Jak wykonano model terenu


Wykonanie Numerycznego Modelu Terenu na potrzeby sporządzenia Mapy Hałasu

Dane źródłowe - Specyfikacja produktu/ Metodyka wykonania NMT

Numeryczny Model Terenu, zwany dalej NMT, został wykonany na podstawie danych znajdujących się w zasobie MODGiK, w szczególności Mapy Zasadniczej prowadzonej dla m. Szczecina w skali 1:500. Format docelowy określony został jako rastrowy Grid (*.grd ) programu MapInfo. Przyjęto rozmiar pixela 5x5 metrów. Dysponowano skanami mapy zasadniczej w ilości 2487 sztuk, z kalibracją w postaci plików Tab.

Pierwszym etapem prac było określenie georeferencji w postaci plików TFW wymaganym przez wybrane środowisko pracy - program GeoMedia 6.0 i zapisanie obrazów jako GeoTiff. Następnie wygenerowano na terenie m. Szczecina siatkę o boku 20x20 metrów (626916 elementów), przyjmując zgodnie z technicznym aspektem prac, że w każdym oczku siatki powinna znaleźć się przynajmniej jedna pikieta odczytana z mapy. Dodatkowo zdecydowano się w miejscach o małej gęstości pikiet na digitalizację poziomic wraz z atrybutem wysokości.

Metodyka wykonania NMT

Praca zaowocowała wystarczającą gęstością danych przestrzennych – wprowadzono łącznie 346 644 pikiety.

Część z nich – 1038 ma charakter pomocniczy i odpowiednie oznaczenie w bazie. Wprowadzono je w celu lepszego oddania rzeźby.

Następnym elementem NMT była warstwa poziomic. Ogółem zdigitalizowano 10 840 odcinków linii.

Na terenie miasta Szczecina znajduje się znaczna ilość skarp i krawędzi technicznych. Zostały one ujęte w modelu, zaś ich reprezentacja sięga 13 540 linii.

Istniały jednak tereny pozbawione elementów Wysokościowych (np. cmentarze). Uzupełnieniu modelu posłużyły tu wyniki obserwacji stereoskopowych na obrazach Ikonos. Ogólnie tym sposobem zmierzono 3984 punkty wysokościowe z precyzją lepszą niż 1 metr.

Posiadając dane w postaci zbioru pikiet, punktów wysokościowych pozyskanych w trybie obserwacji stereoskopowej i warstwic oraz 3D linii skarp, przystąpiono do tworzenia NMT.

NMT powstało poprzez przekształcenie danych punktowych („mass points”) oraz linii nieciągłości („breaklines”) do modelu trójkątowego TIN ("Triangulated Irregular Network"). Zaletą takiego podejścia jest większa dokładność modelu i precyzyjne zamodelowanie i lepsze dopasowanie do rzeczywistości.

Ostatnim etapem była rasteryzacja modelu TIN do postaci Grid. Przyjęto wielkość piksela 2x2 metra i dokonano następnie filtracji dolno-przepustowej typu Mean. Spowodowało to pewne wygładzenie modelu, lecz prace te odbyły się w rozdzielczości 3 krotnie lepszej niż wyjściowa. Na koniec przepróbkowano metodą Nearest Neighbour do rozdzielczości 5x5m. Aby NMT wypełniało całą powierzchnię miasta nałożono model na będące w zasobach Techmex dane 20x20m i połączono.

Metodyka wykonania - Kontrola - Analiza dokładności

Na każdym etapie prac dane podlegały kontroli. Ich bardzo duża ilość i specyfika spowodowały, że najlepszą metodą okazała się ta polegająca na stopniowym generowaniu map typu „Shaded Relief ” z odpowiednio dobraną skalą barwną. W ten wizualny sposób można szybko wychwycić wszelkie anomalie w tworzącym się modelu. Dobre rezultaty dawało również generowanie isolinii wysokościowych i badanie ich anormalnych zagęszczeń.

Bardzo pomocna w weryfikacji przebiegu lini brzegowej okazała się również ortofotomapa satelitarna Ikonos o rozdzielczości terenowej 0.82 metra i aktualności na wrzesień 2007 roku.

W celu określenia błędu NMT losowo wybrano 1000 pikiet o potwierdzonej dokładności i dalej niż 50 metrów od krawędzi opracowania. Następnie odczytano wartości wysokości z modelu.

Otrzymano następujące wyniki : 
RMSE( 67%) +/- 0.1 
CE90 (90%) +/- 0.45 
Odchylenie Std. 0.33

Metodyka wykonania NMT – napotkane trudności

Podczas wykonywania NMT napotkano pewne trudności. Nie wpłynęło one jednak w żaden sposób na jakość opracowania, lecz przyczyniły się jedynie do wydłużenia procesu produkcji. Do najważniejszych zaliczyć należy:

  • Dane źródłowe – Mapy Zasadnicze zawierały pewną ilość błędów polegających na błędnym określeniu wysokości pikiety. Należy jednak podkreślić że wychwycona łączna liczba tych błędów nie przekracza 100 co stanowi 0.3 promila opracowania. Oczywiście te punkty nie zostały użyte przy opracowaniu.
  • Brak pełnej definicji Lokalnego Układu Współrzędnych. Oprogramowanie GeoMedia wymaga dobrze zdefiniowanego układu odniesień przestrzennych. Pewne analizy były niemożliwe do uruchomienia.
  • Poziomice na Mapie Zasadniczej mają nieznaną dokładności i
  • Nieznane były też wysokości skarp i nasypów, co spowodowało niemożność rysowanie linii nieciągłości (breaklines) i konieczność ich późniejszego określania na podstawie sąsiadujących pikiet.

Wnioski końcowe

Analiza dokładności otrzymanego NMT potwierdziła słuszność przyjętych założeń. Na uwagę zasługuje także kompletność materiałów wejściowych i ich wysoka jakość. Dane przekazane w postaci cyfrowej w znaczny sposób przyspieszyła opracowanie .

GIS - zasoby mapowe Urzędu Miasta Szczecin. © Urząd Miasta Szczecin. Kontakt: plan.szczecina@um.szczecin.pl