Высотные данные SRTM против топографической съемки

Высотные данные SRTM против топографической съемки.

Лев Муравьев, Институт геофизики УрО РАН

В настоящее время широкому кругу пользователей интернета доступна информация о цифровой модели Земли, полученная в результате радарной топографической съемки с детальностью до 30 м. Настоящее исследование на трех примерах иллюстрирует применимость радиовысотных данных в качестве альтернативы топографической съемки по традиционной методике.

SRTM (Shuttle radar topographic mission) - осуществленная в феврале 2000г с борта космического корабля многоразового использования "Шаттл" радарная интерферометрическая съемка поверхности земного шара[1]. Данная съемка проведена на почти всей территории Земли между 60њ северной широты и 54њ южной широты, а также океанов, с помощью двух радиолокационных сенсоров SIR-C и X-SAR установленных на борту корабля. Результатом съемки стала цифровая модель рельефа 85% поверхности Земли.

Всего в результате съемки было получено 12 терабайт радиолокационных данных, которые в течении 2 лет проходили обработку специалистами NASA.

Данные SRTM существуют в нескольких версиях: предварительные (версия 1, 2003 г) и окончательная (версия 2, февраль 2005 г). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Данные распространяются в нескольких вариантах - сетка с размером ячейки 1 угловая секунда и 3 угловые секунды. Более точные односекундные данные (SRTM1) доступны на территорию США, на остальную поверхность земли доступны только трехсекундные данные (SRTM3). Файлы данных представляют собой матрицу из 1201´1201 (или 3601´3601 для односекундной версии) значений, которая может быть импортирована в различные программы построения карт и геоинформационные системы (например ArcView [2])

Кроме того, существует версия 3, распространяемая в виде файлов ARC GRID, а также ARC ASCII и в формате Geotiff, квадратами 5´5њ в датуме WGS84. Эти данные получены организацией CIAT из оригинальных высотных данных USGS/NASA путем обработки, которая обеспечила получение гладких топографических поверхностей, а так же интерполяцию областей, в которых отсутствовали исходные данные[3].

Ангола, площадь концессии <Катока>. 

Детальная аэромагнитная съемка на площади концессии ГРО <Катока> в республике Ангола проведена в 2004 году геофизическим научно-производственным предприятием "Аэрогеофизика" (г. Москва). Съемка была выполнена на площади 660 км2, в масштабе 1:5000. Относительные превышения рельефа местности получены по результатам дифференциальной коррекции спутниковых определений координат вертолета (GPS, Глонасс) с использованием показаний радиовысотомера. Полученные данные определены со среднеквадратической погрешностью 0.92 м. 

На рисунке 1 приведены изображения рельефа, полученные в результате аэросъемки, и построенные по данным SRTM, а также их разность. Несмотря на то, что общая картина местности на обеих картах повторяется, заметны некоторые различия, и, в частности имеет место постоянный сдвиг около 20 м. Максимальные расхождения между двумя съемками достигают по амплитуде 30 м, причем имеют разный знак. Расхождения приурочены в основном к областям с переменным рельефом (долины рек), что может быть объяснено неточным определением плановых координат точек в методе SRTM.









Данные SRTM 3

Данные топосьемки

Разность

Рисунок 1. Сравнение рельефа участка по данным радиовысотомера TRA-3000/TRI-3 и данным SRTM версии 3. Респ. Ангола, площадь съемки 660 км2 , внизу - то же, трехмерное изображение. Единицы измерения по осям - метры.



Россия, Тюменская область, Западно-Байкаловский участок.

На данном участке Горным Институтом УрО РАН, (г.Пермь) в 2004-05 гг проводились гравиметрические и магниторазведочные работы. Измерения выполнялись по сети 200 на 1000 м, площадь съемки 420 км2. Определение высоты пунктов наблюдений осуществлялось путем прокладки теодолитного хода с привязкой к опорным пунктам и при помощи GPS аппаратуры Trimble 4700, 5700. Точность определения высот составила 0.15 м.

Сопоставление результатов топосъемки на этом участке с высотными данными SRTM приведены на рис.2. Расхождение между двумя моделями достигает 20 м, стандартное отклонение 4 м. В данном случае радарная съемка дает существенно более детальное изображение рельефа местности, в то время как для интерпретации гравитационных данных необходимо значение высоты только в точках наблюдения, детальность отображения рельефа между точками не обязательна. Разница между двумя моделями высот в точках геофизических измерений достигает 15 м, стандартное отклонение 3 м.









Данные SRTM 2

Данные топосьемки

Разность

Рисунок 2. Сравнение рельефа участка по данным топографической съемки по сети 1000 × 200 м и данным SRTM версии 2 Западно-Байкаловский участок, Тюменская обл. (площадь съемки 420 км2). Единицы измерения по осям - километры.

Россия, о.Уруп, Купольный участок.

Геофизические исследования выполнены МП <Электра> (г.Южно-Сахалинск) в 2004 году. Топографическая съемка масштаба 1:5000 (и 1:2000 на часть участка) была самостоятельной задачей в рамках данных работ, и выполнена по стандартной методике, с применением тахеометров и геодезических приемников GPS Trimble 5700. Общая площадь съемки - около 4 км2. Сопоставление с данными SRTM приведено на рис 3. На данном примере видно, что сеть радарной съемки существенно реже, чем топосъемки и, хотя общий контур местности повторяется, топосъемка дает существенно более детальный результат. Расхождение между двумя моделями достигает 60 м, стандартное отклонение 10 м.







Данные SRTM 2

Данные топосьемки

Разность

Рисунок 3. Сравнение рельефа участка по данным детальной топографической съемки по сети менее 100 м и данным SRTM версии 2. Купольный участок, о.Уруп (площадь съемки 4 км2). Единицы измерения по осям - метры.

Выводы.

Вопрос применимости радарных высотных данных SRTM в качестве альтернативы стандартным методам построения цифровой модели местности, на мой взгляд, должен решаться в каждом случае индивидуально, в зависимости от поставленной задачи, характеристик рельефа и требуемой точности высотной привязки.

Данные SRTM могут применяться для оценки сложности предстоящих топографо-геодезических работ, планирования их проведения, а также могут оказать помощь при проектировании расположения профилей и других объектов еще до проведения топосъемки.

Полученные по результатам радарной съемки SRTM значения превышений точек местности могут быть использованы для обновления топоосновы территорий, где отсутствуют данные детальных топографо-геодезических работ.

Результаты геодезических работ для выполнения сравнения были предоставлены заказчиками и исполнителями работ: ГРО <Катока> (Ангола), Фгеоконсалтинг (г. Тюмень), МП Электра (г.Южно-Сахалинск).

Список литературы

1. The shuttle radar topography mission. / Farr Tom G., Hensley Scott, Rodriguez Ernesto, Martin Jan, Kobrick Mike. // CEOS SAR Workshop. Toulouse 26-29 Oct. 1999. Noordwijk. 2000, с. 361-363.

2. О данных SRTM и их импорте с помощью Arcinfo Workstation. http://gis-lab.info/qa/srtm.html

3. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Hole-filled seamless SRTM data V3, International Centre for Tropical Agriculture (CIAT), доступна на http://srtm.csi.cgiar.org/