|
Dariusz Gotlib, Robert Olszewski
W państwowym zasobie geodezyjno-kartograficznym – zarówno cywilnym, jak i wojskowym – zgromadzono terabajty danych wysokościowych będących istotnym elementem SDI. Wystarczy je tylko umiejętnie przetworzyć. I udostępnić, rzecz jasna.
Problem modelowania rzeźby terenu został już w 1866 r. zdefiniowany przez niemieckiego kartografa E. Sydowa jako jedno z kluczowych wyzwań kartografii (obok zagadnienia generalizacji i teorii odwzorowań) i z upływem czasu zyskał jedynie na ważności. Trudno dziś wyobrazić sobie mapę topograficzną bez rysunku warstwicowego czy dobrą mapę turystyczną bez cieniowania podkreślającego strukturę rzeźby terenu. Ale przede wszystkim nie sposób wyobrazić sobie bazy danych topograficznych pozbawionej modelu rzeźby terenu. Celem tej bazy jest zasilanie systemów informacji geograficznej (GIS) umożliwiających prowadzenie złożonych analiz przestrzennych. Czy można projektować przebieg autostrady, nie uwzględniając deniwelacji? Czy można planować lokalizację masztów telefonii komórkowej, ignorując dane wysokościowe? Odpowiedź jest oczywista, pytanie brzmi zatem nie „czy”, lecz „jak” należy modelować rzeźbę terenu w bazie danych topograficznych.
Źródła danych wysokościowych
Cyfrowy zapis danych wysokościowych może mieć np. postać pozyskanego z map rysunku warstwicowego, numerycznego modelu terenu (NMT) zapisanego w formacie nieregularnym TIN lub regularnym GRID o określonej rozdzielczości przestrzennej. Dane źródłowe można zebrać z pomiarów bezpośrednich i fotogrametrycznych, skaningu laserowego, pomiarów interferometrycznych z pułapu satelitarnego czy też wektoryzacji istniejących map. Należy także określić wymaganą dokładność danych wysokościowych, która jest funkcją oczekiwań użytkowników. Niebagatelne znaczenie ma również kwestia kosztów uzyskania produktu o określonej jakości. Ostatnie, lecz zdaniem autorów najważniejsze, pytanie brzmi: jak zdefiniować tę „określoną jakość”? Czy dla obszaru całego kraju niezbędny jest bardzo precyzyjny, np. jednometrowy model terenu, czy też może – analogicznie do koncepcji wieloreprezentacyjnej bazy danych wektorowych (GEODETA 3/2006) należy dążyć do budowy NMT o dwóch poziomach uogólnienia? Realizacja obu tych wizji pozwoliłaby na opracowanie w relatywnie krótkim czasie referencyjnej bazy danych topograficznych typu MRDB (multirepresentation database) zawierającej spójne pojęciowo dane topograficzne dla obszaru całego kraju. W przypadku numerycznego modelu terenu jest to o tyle łatwiejsze, że model ten... de facto już istnieje. Należy go tylko umiejętnie przetworzyć i udostępnić. Rozważmy zatem na wstępie, jakie dane wysokościowe zostały zgromadzone w państwowym zasobie geodezyjno-kartograficznym. W ciągu ostatnich kilku lat powstało kilka opracowań gromadzących cyfrowe dane referencyjne: Baza Danych Ogólnogeograficznych (BDO), baza VMap poziomu drugiego (VMapa L2) oraz Baza Danych Topograficznych (TBD). Istotnym komponentem każdej z nich jest informacja wysokościowa zapisana w formie cyfrowej – numeryczny model terenu lub rysunek poziomicowy. NMT był także przedmiotem opracowania wielu innych projektów realizowanych w Polsce w ostatnich latach. Dla oceny przydatności poszczególnych baz danych wysokościowych istotna jest zarówno kompletność danych (stopień pokrycia powierzchni kraju), jak i ich format. Inna jest wartość użytkowa zachowującego relacje topologiczne modelu trójkątowego TIN, inna zaś prostego modelu regularnego (GRID).
Bazy danych zawierające NMT typu GRID
- BDO – jej komponentem jest numeryczny model terenu zapisany w formacie regularnym o stosunkowo małej rozdzielczości przestrzennej. Model ten powstał poprzez konwersję wojskowych danych DTED (digital terrain elevation data) poziomu pierwszego. Model DTED 1 został opracowany na podstawie wektoryzacji map analogowych w skali 1:200 000.
-
DTED 2 – model opracowany poprzez wektoryzację diapozytywów wojskowych map topograficznych w skali 1:50 000. NMT w standardzie DTED 2 wykorzystywany jest przede wszystkim w jednostkach topograficznych Wojska Polskiego. Dokładność modelu DTED terenu zależy głównie od rodzaju i dokładności materiału źródłowego zastosowanego do jego wytworzenia. Zgodnie z NATO-wskim porozumieniem standaryzacyjnym STANAG 2215 – Evaluation of Land Maps, Aeronautical Charts and Digital Topographic Data teoretyczne wielkości błędów NMT nie powinny przekraczać:  Opracowana w latach 90. baza wysokościowa DTED 2 wymaga aktualizacji. Do aktualizacji tego modelu rozważano wykorzystanie danych SRTM.
1. Model DTED 2 w ujęciu perspektywicznym
2. Numeryczny model nachyleń opracowany na podstawie modelu DTED 2
-
SRTM – od 2003 r. dla obszaru Polski dostępny jest także NMT opracowany w ramach interferometrycznej misji kosmicznj SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Dane udostępniane są w dwóch wersjach: SRTM-1 o pełnej rozdzielczości, tj. Df = Dl = 1˝, i SRTM-3 o rozdzielczości liniowo trzykrotnie mniejszej, czyli o module Df = Dl = 3˝. Dane SRTM-3 dla obszaru Europy, w tym także Polski, są dostępne pod adresem internetowym: ftp://edcftp.cr.usgs.gov/pub/data/srtm/Eurasia/. Analizując użyteczność danych SRTM, należy zwrócić uwagę, iż udostępniony produkt jest nie tyle numerycznym modelem rzeźby terenu, co numerycznym modelem pokrycia terenu. Różnica ta uwidacznia się zwłaszcza dla obszarów o zwartej zabudowie miejskiej i gęstej pokrywie roślinnej. Jest to dobrze widoczne na rys. 7, 8, 12 i 13 pokazujących różnice wysokości pomiędzy precyzyjnym modelem LPIS i modelami rastrowymi DTED 2 i SRTM. Dla obszarów leśnych różnica wysokości (NMT LPIS – NMT SRTM) jest istotnie skorelowana przestrzennie z występowaniem lasów w odróżnieniu od wykazującej losowy rozkład błędów różnicy (NMT LPIS – NMT DTED). Odrębny problem stanowi odbicie sygnału radarowego od powierzchni wody. W obecnie udostępnionych danych „surowych” dla wielu komórek brak jest danych (wartość -32768). Efekt ten jest szczególnie widoczny w strefach linii brzegowych.
3. Lasy i rzeki dla analizowanego obszaru
| 
