Zhodnocení přesnosti TanDEM-X DEM a odvozených hydrologických charakteristik

Jiří Rous

Bachelor's thesis

Accuracy assessment of the TanDEM-X DEM and derived hydrological characteristics

Abstract:

TanDEM-X DEM je nový volně dostupný globální výškový model s velmi vysokou horizontální i vertikální přesností. Ačkoliv se jedná spíše o model povrchu, je z důvodu nedostatku přesnějších modelů, zejména v rozvojových zemích, využíván jako model terénu pro hydrologické modelování. Tato práce si klade za cíl zhodnotit vertikální přesnost TanDEM-X DEM v horském prostředí, vyhodnotit jeho vhodnost pro hydrologické analýzy a identifikovat, jak tuto přesnost ovlivňuje sklon svahu a nadmořská výška. TanDEM-X DEM byl validován ve dvou dostupných rozlišeních (12 a 90 m) a porovnán s dalšími volně dostupnými modely SRTM a MERIT v rozlišení 90 m. Evaluace přesnosti byla provedena porovnáním s velmi přesným digitálním modelem terénu získaným leteckým laserovým skenováním. TanDEM-X dosahuje vertikální přesnosti LE90 18.68 m pro 90metrovou variantu, a jen mírně horší přesnosti 20.68 m pro variantu 12metrovou. Nepatrně lepší vertikální přesnosti LE90 15.46 m dosahuje model SRTM. MERIT DEM převyšuje zbylé modely svou vysokou přesností LE90 9.54 m. Sklon je významným faktorem, který negativně ovlivňuje vertikální přesnost. Na svazích se sklonem pod 10° dosahuje TanDEM-X MAE 6.52 m, do 20° 10.99 m a do 30° dokonce 14.87 m. Ostatní digitální modely se chovají podobně. Pro odvození hydrologických charakteristik se jako nejpodstatnější jeví prostorové rozlišení modelů. Přesnější model generuje lepší výsledky, a proto je TanDEM-X DEM, který dosahuje srovnatelné vertikální přesnosti ve svém ojedinělém 12metrovém rozlišení, jako ostatní modely v rozlišení 90 m, výrazným posunem vpřed. TanDEM-X ve 12metrové variantě lze jednoznačně doporučit pro hydrologické analýzy a lze jen doufat v postupné uvolnění tohoto rozlišení i pro širokou veřejnost.

Abstract:

TanDEM-X DEM is a new freely available global elevation model with very high horizontal and vertical accuracy. Although it is more of a surface model, it is used as a terrain model for hydrological modelling due to the lack of more accurate models, especially in developing countries. This work aims to evaluate the vertical accuracy of TanDEM-X DEM in the mountain environment, evaluate its suitability for hydrological analysis and identify how this accuracy is affected by the slope and the altitude. TanDEM-X DEM was validated in two available resolutions (12 and 90 m) and compared with other freely available SRTM and MERIT models in 90 m resolution. Accuracy evaluation was performed by comparison with a very accurate digital terrain model obtained by aerial laser scanning. TanDEM-X achieves a vertical accuracy of LE90 18.68 m for the 90-meter version, and only slightly worse accuracy of 20.68 m for the 12-meter version. The SRTM model achieves slightly better vertical accuracy of LE90 15.46 m. MERIT DEM outperforms the remaining models with its high accuracy of LE90 9.54 m. Slope is a significant factor that negatively affects vertical accuracy. On slopes below 10°, TanDEM-X MAE reaches 6.52 m, up to 20° 10.99 m and up to 30° even 14.87 m. Other digital models have similar trends. The spatial resolution of the models seems to be the most important for the derivation of hydrological characteristics. The more spatially accurate model generates better results, that is why the TanDEM-X DEM, which achieves comparable vertical accuracy in its unique 12-meter resolution as other 90 m models, is a significant step forward. TanDEM-X in the 12-meter variant can be unequivocally recommended for hydrological analyses and we can only hope for the release of this resolution for the general public.

Keywords

TanDEM-X, SRTM, MERIT, LiDAR, Hydrologie, GIS, DPZ

Keywords

SRTM, MERIT, LiDAR, Hydrology, GIS, Remote Sensing, TanDEM-X

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Kateřina Gdulová

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme:
Geographic information systems and Remote sensing in Environmental Sciences