голая местность» с удалёнными элементами поверхности |
|
Растительность и здания |
Зависит от набора данных |
Да |
Нет |
|
Структура и сложность данных |
Растровая сетка по данным о высотах |
Растр, с помощью лидара первого возврата или фотограмметрии |
Растр из классифицированного облака точек с отфильтрованными наземными точками |
|
Типичные источники данных |
Лидар, фотограмметрия, спутниковое стерео |
Лидар (по первичному возврату), фотограмметрия |
Лидар, (наземные точки), фотограмметрия с фильтрацией |
|
Точность и пригодность |
Зависит от разрешения и обработки; подходит для общего анализа рельефа |
Высокая детализация элементов поверхности, таких как деревья и сооружения |
Высокая точность для наземного анализа, такого как анализ склонов и гидрология |
|
Варианты ГИС |
Региональное картографирование высот, визуализация рельефа |
Городское моделирование, анализ прямой видимости, солнечные исследования, оценка высоты здания |
Гидрология, моделирование паводков, дренажные сети, анализ склонов и контуров |
|
Обработка и техническое обслуживание |
Минимизированная модель при использовании предварительно обработанных данных |
Умеренная переработка; может потребоваться обновление в связи с изменением городских условий |
Более высокая степень обработки благодаря классификации грунта и фильтрации |
Пример работ по созданию самостоятельно DEM через облако Felt:
Обобщённые возможности для создания ЦМР/ЦММ в таблице:
|
Характеристика |
Спутники |
БПЛА (UAV/Drone) |
Наземный Лидар |
|
Типичная точность (по высоте Z) |
1–3 метра (RMSE) |
Сантиметровая
(0.05–0.15 м) |
Милиметровая
(±0.01 м и выше) |
|
Пространственное разрешение / плотность точек |
Низкое / Среднее |
Очень высокое |
Максимальное |
|
Способность "видеть" землю (ЦМР) |
Слабая / Невозможно |
Хорошая (для LiDAR) |
Выдающаяся |
|
Площадь покрытия за 1 вылет |
Огромная (тысячи км²) |
Локальная (0.5 – 10 км²) |
Точечная (сотни м²) |
Заключение
В данной статье представлено некоторое число существующих на сегодняшний день ЦМР. Постоянно разрабатываются новые ЦМР, происходят обновления старых данных с применением новых технологий, например, ИИ для перехода от ЦММ к ЦМР. Геопространственные продукты на основе изображений и ЦМР сегодня - качественный технологических скачок по соотношению цена, время/качество в основных отраслях экономики и природоведения ведущих мировых держав и это факт, а не желание провайдера продвинуться на пустом месте. Естественно, что не каждая компания может позволить себе содержать команду с достаточными компетенциями в сфере геопространства, да и число специалистов в отрасли весьма ограничено.
Поэтому ООО «Геопространственное Агентство ИННОТЕР» готова выполнить работу по созданию цифровой модели рельефа (ЦМР) в формате «под ключ», а также подобрать и поставить готовые коммерческие цифровые модели рельефа (ЦМР) на любую территорию в мире.
сб-вс: Выходной