Digitální výškové modely

Kvalita a přesnost ASTER GDEM


V tomto článku se dozvíte podrobnější informace o digitálním modelu ASTER GDEM včetně výsledků podrobné analýzy přesnosti pro území České republiky.

ASTER GDEM je dodáván v podobě “dlaždic” o velikosti jeden krát jeden úhlový stupeň. Každou dlaždici výškového modelu doprovází soubor s kvalitativními parametry. Tyto soubory jsou svými rozměry, bitovou hloubkou, formátem a souřadnicovým umístěním totožné jako příslušné dlaždice výškového modelu, odlišují se označením končícím na _num (tedy například ASTGTM_N50E014_num.tif). Kladné hodnoty jednotlivých pixelů těchto souborů znamenají počet jednotlivých dílčích výškových modelů založených na dvojicích asterovských scén, ze kterých se počítala výsledná hodnota výšky v GDEM. Vyšší číslo tedy znamená vyšší „počet měření“ a tedy i velmi pravděpodobně vyšší přesnost výsledku. Záporné hodnoty některých pixelů v _num souborech znamenají, že na těchto pixelech výpočet selhal anebo vypočítal anomální hodnoty a hodnota výšky byla převzata z jiných referenčních dat (SRTM V3 pro hodnotu -1, SRTM V2 pro hodnotu -2, NED pro hodnotu -5, CDED pro hodnotu -6 a Alaska DEM pro hodnotu -11). Ve verzi 1 – pro některé oblasti bez jiných referenčních dat (zejména Evropa severně od 60° s.š.) – byly chybné anomální hodnoty nahrazené hodnotou -9999.

Předprodukční odhady přesnosti byly takové, že pro 95% území by měla být výšková přesnost 20 metrů a polohová 30 metrů. Posouzení přesnosti výsledného produktu je značně ovlivněné výběrem testovaného území. Pro první odhad přesnosti, kterou můžeme na daném území očekávat, by měl uživatel vždy použít příslušný soubor s kvalitativními parametry *_num.tif. Pokrytí scénami ASTER totiž není zcela rovnoměrné a nedostatečný počet scén značně snižuje pravděpodobnost dostatečně přesného výsledku. Přesnost jednotlivých korelací je pak dále závislá na kvalitě jednotlivých scén (oblačnost apod.) a také na typu krajiny daného území. Při vysokém počtu dvojic náhodná méně přesná hodnota výsledný průměr příliš neovlivní, při nízkém počtu je vliv náhodné chybné hodnoty značný.

Následující mapka zobrazuje kvalitativní parametry pro území České republiky:

Kvalitativní parametry ASTER GDEM pro území České republiky

Zřetelně jsou zde vidět základní jednotlivé pásy ve směru letu družice, které se liší počtem zpracovaných přeletů nad daným územím a v jednotlivých pásech pak oblasti, kde počet použitelných výsledků kolísá v závislosti na dalších nahodilých vlivech, jako např. stav atmosféry a terén.
Korelace velice často selhává nebo nedosahuje dostatečně přesných výsledků na plochách, jako jsou např. vodní hladiny. Při automatickém zpracování ASTER GDEM nebyla použita žádná maska vnitrozemských vodních ploch a tak výšky nejsou konstantní pro každou vodní plochu a mohou být značně nepřesné. Dalšími plochami, kde automatická korelace časteji selhává, jsou například povrchové doly a další, příliš jednolité nebo příliš světlé či tmavé plochy.
V neposlední řadě je pak nutné mít na paměti, že v případě terénu zcela zakrytého vegetací nebo zástavbou nebudou výsledné výšky výškami terénu, ale nadmořskými výškami povrchu zakrývajícího terén (tedy např. korun stromů nebo střech budov). ASTER GDEM tedy patří do kategorie digitálních modelů povrchu.

Test přesnosti pro území České republiky byl proveden porovnáním s výškovými daty ZABAGED. Hlavním podkladem pro tento výškový model byly vrstevnice, jedná se tedy o „pravý“ digitální model terénu. Rozdíly v řádu výšek stromů či budov lze proto na zalesněných nebo hustě zastavěných oblastech očekávat automaticky.

Následující mapka zobrazuje nalezené výškové rozdíly mezi ASTER GDEM a kontrolním digitálním modelem terénu pro území České republiky:

Výškové rozdíly mezi ASTER GDEM a referenčním digitálním modelem terénu pro území České republiky.

Pro celé území ČR byly zjištěny rozdíly do +/- 20 metrů na 94,9% plochy ASTER GDEM. Následně pak bylo provedeno porovnání na třech různých oblastech, které celkem jasně ilustrují lokální odchylky v přesnosti podle lokality.

Území celá ČR Olomoucko Slaný a okolí Posázaví
počet testovaných pixelů 127 507 096 8 500 488 262 611 2 713 810
zjištěné rozdíly do 5m 28,7% 17,5% 13,0% 52,7%
zjištěné rozdíly do10m 62,2% 38,3% 49,0% 86,3%
zjištěné rozdíly do 15m 86,2% 59,9% 89,9% 96,1%
zjištěné rozdíly do 20m 94,9% 78,3% 99,0% 98,8%
zjištěné rozdíly do 25m 97,9% 90,3% 99,9% 99,7%
zjištěné rozdíly do 50m 99,9% 99,7% 100,0% 100,0%
 

nahoru