مشاوره رایگان
فیس بوکتوئیتراینستاگراماسکایپ
کپی رایت 2024

مطالعه تطبیقی ​​در مورد دقت عمودی چهار مدل دیجیتال ارتفاعی آزادانه در دسترس: مطالعه موردی در حوضه آبخیز رودخانه بالساس، برزیل †

مقالات مطالعه تطبیقی ​​در مورد دقت عمودی چهار مدل دیجیتال ارتفاعی آزادانه در دسترس: مطالعه موردی در حوضه آبخیز رودخانه بالساس، برزیل †

مدل‌های رقومی ارتفاع (DEMs) پشتیبانی مهمی را برای تحقیقات فراهم می‌کنند زیرا این داده‌ها به‌طور رایگان برای تقریباً تمام مناطق سطح زمین در دسترس هستند. بنابراین، ارزیابی دقت آنها برای کاربرد صحیح در مورد مقیاس استفاده صحیح مهم است. بنابراین، هدف این مقاله ارزیابی دقت عمودی ALOS PALSAR، GMTED2010، SRTM، و Topodata DEM بر اساس استاندارد دقت نقشه‌برداری برزیل از طریق داده‌های رسمی شبکه با دقت بالا سیستم ژئودتیک برزیل است. این مطالعه همچنین به دنبال بررسی این است که آیا خطای ارتفاعی با ارتفاع و شیب در منطقه مورد مطالعه همبستگی دارد یا خیر. نتایج ما نشان داد که چهار DEM ارزیابی‌شده در این مطالعه دقت رضایت‌بخشی را برای ارائه نگاشت‌ها در مقیاس‌های ۱:۱۰۰ نشان دادند. ۰۰۰ زیرا بیش از ۹۰ درصد از نقاط استخراج شده خطاهای ارتفاعی کمتر از ۲۵ متر را در مقایسه با نقاط مرجع از شبکه با دقت بالا سیستم ژئودتیک برزیل ارائه کردند. در مورد خطای ارتفاعی، همبستگی معنی داری با ارتفاع یا شیب منطقه مورد مطالعه پیدا نکردیم. از این نظر، ارزیابی‌های DEMs آینده باید بر اساس بررسی سایر عواملی باشد که ممکن است بر خطای ارتفاعی تأثیر بگذارد.

کلید واژه ها: 

DEM ; ارزیابی ; ارتفاع ؛ ALOS PALSAR ; GMTED2010 ; SRTM ; توپوداتا

۱٫ مقدمه

مدل‌های رقومی ارتفاع (DEM) یک محصول توپوگرافی مهم را ارائه می‌کنند که برای بسیاری از کاربردهای علمی و تجاری اساسی است [ ۱ ، ۲ ]. با این حال، روش های سنتی برای به دست آوردن اطلاعات برای تولید DEM اغلب گران و وقت گیر هستند به دلیل نیاز نقشه برداری زمین [ ۲ ]. از سوی دیگر، چندین محصول DEM از منابع بسیاری در دهه گذشته به صورت رایگان در دسترس کاربران اطلاعات جغرافیایی قرار گرفته اند، بنابراین بررسی کاربردهای احتمالی آنها با ارزیابی دقت آنها مهم است [ ۳ ].
دقت محصولات DEM به طور مرتب مورد بررسی قرار گرفته است تا پتانسیل های کاربردی آنها را ارزیابی کند، بنابراین روش های نقشه برداری را بهبود می بخشد [ ۴ ]. اکثر این آزمایش ها با مقایسه داده های استخراج شده از DEM ها با مجموعه ای از داده های مرجع، یعنی نقاط کنترل، از طریق شاخص های آماری دقت، مانند تفاوت میانگین، انحراف استاندارد، یا ریشه میانگین مربعات خطا انجام می شود [ ۴ ].
ارزیابی دقت DEM ها نیاز به توجه بیشتری دارد، با توجه به اینکه، علیرغم پیشرفت های تکنولوژیکی در ایجاد و در دسترس بودن این محصولات، هنوز هیچ دستورالعمل استاندارد مشخصی در مورد این فرآیند ارزیابی وجود ندارد [ ۵ ]. با این وجود، در برزیل، فرمانی وجود دارد که کیفیت محصولات کارتوگرافی را با ایجاد دستورالعمل هایی برای استانداردهای فنی کارتوگرافی ملی تنظیم می کند. فرمان شماره ۸۹۸۱۷/۱۹۸۴ معیارهایی را برای طبقه بندی محصولات نقشه برداری در مورد دقت و توزیع خطاها با استفاده از یک شاخص آماری کیفیت موقعیتی به نام “استاندارد دقت نقشه برداری” ( Padrão de Exatidão Cartográfica-PEC) تعیین می کند.). بنابراین، ۹۰٪ از نقاط استخراج شده از محصول کارتوگرافی نباید خطاهای بالاتر از آنچه در PEC پیش بینی شده است، زمانی که مختصات آنها با نقاط بررسی شده در میدان از طریق روشی با دقت بالا مقایسه می شود، نشان دهد [ ۶ ، ۷ ].
مطالعات زیادی در مورد ارزیابی دقت DEM ها وجود دارد [ ۸ , ۹ , ۱۰ , ۱۱ , ۱۲ .]. با این حال، هیچ کدام دقت عمودی ALOS PALSAR، GMTED2010، SRTM و Topodata DEMs را بر اساس استاندارد دقت نقشه‌برداری برزیل (PEC) ارزیابی نکرده‌اند. بنابراین، هدف از این مطالعه ارزیابی دقت عمودی DEM های فوق با استفاده از داده های رسمی شبکه با دقت بالا سیستم ژئودتیک برزیل است. این مطالعه همچنین به دنبال بررسی این است که آیا خطای ارتفاعی با ارتفاع و شیب در منطقه مورد مطالعه همبستگی دارد یا خیر. ما انتظار داریم که نتایج به کاربرد صحیح DEM های تحلیل شده با توجه به مقیاس استفاده مناسب در برزیل و سایر مکان هایی که با زمینه مشکل مشابه سروکار دارند، کمک کند.

۲٫ مواد و روشها

۲٫۱٫ منطقه مطالعه

حوضه آبخیز رودخانه بالساس ۱۳ شهر را پوشش می دهد و مساحت آن ۱۲۳۵۲٫۵۰ کیلومتر مربع است که تقریباً ۵/۴ درصد از ایالت توکانتینز را شامل می شود ( شکل ۱ ) [ ۱۳ ]. ارتفاعات آن با توجه به سطح دریا تقریباً بین ۲۰۰ تا ۸۰۰ متر است و در داخل این منطقه می‌توان ۱۰۵ ایستگاه از شبکه رسمی ژئودتیک برزیل را در امتداد بزرگراه‌های اصلی منطقه یافت ( شکل ۲ ). شایان ذکر است که داده های سه بعدی با دقت بالا در مناطق مختلف کره زمین به صورت رایگان در دسترس جامعه قرار دارد. از این نظر، حوزه آبخیز رودخانه بالساس به دلیل نبود داده های سه بعدی دقیق در دسترس برای این منطقه انتخاب شد.

۲٫۲٫ داده ها

در این ارزیابی دقت، ما نقاط استخراج شده از چهار DEM را با داده های شبکه رسمی سیستم ژئودتیک برزیل مقایسه کردیم. این شبکه از ایستگاه های ژئودزیکی واقع در امتداد بزرگراه های اصلی در سراسر قلمرو برزیل تشکیل شده است که در سال ۱۹۴۵ از طریق روش تسطیح هندسی با دقت بالا [ ۱۴ ] اجرا شد.]. از آن زمان، این ارتفاعات به دلیل افزودن خطوط تسطیح هندسی جدید و توسعه روش‌های جدید اندازه‌گیری و پردازش داده‌ها، که در آن مشاهدات جدید تراز هندسی و وزن سنجی با هدف اطمینان از یکپارچگی، سازگاری و قابلیت اطمینان اضافه می‌شوند، مرتباً دوباره محاسبه شده‌اند. از اطلاعات پایگاه داده های ژئودتیک با توجه به ارزیابی کیفیت این داده های ارتفاعی انجام شده در سال ۲۰۱۸، ۸۷٫۵ درصد از مقادیر ژئوپتانسیل تنظیم شده انحراف استاندارد بین ۶ تا ۱۰ سانتی متر را به صورت مطلق ارائه کردند [ ۱۴ ].
ماهواره پیشرفته رصد زمین “DAICHI” (ALOS) برای تهیه نقشه پوشش زمین، بررسی منابع و پایش بلایا [ ۱۵ ] طراحی شده است. در ۲۴ ژانویه ۲۰۰۶، از مرکز فضایی تانگاشیما با سه حسگر موجود، یعنی ابزار سنجش از راه دور پانکروماتیک برای نقشه برداری استریو (PRISM)، رادیومتر پیشرفته مرئی و مادون قرمز نزدیک نوع ۲ (AVNIR-2)، و آرایه فازی پرتاب شد. نوع رادار دیافراگم مصنوعی باند L (PALSAR). ماموریت ALOS در ۱۲ مه ۲۰۱۱ تکمیل شد، اما در طول عملیات ۵ ساله خود، ۶٫۵ میلیون صحنه در اطراف زمین فیلمبرداری کرد که در بسیاری از زمینه ها مانند کشاورزی، نگهداری محیط طبیعی، نظارت بر جنگل ها و کاهش بلایا استفاده شده است. ۱۵]. سنسور PRISM یک رادیومتر پانکروماتیک است و دارای سه مجموعه سیستم نوری با وضوح فضایی ۲٫۵ متر در نادر است. سنسور AVNIR-2 یک رادیومتر مرئی و مادون قرمز نزدیک است که تصاویری با وضوح فضایی ۱۰ متر ارائه می دهد. و PALSAR یک حسگر مایکروویو فعال است که از فرکانس باند L برای به دست آوردن رصد زمین بدون ابر و شبانه روز استفاده می کند [ ۱۵ ، ۱۶ ].
داده های به دست آمده در طول ماموریت ALOS از نظر هندسی و رادیومتری تصحیح شد. ابتدا، اعوجاج‌های هندسی با استفاده از برخی DEM‌ها تصحیح شدند و سپس تصحیح رادیومتری با تنظیم روشنایی تک تک پیکسل‌های تصویر SAR در نواحی کوتاه‌کننده و عقب‌نشینی آسیب‌دیده انجام شد [ ۱۷ ، ۱۸ ]. پس از تصحیح رادیومتری زمین، این محصولات در دو رزولوشن، اندازه پیکسل ۱۲٫۵ و ۳۰ متری توزیع شدند که به ترتیب از DEM های با وضوح بالا (NED13) و وضوح متوسط ​​(SRTM30، NED1 و NED2) تولید شدند [ ۱۸ ].
ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) یک پروژه بین‌المللی است که توسط سازمان ملی هوانوردی و فضایی (NASA) و آژانس ملی اطلاعات جغرافیایی (NGA) توسعه یافته است. این ماموریت در ۱۱ فوریه ۲۰۰۰ آغاز شد و در طی ۱۰ روز، SRTM اطلاعاتی را در حدود ۸۰ درصد از سطح زمین از طریق دو آنتن رادار به دست آورد تا اولین مجموعه داده تقریباً جهانی از ارتفاعات زمین را ایجاد کند [ ۱۹ ]. در ابتدا، داده های SRTM با وضوح ۳ ثانیه قوس یا اندازه پیکسل ۹۰ متر برای مناطق خارج از ایالات متحده در دسترس عموم قرار گرفت. با این حال، در سال ۲۰۱۴، داده های توپوگرافی در سطح جهانی با وضوح کامل اندازه گیری شده اولیه، یعنی ۱ ثانیه قوس (۳۰ متر) منتشر شد [ ۱۹ ].
پروژه Topodata یک پایگاه داده توپوگرافی است که از پالایش داده های SRTM ایجاد می شود. به دلیل فقدان عمومی داده های توپوگرافی در مقیاس های مناسب در برخی از مناطق برزیل، این پروژه در سال ۲۰۰۸ با هدف اصلاح داده های SRTM از وضوح ۳ ثانیه قوس به ۱ ثانیه قوس از طریق تکنیک های کریجینگ و همچنین ارائه مشتقات منتشر شد. داده های ژئومورفومتریک برای کل قلمرو برزیل [ ۲۰ ، ۲۱ ]. پروژه Topodata منجر به یک پایگاه داده ساختاریافته گسترده شد که به طور رایگان برای جامعه علمی در دسترس است، که چندین محصول از جمله شیب، جهت شیب، انحنای افقی، انحنای عمودی، و ورودی‌ها برای طراحی ساختار زهکشی را ارائه می‌دهد [ ۲۱ ].
داده های ارتفاعی زمین با وضوح چندگانه جهانی ۲۰۱۰ (GMTED2010) توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) با مشارکت آژانس ملی اطلاعات جغرافیایی (NGA) برای جایگزینی ارتفاع ۳۰ قوس دوم جهانی (GTOPO30) به عنوان ارتفاع ایجاد شد. مجموعه داده برای کاربردهای مقیاس جهانی و قاره ای [ ۲۲ ]. GMTED2010 با استفاده از داده های مشتق شده از ۱۱ منبع ارتفاعی مبتنی بر شطرنجی ( جدول ۱ )، که پوشش جهانی از عرض جغرافیایی ۸۴ درجه شمالی تا ۵۶ درجه جنوبی را برای اکثر محصولات در سه وضوح مختلف، ۷٫۵، ۱۵ و ۳۰ ثانیه قوس فراهم می کند، توضیح داده شد. به ترتیب نزدیک به ۲۵۰، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ متر اندازه پیکسل [ ۲۲ ]]. در این مطالعه، ما محصول GMTED2010 موجود در وضوح ۷٫۵ ثانیه قوس را انتخاب کردیم که به طور گسترده در چندین مطالعه علمی استفاده می شود [ ۱۱ ، ۲۳ ، ۲۴ ، ۲۵ ، ۲۶ ، ۲۷ ، ۲۸ ، ۲۹ ] با وجود اندازه پیکسل بزرگتر آن در مقایسه با به عنوان مثال SRTM. جدول ۲ ویژگی های اصلی اصلی چهار DEM ارزیابی شده در این مطالعه را نشان می دهد.

۲٫۳٫ مواد و روش ها

شکل ۳ روش شناسی مورد استفاده در این مطالعه را خلاصه می کند. در ابتدا، ما داده ها را از منطقه مورد مطالعه، مانند DEM های شطرنجی و نقاط شبکه ژئودتیک رسمی برزیل، دانلود کردیم. سپس با تبدیل وضوح رادیومتری Topodata DEM از ۳۲ بیت (نقطه شناور) به ۱۶ بیت (عدد صحیح علامت دار) برای استانداردسازی داده ها اقدام کردیم. مرحله زیر استخراج ارتفاعات ALOS PALSAR، GMTED2010، SRTM و Topodata DEMs در همان مختصات نقاط مرجع از شبکه رسمی ژئودزی بود. با این حال، ما نیاز به تبدیل ارتفاعات بیضی شکل ALOS PALSAR DEM به ارتفاعات ارتومتریک (ژئوئید) داشتیم زیرا DEM های GMTED2010، SRTM و Topodata با ارتفاعات ارجاع شده به زمین (EGM96) در دسترس بودند. برای این فرآیند تبدیل، ما از نرم افزار MAPGEO2015 [ ۳۰ ] استفاده کردیم] توسط Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) با همکاری Escola Politécnica da Universidade de São Paulo توسعه یافته است.
پس از آن، شاخص های آماری دقت مانند خطای ارتفاعی (HE) (1)، میانگین خطا (ME) (2)، میانگین خطای مطلق (MAE) (3) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) (4) محاسبه شد. انجام شده در برخی از مطالعات قبلی [ ۹ ، ۱۱ ، ۱۲ ]. ما همچنین همبستگی بین خطای ارتفاعی و ارتفاع / شیب در منطقه مورد مطالعه را از طریق ضریب تعیین ( R2 ) ( ۵ ) تجزیه و تحلیل کردیم. در نهایت، ما چهار DEM را بر اساس استاندارد دقت نقشه برداری برزیل (PEC) طبقه بندی کردیم [ ۳ ، ۳۱ ].

H E = H REF – H DEM
من =۱n ∑i = ۱n( H R Eاف– H D E م)
MAE =۱n ∑i = ۱n| اچ آر ایاف– H D E م|
RMSE =۱n ∑i = ۱n( او  – من  )۲–––––––––––––––––√
آر۲= ۱ –RSSTSS 

که در آن H E = خطای ارتفاعی. H REF = ارتفاع نقطه مرجع از شبکه رسمی ارتفاع سنجی سیستم ژئودتیک برزیل. H DEM = ارتفاع استخراج شده از DEM در مختصات نقطه مرجع. ME = خطای متوسط. MAE = میانگین خطای مطلق. RMSE = ریشه میانگین مربعات خطا. n = تعداد نقاط مرجع. R ۲ = ضریب تعیین. RSS = مجموع مربعات باقیمانده. و TSS = مجموع مجموع مربع ها.

۳٫ نتایج

نتایج نشان می دهد که در مورد میانگین خطا و میانگین خطای مطلق، مقادیر تحلیل آماری برای چهار DEM مشابه است ( جدول ۳ ). در واقع، مشاهده می کنیم که ALOS PALSAR، SRTM، و DEM های Topodata در تمام شاخص های آماری مشابهت را نشان می دهند، و می توان متوجه شد که GMTED2010 بدترین عملکرد را عمدتاً با در نظر گرفتن RMSE (7.48 متر) و محدوده خطا (۵۴٫۰۰ متر) نشان می دهد. ) یعنی تفاوت بین حداقل و حداکثر خطای ارتفاعی.
شکل ۴ هیستوگرام خطای ارتفاعی هر DEM را نشان می دهد که در آن می توانیم اعوجاج مثبت در هر چهار DEM و تنوع بالاتر خطاها در محصول GMTED2010 را مشاهده کنیم. با این وجود، ما همچنین می توانیم یک همبستگی بسیار قوی بین ارتفاعات نقاط مرجع از شبکه رسمی برزیل و ارتفاعات استخراج شده از DEM های ارزیابی شده مشاهده کنیم، جایی که می توان ضریب تعیین ( R2 ) تقریباً ۰٫۹۹ را در همه موارد تأیید کرد. آنها ( شکل ۵ ).
با هدف بررسی اینکه آیا همبستگی بین شیب و خطای ارتفاعی وجود دارد، نقشه های شیب حوضه آبخیز رودخانه بالساس از هر DEM تولید شد که از آن شش کلاس شیب مطابق با IBGE [ ۳۲ ] ایجاد شد ( شکل ۶ ).
توزیع فضایی هر طبقه شیب در حوضه آبخیز رودخانه بالساس را می توان در جدول ۴ مشاهده کرد، جایی که مشاهده می کنیم که چهار DEM مقادیر تقریبی را در مورد کلاس شیب دوم (۳ تا ۸٪) ارائه می دهند. با این حال، کلاس اول (۰ تا ۳٪) نشان می دهد که مقادیر به طور مهمی متفاوت هستند و SRTM و Topodata مقادیر مشابه بیشتری را در این کلاس شیب نسبت به سایر DEM ها ارائه می دهند. در مورد سایر کلاس‌های شیب، ALOS PALSAR، SRTM و Topodata نتایج مشابهی ارائه کردند، اما GMTED2010 نتایج بسیار متفاوتی را به دلیل اندازه پیکسل‌اش نشان داد که مورد انتظار بود.
در این تحلیل، همبستگی خطی معناداری بین شیب و خطای ارتفاعی مشاهده نشد ( جدول ۵ ). با این وجود، می توان متوجه شد که RMSE با افزایش شیب در همه DEM ها به جز در DEM ALOS PALSAR افزایش می یابد.
ما همچنین ارتباط معنی‌داری بین خطای ارتفاع‌سنجی و ارتفاع پیدا نکردیم، اگرچه متوجه مقدار بالاتری در R2 برای همه DEM‌های ارزیابی‌شده با در نظر گرفتن ارتفاعات بالای ۵۵۰ متر شدیم، به جز GMTED2010، همانطور که در جدول ۶ مشاهده می‌شود . در مورد ME و MAE، مشاهده می کنیم که همه DEM ها نیز بالاترین مقادیر را در همین کلاس ارتفاع ارائه می دهند.
سطح درونیابی شده خطای ارتفاعی ( شکل ۷ ) زمانی که خطای ارتفاعی را با شکل ۲ و شکل ۶ مقایسه می کنیم، به شیب یا ارتفاع مربوط نمی شود . در واقع، شکل ۷ سطوح بسیار مشابهی را برای SRTM و Topodata DEMs نشان می دهد و به ما اجازه می دهد تا بررسی کنیم که بالاترین خطاهای ارتفاع سنجی با مختصات نمونه های شبکه رسمی برزیل در ناحیه مرکزی منطبق است و خطاهای منفی در جنوب غربی متمرکز شده اند. منطقه حوزه آبخیز
برای طبقه‌بندی هر محصول DEM بر اساس مقیاس کاربردی مناسب، از استاندارد دقت نقشه‌برداری ارتفاعی برای تولید محصولات کارتوگرافی دیجیتال استفاده کردیم ( جدول ۷ )، که تعیین می‌کند ۹۰ درصد از خطاهای نقطه‌ای جمع‌آوری‌شده در محصول نقشه‌برداری باید مقادیر یکسان یا کمتر از موارد پیش بینی شده در هر کلاس
با تجزیه و تحلیل جدول ۸ ، می توان تأیید کرد که چهار DEM ارزیابی شده می توانند در کلاس B برای مقیاس ۱:۱۰۰۰۰۰ و در کلاس A برای مقیاس ۱:۲۵۰۰۰۰ ( جدول ۹ ) قرار گیرند زیرا بیش از ۹۰ درصد از امتیازات استخراج شده از آنها دارای خطاهای ارتفاعی کمتر از ۲۵ متر در مقایسه با نقاط مرجع از شبکه ژئودتیک برزیل. علاوه بر این، چهار DEM نیز RMSE کمتر از ۱۶٫۶۶ متر، همانطور که در جدول ۷ پیش بینی شده است، ارائه کردند.

۴٫ بحث

ما دقت عمودی ALOS PALSAR، GMTED2010، SRTM و Topodata DEMs را ارزیابی کردیم و توانستیم آنها را بر اساس استاندارد دقت نقشه‌برداری برزیل طبقه‌بندی کنیم. نتایج ما نشان داد که بیش از ۹۰ درصد از نقاط استخراج‌شده از چهار DEM خطاهای ارتفاعی کمتر از ۲۵ متر را در مقایسه با نقاط مرجع از شبکه ژئودتیک برزیل نشان می‌دهند. در واقع، ALOS PALSAR، SRTM، و DEM های Topodata 100٪ خطاهای ارتفاعی کمتر از ۲۵ متر را ارائه کردند و تنها GMTED2010 DEM 3.8٪ از خطاهای ارتفاعی بالاتر از ۲۵ متر را ارائه کرد. بنابراین، چهار DEM تجزیه و تحلیل شده دقت رضایت بخشی را برای ارائه نگاشت در مقیاس تا ۱:۱۰۰۰۰۰ نشان دادند.
با توجه به شاخص های آماری، مشاهده کردیم که ALOS PALSAR و SRTM بهترین عملکرد را نشان دادند زیرا ALOS PALSAR کمترین ME و MAE را داشت، در حالی که SRTM کمترین RMSE و کمترین محدوده خطا را نشان داد. محصول Topodata در مقایسه با این دو DEM خطاهای کمی بزرگ‌تر ارائه می‌دهد، که می‌تواند به عنوان یک عملکرد رضایت‌بخش تفسیر شود، زیرا این پالایش داده‌های SRTM در ۳ ثانیه قوس (۹۰ متر) است. از سوی دیگر، GMTED2010 بدترین دقت را نشان داد، احتمالاً به دلیل اندازه پیکسل آن (۲۳۱ متر)، حتی اگر طبق PEC برزیل نیز می‌توان آن را در همان رده دقت طبقه‌بندی کرد.
طبق برخی از مطالعات [ ۳۳ ، ۳۴ ]، ALOS PALSAR در مقایسه با SRTM و رادیومتر تابش حرارتی پیشرفته و انعکاس فضایی (ASTER) عملکرد بهتری از خود نشان داد، اما در برخی دیگر، زمانی که برخی پارامترهای خاص مقایسه شدند، عملکرد SRTM بهتر از ALOS PALSAR [ ۳۵ ]، ASTER و GMTED2010 [ ۲۴ ، ۲۶ ]. با این وجود، محصول Topodata دقت بهتری در توصیف شبکه های زهکشی و بردارهای حوضه در مقایسه با SRTM و ASTER نشان داد [ ۳۶ ].
اگرچه نتایج ما سازگاری چهار DEM ارزیابی شده را با مقیاس ۱:۱۰۰۰۰۰ در رابطه با استاندارد دقت نقشه برداری برزیل نشان داده است، مورا و همکاران. [ ۳ ] بیان کرد که Topodata، SRTM و ASTER با مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ در حوضه های آبخیز با نقش برجسته ناهموار کمی سازگار هستند. با این حال، در حوضه های با شیب بیشتر و تراکم زهکشی بیشتر، نتایج آنها نیز سازگاری با مقیاس تا ۱:۱۰۰۰۰۰ [ ۳ ] را نشان داد.
یافته‌های ذکر شده در بالا ممکن است نشان دهد که برخی از ویژگی‌های فیزیکی زمین ممکن است بر نتایج ارزیابی دقت DEMs تأثیر بگذارد. اگرچه برخی از مطالعات همبستگی قوی بین شیب و خطای ارتفاعی پیدا کرده اند [ ۱۱ ، ۳۷ ، ۳۸ ]، هیچ ارتباط معنی داری بین این متغیرها در این تحلیل مشاهده نشد.

۵٫ نتیجه گیری ها

کسب داده های سه بعدی از سطح زمین به صورت میدانی فرآیندی است که به تجهیزات مناسب و متخصصان واجد شرایط نیاز دارد. علاوه بر این، بسته به نوع روش مورد استفاده، این فرآیند می تواند گران و زمان بر باشد. از این نظر، استفاده از DEM ها یک جایگزین جذاب برای بسیاری از محققین است. در نتیجه، ارزیابی دقت آنها برای اطمینان از کاربرد صحیح آنها در مورد مقیاس استفاده مناسب بسیار مهم است. با این وجود، یک محدودیت برای ارزیابی دقت DEM ها عدم وجود داده های دقیق و آزادانه است که کار میدانی را ضروری می کند، که فرآیند ارزیابی را دشوار و گران می کند.
اگرچه برخی از نویسندگان عدم وجود دستورالعمل‌های استاندارد شده خاص برای ارزیابی دقت DEM‌ها را بیان کرده‌اند، در برزیل، استاندارد دقت نقشه‌کشی کیفیت محصولات نقشه‌کشی را تنظیم می‌کند و طبق این مقررات، چهار DEM ارزیابی‌شده در این مطالعه می‌توانند نقشه‌برداری‌ها را در مقیاس بالا ارائه کنند. تا ۱:۱۰۰۰۰۰ در مورد خطای ارتفاعی، ما نتوانستیم همبستگی معناداری با ارتفاع یا شیب پیدا کنیم، اگرچه برخی از نویسندگان چنین همبستگی را در مطالعات دیگر یافته اند.
محدودیتی که در این مطالعه یافت شد این است که نقاط کنترل کمی از شبکه ژئودزی برزیلی در داخل حوضه رودخانه بالساس وجود داشت و به دلیل قرار گرفتن آنها در سواحل بزرگراه ها در منطقه مورد مطالعه بد توزیع شدند. با این حال، در دسترس بودن این داده‌های رایگان، ارزیابی دقت DEMs را از طریق تجزیه و تحلیل دقیق داده‌ها بدون نیاز به کار میدانی ممکن می‌سازد. ما پیشنهاد می‌کنیم که مطالعات مشابه آینده بر اساس دقت یک کاربرد خاص و همچنین در بررسی سایر عواملی که ممکن است بر خطای ارتفاعی تأثیر بگذارند، مانند ناهمواری حوضه، پوشش گیاهی، و/یا کاربری زمین، باشد.

مشارکت های نویسنده

مفهوم سازی، زولید آلوس فریرا و پدرو کابرال. روش شناسی، زولیده آلوس فریرا و پدرو کابرال. تحلیل رسمی، زولیده آلوس فریرا; تحقیق، زولیده آلوس فریرا؛ نوشتن – آماده سازی پیش نویس اصلی، زولیده آلوس فریرا. نوشتن-بررسی و ویرایش، زولیده آلوس فریرا و پدرو کابرال. نظارت، زولیده آلوس فریرا و پدرو کابرال. همه نویسندگان نسخه منتشر شده نسخه خطی را خوانده و با آن موافقت کرده اند.

منابع مالی

این مطالعه توسط بودجه ملی از طریق FCT ( Fundação para a Ciência ea Tecnologia ) تحت پروژه UIDB/04152/2020 ( Centro de Investigação em Gestão de Informação (MagIC) و Instituto Federal de Educação (Ciência ea Tecnologia ) پشتیبانی شد . پالماس )).

بیانیه هیئت بررسی نهادی

قابل اجرا نیست.

بیانیه رضایت آگاهانه

قابل اجرا نیست.

بیانیه در دسترس بودن داده ها

قابل اجرا نیست.

تضاد علاقه

نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.

منابع

  1. ریزولی، پی. مارتون، ام. گونزالس، سی. وکلیچ، سی. بورلا تریدون، دی. بروتیگام، بی. باخمن، ام. شولزه، دی. فریتز، تی. هوبر، ام. و همکاران تولید و ارزیابی عملکرد مدل جهانی ارتفاع دیجیتال TanDEM-X. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. ۲۰۱۷ ، ۱۳۲ ، ۱۱۹-۱۳۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  2. اویسال، م. توپراک، ع. نسل پولات، N. DEM با فتوگرامتری پهپاد و آنالیز دقت در تپه Sahitler. اندازه گیری ۲۰۱۵ ، ۷۳ ، ۵۳۹-۵۴۳٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  3. مورا، LZ; تعصب، EdS; Brites، R. Avaliação da acurácia vertical de modelos digitais de elevacão (MDEs) nas bacias do Paranoá e São Bartolomeu. سوتین کشیش. کارتوگر. ۲۰۱۴ ، ۶۶ ، ۱-۱۴٫ [ Google Scholar ]
  4. پولیدوری، ال. ال هیج، ام. Valeriano، MDM اعتبار سنجی مدل ارتفاعی دیجیتال بدون کنترل زمین: کاربرد در DEM topodata در برزیل. بول. Ciências Geodésicas ۲۰۱۴ ، ۲۰ ، ۴۶۷-۴۷۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  5. Mesa-Mingorance، JL; آریزا-لوپز، ارزیابی دقت FJ مدل‌های ارتفاع رقومی (DEMs): مروری انتقادی از شیوه‌های سه دهه گذشته. Remote Sens. ۲۰۲۰ , ۱۲ , ۲۶۳۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  6. برزیل Decreto n° ۸۹٫۸۱۷ de 20 de Junho. ۱۹۸۴، Presidência da República—Casa Civil—Subchefia para Assuntos Jurídicos. در دسترس آنلاین: https://www2.camara.leg.br/legin/fed/decret/1980-1987/decreto-89817-20-junho-1984-439814-publicacaooriginal-1-pe.html (دسترسی در ۲۳ دسامبر ۲۰۲۱ ).
  7. برزیل Norma da Especificação Técnica para Aquisição de Dados Geoespaciais Vetoriais de Defesa da Força Terrestre. ۲۰۱۶، Diretoria de Serviço Geográfico (DSG)—Geoportal do Exército Brasileiro. در دسترس آنلاین: https://docs.ufpr.br/~deni_ern/CD2020/A1/ET_ADGV_2a_Edicao_2016_Textual_Anexo_A_Assinado.pdf (دسترسی در ۲۳ دسامبر ۲۰۲۱).
  8. هو، ز. پنگ، جی. هو، ی. شان، جی. ارزیابی مدل‌های ارتفاعی دیجیتالی جهانی که اخیراً منتشر شده‌اند در هوبی، چین. Remote Sens. ۲۰۱۷ , ۹ , ۲۶۲٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  9. جین، AO; تاکر، تی. چاوراسیا، ا. پاتل، پی. سینگ، AK ارزیابی دقت عمودی SRTM-GL1، GDEM-V2، AW3D30 و CartoDEM-V3. ۱ از وضوح ۳۰ متر با فرکانس دوگانه GNSS برای حوضه تاپی پایین هند. Geocarto Int. ۲۰۱۸ ، ۳۳ ، ۱۲۳۷-۱۲۵۶٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  10. موراتیدیس، ع. Ampatzidis، D. اعتبارسنجی مدل ارتفاع دیجیتال اروپایی در برابر داده های گسترده سیستم های ماهواره ای ناوبری جهانی و مقایسه با SRTM DEM و ASTER GDEM در مقدونیه مرکزی (یونان). ISPRS Int. J. Geo-Inf. ۲۰۱۹ ، ۸ ، ۱۰۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
  11. وارگا، م. باشیچ، تی. اعتبارسنجی دقت و مقایسه مدل‌های ارتفاع دیجیتال جهانی در کرواسی. بین المللی J. Remote Sens. ۲۰۱۵ ، ۳۶ ، ۱۷۰-۱۸۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  12. وسل، بی. هوبر، ام. وولفارت، سی. مارشالک، یو. کوسمان، دی. راث، الف. ارزیابی دقت مدل جهانی ارتفاع دیجیتال TanDEM-X با داده های GPS. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. ۲۰۱۸ ، ۱۳۹ ، ۱۷۱-۱۸۲٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  13. برزیل Secretaria do Planejamento e da Modernização da Gestão Pública (SEPLAN). Superintendência de Pesquisa e Zoneamento Ecológico Econômico. Diretoria de Zoneamento Ecológico-Econômico. در Atlas do Tocantins: Subsídios ao Planejamento da Gestão Territorial. ۲۰۱۲٫ در دسترس آنلاین: http://zoneamento.sefaz.to.gov.br/TO_AtlasTocantins2012_1/Atlas_do_Tocantins_2012.pdf (در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
  14. IBGE. Reajustamento da Rede Altimétrica com Números Geopotenciais ، ویرایش دوم. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística—Coordenação de Geodésia: ریودوژانیرو، برزیل، ۲۰۱۹٫ [ Google Scholar ]
  15. JAXA. آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن ماهواره رصد زمینی پیشرفته “DAICHI” (ALOS). در دسترس آنلاین: https://global.jaxa.jp/projects/sat/alos/ (در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
  16. JAXA. آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن درباره ALOS: بررسی اجمالی و اهداف. در دسترس آنلاین: https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/about/about_index.htm (در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
  17. لارنسل، جی. لوگان، تی. Gens, R. ASF محصولات ALOS PALSAR اصلاح شده رادیومتری زمین. ASF-ماهواره آلاسکا. آسان. ۲۰۱۵ ، ۱ ، ۱۲٫ [ Google Scholar ]
  18. Gens, R. ASF رادیومتری زمین محصولات تصحیح شده: الگوریتم اساس نظری سند ; تاسیسات ماهواره آلاسکا: فیربنکس، AK، ایالات متحده آمریکا، ۲۰۱۵٫ [ Google Scholar ]
  19. ناسا سازمان ملی هوانوردی و فضایی. ماموریت توپوگرافی رادار شاتل. در دسترس آنلاین: https://www2.jpl.nasa.gov/srtm/index.html (در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
  20. والریانو، MDM؛ Rossetti، DDF Topodata: پالایش پوشش کامل برزیلی داده های SRTM. Appl. Geogr. ۲۰۱۲ ، ۳۲ ، ۳۰۰-۳۰۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  21. Valeriano، MDM Topodata: Guia para Utilização de Dados Geomorfológicos Locais. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espa-ciais—INPE. راهنمای محصول، ۲۰۰۸٫ در دسترس آنلاین: http://mtc-m16c.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/ mtc-m18@80 /۲۰۰۸/۰۷٫۱۱٫۱۹٫۲۴/doc/publicacao.pdf (دسترسی در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰).
  22. دانیلسون، جی جی. Gesch، DB Global Multi-Resolution Rain Elevation Data 2010 (GMTED2010): گزارش پرونده باز سازمان زمین شناسی ایالات متحده ۲۰۱۱–۱۰۷۳، ۲۶ p. در دسترس آنلاین: https://doi.org/10.5066/F7J38R2N (در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
  23. Athmania، DAAH اعتبار سنجی خارجی مدل های ارتفاعی دیجیتال ASTER GDEM2، GMTED2010 و CGIAR-CSI-SRTM v4.1 (DEMs) در تونس و الجزایر. Remote Sens. ۲۰۱۴ , ۶ , ۴۶۰۰–۴۶۲۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  24. توماس، جی. جوزف، اس. تریویکرامجی، ک. Arunkumar، K. حساسیت مدل‌های ارتفاعی دیجیتال: سناریویی از دو حوضه رودخانه کوهستانی گرمسیری گات غربی، هند. Geosci. جلو. ۲۰۱۴ ، ۵ ، ۸۹۳-۹۰۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  25. قهوهای مایل به زرد، ML; فیکلین، دی ال. دیکسون، بی. یوسف، ز. چاپلوت، V. تأثیر وضوح DEM، منبع، و روش نمونه‌گیری مجدد بر جریان جریان شبیه‌سازی شده با SWAT. Appl. Geogr. ۲۰۱۵ ، ۶۳ ، ۳۵۷-۳۶۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  26. توماس، جی. پراساناکومار، وی. Vineetha، P. مناسب بودن مدل‌های ارتفاعی دیجیتالی در مقیاس‌های مختلف در تحلیل توپوگرافی: نمونه‌ای از کرالا، هند. محیط زیست علوم زمین ۲۰۱۵ ، ۷۳ ، ۱۲۴۵-۱۲۶۳٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  27. آماتولی، جی. دومیش، اس. Tuanmu، MN; پارمنتیه، بی. رانیپتا، ا. Malczyk، J. جتز، دبلیو. توصیفگر داده: مجموعه ای از متغیرهای توپوگرافی سراسری، در مقیاس متقابل برای مدل سازی محیطی و تنوع زیستی. علمی داده ۲۰۱۸ ، ۵ ، ۱-۱۵٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  28. Janiec، PAGS مقایسه دو روش طبقه‌بندی یادگیری ماشین برای مدل‌سازی پیش‌بینی سنجش از دور آتش‌سوزی جنگل در شمال شرقی سیبری. Remote Sens. ۲۰۲۰ , ۱۲ , ۴۱۵۷٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  29. Pakosung، KaTM اثر منابع DEM بر مدل هیدرولوژیکی پراکنده بر نتایج رواناب و منطقه طغیان. سیستم زمین مدلسازی محیط زیست ۲۰۲۱ ، ۷ ، ۱۸۹۱-۱۹۰۵٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  30. IBGE. انستیتو برازیلیرو جغرافیا و استاتیک. Modelo de Ondulação Geoidal—MAPGEO2015: Sobre a Publicação. در دسترس آنلاین: https://www.ibge.gov.br/geociencias/modelos-digitais-de-superficie/modelos-digitais-de-superficie/10855-modelo-de-ondulacao-geoidal.html?=&t=sobre ( قابل دسترسی در ۲۸ نوامبر ۲۰۲۰).
  31. Iorio، MM; لاستوریا، جی. Mioto، CL; آلبرز، EDA; Paranhos Filho، AC Avaliação de modelos digitais de elevação extraídos de imagem ALOS/PRISM و مقایسه با مدل های موجود در وب رایگان. Geociências (São Paulo) ۲۰۱۲ ، ۳۱ ، ۶۵۰-۶۶۴٫ [ Google Scholar ]
  32. IBGE. انستیتو برازیلیرو جغرافیا و استاتیک. کتابچه راهنمای Técnico de Pedologia ; Coordenação de Recursos Naturais e Estudos Ambientais: ریودوژانیرو، برزیل، ۲۰۰۷٫ [ Google Scholar ]
  33. عربامری، ع. پرادان، بی. رضایی، ک. لی، سی.- دبلیو. ارزیابی حساسیت زمین لغزش با استفاده از مدل یکپارچه FR-RF مبتنی بر آمار و هوش مصنوعی و DEM های چند وضوحی. Remote Sens. ۲۰۱۹ , ۱۱ , ۹۹۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  34. Rabby، YW; ایشتیاق، ع. رحمان، ام. ارزیابی اثرات مدل‌های رقومی ارتفاع در نقشه‌برداری حساسیت زمین لغزش در ناحیه رانگاماتی، بنگلادش. Remote Sens. ۲۰۲۰ , ۱۲ , ۲۷۱۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  35. Andrades Filho، CdO; Rossetti، DdF اثربخشی داده های SRTM و ALOS-PALSAR برای شناسایی خطوط مورفوساختاری در شمال شرقی برزیل. بین المللی J. Remote Sens. ۲۰۱۲ ، ۳۳ ، ۱۰۵۸-۱۰۷۷٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  36. Mantelli، LR; باربوسا، جی.ام. Bitencourt، MD ارزیابی ریسک زیست محیطی از طریق استخراج خودکار زهکشی و تعیین حوضه آبخیز. Ecol. آگاه کردن. ۲۰۱۱ ، ۶ ، ۳۲۵-۳۳۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  37. گوروخوویچ، ی. Voustianiouk، A. ارزیابی دقت داده های ارتفاعی پردازش شده مبتنی بر SRTM توسط CGIAR با استفاده از داده های میدانی از ایالات متحده آمریکا و تایلند و ارتباط آن با ویژگی های زمین. سنسور از راه دور محیط. ۲۰۰۶ ، ۱۰۴ ، ۴۰۹-۴۱۵٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  38. ساتگه، اف. Bonnet, M.-P.; تیموک، اف. کالمانت، اس. پیلکو، آر. مولینا، جی. لاوادو-کاسیمیرو، دبلیو. آرسن، ع. کرتو، جی. Garnier, J. ارزیابی دقت SRTM v4 و ASTER GDEM v2 بر روی حوضه آبخیز Altiplano با استفاده از داده های ICESat/GLAS. بین المللی J. Remote Sens. ۲۰۱۵ ، ۳۶ ، ۴۶۵-۴۸۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Ijgi 11 00106 g001 550
شکل ۱٫ منطقه مطالعه.
Ijgi 11 00106 g002 550
شکل ۲٫ نقشه های هیپسومتری حوضه آبخیز رودخانه بالساس به دست آمده از: ( الف ) ALOS PALSAR، ( ب ) GMTED2010، ( ج ) SRTM، و ( د ) Topodata.
Ijgi 11 00106 g003 550
شکل ۳٫ نمودار جریان روش.
Ijgi 11 00106 g004 550
شکل ۴٫ هیستوگرام خطای ارتفاعی برای ALOS PALSAR ( a )، GMTED2010 ( b )، SRTM ( c )، و Topodata ( d ).
Ijgi 11 00106 g005 550
شکل ۵٫ همبستگی خطی بین ارتفاعات نقاط مرجع شبکه ژئودزی برزیل و ارتفاعات استخراج شده از هر DEM: ALOS PALSAR ( a )، GMTED2010 ( b )، SRTM ( c )، و Topodata ( d ).
Ijgi 11 00106 g006 550
شکل ۶٫ نقشه شیب برای ALOS PALSAR ( a )، GMTED2010 ( b )، SRTM ( c )، و Topodata ( d ).
Ijgi 11 00106 g007 550
شکل ۷٫ توزیع مکانی خطای ارتفاعی برای ALOS PALSAR ( a )، GMTED2010 ( b )، SRTM ( c )، و Topodata ( d ) از طریق روش وزن دهی معکوس فاصله (IDW) توضیح داده شده است.

ونوس نصیرفام

مقالات

فیسبوکتوئیترپینترسترددیتDeliciousلینکدینواتس اپتلگرامایمیل

نوشته های مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

خانهدربارهتماسارتباط با ما