Analýza přesnosti digitálních elevačních modelů v Krkonoších

Bc. Jana Marešová

Diplomová práce

Accuracy assessment of digital elevation models in Krkonose mountains

Anotace:

AbstraktDigitální elevační model (angl. digital elevation model; DEM) je trojrozměrné zobrazení zemského povrchu. V současné době je dostupných několik globálních DEM. V podstatě každý DEM obsahuje chyby, a proto je třeba jejich přesnost validovat, nejčastěji porovnáním s daty o větší přesnosti. V této práci je zhodnocena vertikální přesnost dvou globálních DEM (SRTM a TanDEM–X), které jsou někdy mylně považovány za digitální modely terénu (angl. digital terrain model; DTM). Nicméně tyto modely zahrnují i objekty na povrchu (např. vegetaci), neboť při použití SAR technologií je většina elektromagnetické energie odražena od vrchních částí vegetace. Tím pádem se jedná spíše o digitální modely povrchu (angl. digital surface model; DSM). Vertikální přesnost byla validována ve vztahu k nadmořské výšce, svažitosti terénu a krajinnému pokryvu v rozlišení 90 x 90 m. Jako referenční data byla použita data z leteckého skenování na území Krkonošského národního parku. Vyšší přesnosti dosáhl model SRTM (RMSE = 10,36 m) než model TanDEM-X (RMSE = 12,15 m). Přesnost modelů byla nejvyšší ve vyšších nadmořských výškách a se zvyšující se sklonitostí terénu klesala. Oba modely byly přesnější v oblastech bez lesů. V lesních oblastech byl přesnější model SRTM (RMSE = 13,38 m), v oblastech bez lesů naopak TanDEM-X (RMSE =5,54 m). „Chyba“ způsobená vzrostlou vegetací může být využita při mapování lesních porostů v rozlehlých a nedostupných oblastech. Na druhou stranu pro mnoho aplikací, např. modelování povodní v rozlehlých oblastech, je potřeba zachytit holý zemský povrch. Z toho plyne snaha o vytvoření globálních DTM, zachycujících holý zemský povrch. V této práci je zhodnocena kvalita dvou „Bare–Earth“ DTM (MERIT a BEST), které ve studované oblasti dosahují lepších výsledků (RMSE = 6,61 m a 7,34 m) než originální SRTM DEM, ze kterého byly vytvořeny.

Abstract:

The Digital Elevation Model (DEM) is a three-dimensional representation of a terrain surface. Nowadays, there are several freely available DEMs for nearly the entire Earth’s surface. DEMs, which are usually subject to errors, need to be evaluated using reference elevation data of higher accuracy. This work assesses the vertical accuracy of two global DEMs, SRTM and TanDEM-X, which are often incorrectly considered as Digital Terrain Models (DTM). However, these DEMs include heights of objects on the terrain´s surface (e.g. vegetation).Using SAR technology, majority of incoming electromagnetic energy is reflected by scatterers located within the vegetation canopy; therefore, they are rather Digital Surface Models (DSM). DEMs were evaluated using a reference set of data gathered by laser scanning in the territory of Krkonose Mountains National Park. Vertical accuracy was also validated in areas with different altitude; slope and land cover type; in resolution of 90 x 90 m. The results indicate that the vertical accuracy of SRTM (RMSE = 10, 36 m) is higher than TanDEM-X (RMSE= 12, 15 m). It was also found that the altitude affects the DEMs accuracy and that the accuracy is decreasing with increasing slope. The results indicate that the accuracy also depends on land cover type. Both DEMs were more accurate in non-forested areas. Accuracy in forested areas was higher for SRTM (RMSE = 13, 38 m), on the contrary, in non-forested areas the accuracy of TanDEM-X was higher (RMSE =5, 54 m). This “error”, caused by high vegetation, can be useful for mapping forest heights over wide areas. On the other hand for many applications a “Bare-Earth DTM” which represents the elevation of the ground below the tree canopy is essential, e.g. large scale flood modelling. Thus, there is an effort to create the “Bare- Earth” model. Two “Bare- Earth” models are evaluated in this work. Both of them, MERIT and BEST, have proven to be more accurate than the original SRTM DEM (RMSE = 6, 61 m and 7, 34 m).

Klíčová slova

SRTM, Vertikální přesnost, TanDEM-X

Keywords

Vertical accuracy, SRTM, TanDEM, X

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 4. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Vítězslav Moudrý, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta životního prostředí

Magisterský studijní program / obor:
Environmentální vědy / Aplikovaná ekologie