DEM extraction from archive aerial

DEM extraction from archive aerial photos: accuracy assessment in areas of complex topography
Giuseppe Pulighe1*and Francesco Fava2
1Istituto Nazionale di Economia Agraria, via Nomentana 41, 00161 Roma, Italy 2Remote Sensing of Environmental Dynamics Lab., Dep. of Earth and Environmental Sciences, Università degli Studi di Milano-Bicocca, Piazza della Scienza 1, 20126 Milano, Italy *Corresponding author, e-mail address: [e-mail]
Abstract The aim of this study is to analyze the accuracy of a Digital Elevation Model (DEM) created with photogrammetric techniques from stereoscopic pairs of aerial photos in areas with complex geomorphologic characteristics. The evaluation of DEM and derived geomorphometric parameters was conducted by comparison with other standard DEM products (i.e. TINITALY/01 and ASTER GDEM-V2) and by accuracy assessment based on Check Points (CPs). The validation process includes the comparison of elevation profiles, the calculation of DEM accuracies, and the evaluation of the effect of slope and aspect on the DEM accuracy. The produced DEM accurately represent complex terrain (RMSE = 4.90 m), thus providing information suitable for local-scale geomorphometric analysis. The obtained accuracy resulted slightly worse than TINITALY/01 (RMSE = 2.53 m), but significantly better than ASTER GDEM (RMSE = 12.95 m). These results confirm that photo-based DEM extraction can be a very competitive and precise methodology if other expensive high-resolution data are not accessible. Keywords: DEM, aerial photos, aerial triangulation, accuracy assessment.
Introduction Nowadays, the Digital Elevation Model (DEM), which is a 3D digital representation of an elevation surface over a specified area, is one of the most fundamental requirements for a large variety of spatial analysis and modeling problems in environmental sciences. It is used in analyses in ecology, hydrology, agriculture, geology, pedology, geomorphology and many others, as a means both of explaining processes and of predicting them through modeling [Schumann et al., 2008; Christoph et al., 2009; Marzolff and Poesen, 2009]. Our capacity to understand and model these processes depends on the quality of the topographic data that are available [Jarvis et al., 2004]. DEMs are also a necessary input parameters for: determining the extent of a watershed
Pulighe and Fava DEM extraction from archive aerial photos
364
and extracting a drainage network [Tucker et al., 2001], determining the slope and aspect associated with a geographic region [Kuhni and Pfiffner, 2001], modeling and planning for telecommunications [Sawada et al., 2006], orthorectification [Toutin, 2004], preparing 3D simulations, 3D perspectives and flight simulations [Lisle, 2006], agricultural applications [Pilesjö et al., 2006], studies of landscape dynamics [Mitasova et al., 2005] and morphometric characterization of volcanoes [Grosse et al., 2012]. As with any other geospatial dataset, DEMs are produced at a number of spatial scales each of which has its own cost-effective techniques for data acquisition [Oksanen and Sarjakoski, 2006]. With the advent of satellite imagery covering the globe, various global datasets of topography have been produced, of increasingly better resolution. The possible sources of these elevation data can be Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), photogrammetric methods with space and aerial images, laser scanning using airborne Light Detection and Ranging (LiDAR) and classical ground survey [Nelson et al., 2009; Hirt et al., 2010]. Each of these methods have advantages and disadvantages. The classical field survey is economic only for small areas (e.g. geoarchaeology). Aerial laser scanning is detailed and accurate but very expensive, requiring specifically designed flights and intensive elaboration of the raw data [Grosse et al., 2012]. Satellite photogrammetry is also weather depending and still quite expensive as the very high resolution satellites are mainly operating in a single image mode. In fact, stereo pairs are frequently collected on demand. Radar interferometry is weather independent (rainfall may cause some problems), but time-consuming and quite complex to elaborate [Panagiotis et al., 2008]. Aerial photogrammetry is an accurate and powerful tool in surface model generation, extracting high resolution DEMs by means of automated image matching procedures [Fabris and Pesci, 2005]. Very high-resolution aerial imagery are currently available for modeling more detailed earth surface processes [Jarvis et al., 2004; Marzolff and Poesen, 2009; Prokešová et al., 2010], especially in fields such as hydrology, pedology, landslide dynamics or geomorphology. In particular, historical aerial photos collected in Italian archives over the past 60 years [Fabris and Pesci, 2005; Fabris et al., 2011], as well as in other countries, represent an extensive source of data that support environmental studies, and in general for planning. The performance of automated DEM generation were re-evaluated through the use of professional photogrammetric workstations [Hohle, 2009], that allow important advantages, for example, faster processing and low processing costs. The methodology of automatic DEM extraction and orthophoto generation from digital stereo imagery is well established and extensively described [e.g. Rivera et al., 2005; Pieczonka et al., 2011]. However, an accuracy assessment of these elevation data is necessary. Inadequate and inaccurate representations can lead to poor decisions that can negatively impact our environment and the associated human, cultural, and physical landscape. This is particularly true in classification or other cartographic modeling applications where elevation, slope and aspect are derived from DEMs and used with other spatial data [Bolstad and Stowe, 1994]. Still, only a limited number of studies have addressed the issue of accuracy evaluation of DEM produced by photogrammetric methods from archive aerial photographs and derived geomorphometric features in areas with complex topography. The purpose of this paper is to investigate the quality of DEM created with photogrammetric methods using stereo aerial photos in areas of complex topography, and its potential use for geomorphometic analysis at local scale.
365
European Journal of Remote Sensing - 2013, 46: 363-378
Specifically, the objective of this case study was to answer the following questions: I) What is the accuracy of the DEM created from archive aerial photos in comparison with two other DEMs generated with different methodologies? II) How do slope and aspect influence DEM accuracy?
Material and methods Study area The study area is located about 30 km south of Cagliari, in southern Sardinia, Italy, around 38º 59’ north latitude and 8º 54’ west longitude, and covers an area of 10 km x 5 km. The elevations range from 4 m up to over 860 m a.s.l., the average slope is 22° and most of the reliefs are facing south-east. Land cover consists mainly of a mixture of coniferous forest and mediterranean maquis, with patches of pastures and agricultural areas. The site is dominated by Quercus ilex L., Quercus suber L., Arbutus unedo L. and Phillyrea L. sp. with a maximum height of 3 m. Paleozoic Granites (Complesso Granitoide del SulcisArburese) constitute the bedrock. They are deeply altered and friable, showing the typical arenization at the surface. Limited Pleistocene and Holocene sediment covers are present in the lower valley areas. This region is characterized by hilly and undulating terrain which extends to the coastline, and represent a specific landscape characterized by steep ridges, high peaks, deep valleys and gorges. Figure 1 depicts the study area and the locations of the CPs collected from a topographic map with a scale of 1:10.000.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สกัด DEM จากเก็บภาพถ่ายทางอากาศ: ประเมินความถูกต้องในพื้นที่ภูมิประเทศที่ซับซ้อนจูเซ Pulighe1 * และฟรานเชสโค Fava21Istituto Nazionale di Economia Agraria, Nomentana 41, 00161 โร อิตาลี 2Remote ไร้สายของสิ่งแวดล้อม Dynamics ห้องปฏิบัติ ออกโลก และ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม Università degli Studi di Milano-Bicocca ปิอาซซ่าเดลลา Scienza 1, 20126 มิลาโน อิตาลี * Corresponding ผู้เขียน ที่อยู่อีเมล์: [e-mail]นามธรรมเป็นจุดมุ่งหมายของการศึกษานี้เพื่อ วิเคราะห์ความถูกต้องของแบบดิจิตอลยกรุ่น (DEM) สร้างขึ้น ด้วยเทคนิคภาพถ่ายทางอากาศในพื้นที่ที่มีลักษณะซับซ้อน geomorphologic stereoscopic คู่สมกับ การประเมินของ DEM และ geomorphometric ได้รับพารามิเตอร์ได้ดำเนิน by comparison with ผลิตภัณฑ์ DEM อื่น ๆ มาตรฐาน (เช่น TINITALY/01 และสเตอร์ GDEM V2) และประเมินความถูกต้องตามจุดตรวจสอบ (ของวิทยาลัย) การตรวจสอบรวมถึงการเปรียบเทียบค่าระดับ การคำนวณของ DEM accuracies และการประเมินผลของความชันและด้านความถูกต้องของ DEM DEM ผลิตแสดงภูมิประเทศที่ซับซ้อนได้อย่างถูกต้อง (RMSE = 4.90 เมตร), จึง ให้ข้อมูลที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์มาตราส่วนท้องถิ่น geomorphometric ความถูกต้องได้รับผลเล็กน้อยแย่กว่า TINITALY/01 (RMSE = 2.53 m), แต่มากกว่า GDEM สเตอร์ (RMSE = 12.95 m) ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันว่า ภาพตามแยก DEM สามารถวิธีแข่งขันมาก และแม่นยำข้อมูลความละเอียดสูงราคาแพงอื่น ๆ จะไม่สามารถเข้า คำสำคัญ: DEM ภาพถ่ายทางอากาศ สามทางอากาศ การประเมินความถูกต้องแนะนำในปัจจุบัน แบบดิจิตอลยกรุ่น (DEM), ซึ่งเป็นการแสดงดิจิตอล 3D ของพื้นยกระดับที่ผ่านพื้นที่ที่ระบุ เป็นหนึ่งในความต้องการพื้นฐานที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ปริภูมิและโมเดลปัญหาด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมที่หลากหลาย ใช้ในการวิเคราะห์ระบบนิเวศ อุทกวิทยา เกษตร ธรณีวิทยา ปฐพีวิทยา ธรณีสัณฐานวิทยา และคน อื่น ๆ เป็นวิธีการที่ทั้งอธิบายกระบวนการ และ การคาดการณ์เหล่านั้นผ่านโมเดล [สคูมัน et al., 2008 Christoph al. et, 2009 Marzolff ก Poesen, 2009] กำลังของเรา และเข้าใจรูปแบบกระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของข้อมูล topographic ที่ว่าง [จาร์วิส et al., 2004] DEMs มีพารามิเตอร์การป้อนข้อมูลที่จำเป็นสำหรับ: กำหนดขอบเขตของลุ่มน้ำเป็น Pulighe และ Fava DEM สกัดจากเก็บภาพถ่ายทางอากาศ364and extracting a drainage network [Tucker et al., 2001], determining the slope and aspect associated with a geographic region [Kuhni and Pfiffner, 2001], modeling and planning for telecommunications [Sawada et al., 2006], orthorectification [Toutin, 2004], preparing 3D simulations, 3D perspectives and flight simulations [Lisle, 2006], agricultural applications [Pilesjö et al., 2006], studies of landscape dynamics [Mitasova et al., 2005] and morphometric characterization of volcanoes [Grosse et al., 2012]. As with any other geospatial dataset, DEMs are produced at a number of spatial scales each of which has its own cost-effective techniques for data acquisition [Oksanen and Sarjakoski, 2006]. With the advent of satellite imagery covering the globe, various global datasets of topography have been produced, of increasingly better resolution. The possible sources of these elevation data can be Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), photogrammetric methods with space and aerial images, laser scanning using airborne Light Detection and Ranging (LiDAR) and classical ground survey [Nelson et al., 2009; Hirt et al., 2010]. Each of these methods have advantages and disadvantages. The classical field survey is economic only for small areas (e.g. geoarchaeology). Aerial laser scanning is detailed and accurate but very expensive, requiring specifically designed flights and intensive elaboration of the raw data [Grosse et al., 2012]. Satellite photogrammetry is also weather depending and still quite expensive as the very high resolution satellites are mainly operating in a single image mode. In fact, stereo pairs are frequently collected on demand. Radar interferometry is weather independent (rainfall may cause some problems), but time-consuming and quite complex to elaborate [Panagiotis et al., 2008]. Aerial photogrammetry is an accurate and powerful tool in surface model generation, extracting high resolution DEMs by means of automated image matching procedures [Fabris and Pesci, 2005]. Very high-resolution aerial imagery are currently available for modeling more detailed earth surface processes [Jarvis et al., 2004; Marzolff and Poesen, 2009; Prokešová et al., 2010], especially in fields such as hydrology, pedology, landslide dynamics or geomorphology. In particular, historical aerial photos collected in Italian archives over the past 60 years [Fabris and Pesci, 2005; Fabris et al., 2011], as well as in other countries, represent an extensive source of data that support environmental studies, and in general for planning. The performance of automated DEM generation were re-evaluated through the use of professional photogrammetric workstations [Hohle, 2009], that allow important advantages, for example, faster processing and low processing costs. The methodology of automatic DEM extraction and orthophoto generation from digital stereo imagery is well established and extensively described [e.g. Rivera et al., 2005; Pieczonka et al., 2011]. However, an accuracy assessment of these elevation data is necessary. Inadequate and inaccurate representations can lead to poor decisions that can negatively impact our environment and the associated human, cultural, and physical landscape. This is particularly true in classification or other cartographic modeling applications where elevation, slope and aspect are derived from DEMs and used with other spatial data [Bolstad and Stowe, 1994]. Still, only a limited number of studies have addressed the issue of accuracy evaluation of DEM produced by photogrammetric methods from archive aerial photographs and derived geomorphometric features in areas with complex topography. The purpose of this paper is to investigate the quality of DEM created with photogrammetric methods using stereo aerial photos in areas of complex topography, and its potential use for geomorphometic analysis at local scale. 365European Journal of Remote Sensing - 2013, 46: 363-378Specifically, the objective of this case study was to answer the following questions: I) What is the accuracy of the DEM created from archive aerial photos in comparison with two other DEMs generated with different methodologies? II) How do slope and aspect influence DEM accuracy?Material and methods Study area The study area is located about 30 km south of Cagliari, in southern Sardinia, Italy, around 38º 59’ north latitude and 8º 54’ west longitude, and covers an area of 10 km x 5 km. The elevations range from 4 m up to over 860 m a.s.l., the average slope is 22° and most of the reliefs are facing south-east. Land cover consists mainly of a mixture of coniferous forest and mediterranean maquis, with patches of pastures and agricultural areas. The site is dominated by Quercus ilex L., Quercus suber L., Arbutus unedo L. and Phillyrea L. sp. with a maximum height of 3 m. Paleozoic Granites (Complesso Granitoide del SulcisArburese) constitute the bedrock. They are deeply altered and friable, showing the typical arenization at the surface. Limited Pleistocene and Holocene sediment covers are present in the lower valley areas. This region is characterized by hilly and undulating terrain which extends to the coastline, and represent a specific landscape characterized by steep ridges, high peaks, deep valleys and gorges. Figure 1 depicts the study area and the locations of the CPs collected from a topographic map with a scale of 1:10.000.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สกัด DEM จากภาพถ่ายทางอากาศเก็บ: การประเมินความถูกต้องในพื้นที่ของภูมิประเทศที่ซับซ้อน
จูเซปเป้ Pulighe1 * และฟรานเชส Fava2
. Nazionale di 1Istituto Economia Agraria ผ่าน Nomentana 41, 00161 โรมอิตาลี 2Remote การตรวจวัดสิ่งแวดล้อม Dynamics แล็บ, Dep ของโลกและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมUniversità degli Studi di Milano-Bicocca, Piazza della Scienza 1 20126 Milano, อิตาลี * ผู้รับผิดชอบ, e-mail address: [e-mail]
บทคัดย่อจุดมุ่งหมายของการศึกษาครั้งนี้คือการวิเคราะห์ความถูกต้องของ สูงดิจิตอลรุ่น (DEM) สร้างขึ้นด้วยเทคนิค photogrammetric จากคู่สามมิติของภาพถ่ายทางอากาศในพื้นที่ที่มีลักษณะซับซ้อน geomorphologic การประเมินผลการ DEM และพารามิเตอร์ geomorphometric มาได้ดำเนินการโดยการเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ DEM มาตรฐานอื่น ๆ (เช่น TINITALY / 01 และ ASTER GDEM-V2) และการประเมินความถูกต้องขึ้นอยู่กับการตรวจสอบจุด (CPs) กระบวนการตรวจสอบรวมถึงการเปรียบเทียบระดับความสูงของโปรไฟล์การคำนวณความถูกต้อง DEM และการประเมินผลกระทบของความลาดชันและด้านบนความถูกต้อง DEM ผลิต DEM ต้องเป็นตัวแทนของภูมิประเทศที่ซับซ้อน (RMSE = 4.90 เมตร) จึงให้ข้อมูลที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ geomorphometric ท้องถิ่นระดับ ความถูกต้องที่ได้รับผลเล็กน้อยเลวร้ายยิ่งกว่า TINITALY / 01 (RMSE = 2.53 เมตร) แต่มีความหมายที่ดีกว่า ASTER GDEM (RMSE = 12.95 เมตร) ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันว่าภาพที่ใช้การสกัด DEM สามารถเป็นวิธีการแข่งขันสูงมากและแม่นยำถ้าข้อมูลอื่น ๆ ความละเอียดสูงที่มีราคาแพงไม่สามารถเข้าถึงได้ คำสำคัญ: DEM, ภาพถ่ายทางอากาศ, สมการทางอากาศ, การประเมินความถูกต้อง.
บทนำปัจจุบันสูงดิจิตอลรุ่น (DEM) ซึ่งเป็นตัวแทน 3D ดิจิตอลของพื้นผิวสูงกว่าพื้นที่ที่กำหนดเป็นหนึ่งในความต้องการพื้นฐานที่สุดสำหรับความหลากหลายขนาดใหญ่ ของการวิเคราะห์เชิงพื้นที่และปัญหาการสร้างแบบจำลองในวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม มันถูกใช้ในการวิเคราะห์ในระบบนิเวศอุทกวิทยา, การเกษตร, ธรณีวิทยาปฐพีวิทยา, ธรณีสัณฐานและอื่น ๆ อีกมากมายเป็นวิธีทั้งการอธิบายกระบวนการและการคาดการณ์พวกเขาผ่านการสร้างแบบจำลอง [แมนน์ et al, 2008. คริสโต et al, 2009. Marzolff และ Poesen, 2009] ความสามารถของเราที่จะเข้าใจและสร้างแบบจำลองกระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของข้อมูลภูมิประเทศที่มีอยู่ [จาร์วิส et al., 2004] นอกจากนี้ยังมี DEMs ป้อนพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการ: การกำหนดขอบเขตของลุ่มน้ำ
Pulighe และ Fava DEM สกัดจากคลังภาพถ่ายทางอากาศ
364
และการสกัดเครือข่ายการระบายน้ำ [. ทักเกอร์, et al, 2001] กำหนดความลาดชันและด้านที่เกี่ยวข้องกับพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ [ Kuhni และ Pfiffner 2001] การสร้างแบบจำลองและการวางแผนสำหรับการสื่อสารโทรคมนาคม [Sawada et al., 2006] orthorectification [Toutin, 2004] เตรียมความพร้อมแบบจำลอง 3 มิติมุมมอง 3 มิติและการจำลองการบิน [ฝ้าย 2006] การใช้งานการเกษตร [Pilesjö et al, 2006] การศึกษาของการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ [Mitasova et al., 2005] และลักษณะของภูเขาไฟเมตริก [Grosse et al., 2012] เช่นเดียวกับชุดข้อมูลเชิงพื้นที่อื่น ๆ DEMs มีการผลิตที่จำนวนของเครื่องชั่งเชิงพื้นที่แต่ละที่มีเทคนิคที่มีประสิทธิภาพของตัวเองสำหรับการเก็บข้อมูล [Oksanen และ Sarjakoski 2006] กับการถือกำเนิดของภาพถ่ายดาวเทียมที่ครอบคลุมโลกชุดข้อมูลระดับโลกต่างๆของภูมิประเทศที่ได้รับการผลิตที่ดีขึ้นของความละเอียดมากขึ้น แหล่งที่มาของข้อมูลระดับความสูงเหล่านี้จะสามารถ Interferometric รูเรดาร์สังเคราะห์ (InSAR) วิธี photogrammetric ที่มีพื้นที่และภาพทางอากาศโดยใช้เลเซอร์สแกนตรวจจับแสงอากาศและตั้งแต่ (LiDAR) และการสำรวจพื้นดินคลาสสิก [เนลสัน, et al, 2009. Hirt et al., 2010] แต่ละวิธีการเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสีย การสำรวจภาคสนามคลาสสิกทางเศรษฐกิจเพียงอย่างเดียวสำหรับพื้นที่ขนาดเล็ก (เช่น geoarchaeology) เลเซอร์สแกนอากาศมีรายละเอียดและความถูกต้อง แต่มีราคาแพงมากต้องออกแบบมาโดยเฉพาะเที่ยวบินและรายละเอียดเพิ่มเติมที่เข้มข้นของข้อมูลดิบ [Grosse et al., 2012] ภาพถ่ายดาวเทียมนอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและยังคงมีราคาแพงมากเป็นความละเอียดสูงมากดาวเทียมเป็นส่วนใหญ่การดำเนินงานในโหมดภาพเดียว ในความเป็นจริงคู่สเตอริโอจะถูกเก็บรวบรวมบ่อยตามความต้องการ อินเตอร์เฟเรดาร์สภาพอากาศอิสระ (ปริมาณน้ำฝนอาจก่อให้เกิดปัญหาบางอย่าง) แต่ใช้เวลานานและมีความซับซ้อนมากทีเดียวที่จะทำอย่างละเอียด [Panagiotis et al., 2008] ภาพถ่ายทางอากาศเป็นเครื่องมือที่ถูกต้องและมีประสิทธิภาพในการผลิตรูปแบบพื้นผิวสกัด DEMs ความละเอียดสูงโดยวิธีการของภาพขั้นตอนการจับคู่อัตโนมัติ [แฟบและ Pesci 2005] มากความละเอียดสูงภาพถ่ายทางอากาศมีอยู่ในปัจจุบันสำหรับการสร้างแบบจำลองกระบวนการพื้นผิวของโลกรายละเอียดเพิ่มเติม [จาร์วิส, et al, 2004. Marzolff และ Poesen 2009; Prokešová et al., 2010] โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาต่าง ๆ เช่นอุทกวิทยาปฐพีวิทยาเปลี่ยนแปลงถล่มหรือธรณีสัณฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งภาพถ่ายทางอากาศที่เก็บรวบรวมประวัติศาสตร์ในหอจดหมายเหตุของอิตาลีที่ผ่านมา 60 ปี [แฟบและ Pesci 2005; แฟบ et al., 2011] เช่นเดียวกับในประเทศอื่น ๆ เป็นตัวแทนของแหล่งที่มาของข้อมูลที่กว้างขวางที่สนับสนุนการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและโดยทั่วไปสำหรับการวางแผน ประสิทธิภาพการทำงานของรุ่น DEM อัตโนมัติได้รับการประเมินอีกครั้งผ่านการใช้งานของเวิร์คสเตชั่ photogrammetric มืออาชีพ [Hohle, 2009] ที่ช่วยให้ได้เปรียบที่สำคัญเช่นการประมวลผลได้เร็วขึ้นและค่าใช้จ่ายในการประมวลผลในระดับต่ำ วิธีการสกัด DEM อัตโนมัติและรุ่น orthophoto จากภาพสเตอริโอดิจิตอลจะดีขึ้นและอธิบายอย่างกว้างขวาง [เช่นริเวร่า, et al, 2005. Pieczonka et al., 2011] อย่างไรก็ตามการประเมินความถูกต้องของข้อมูลระดับความสูงเหล่านี้เป็นสิ่งที่จำเป็น การแสดงที่ไม่เพียงพอและไม่ถูกต้องสามารถนำไปสู่การตัดสินใจที่ไม่ดีที่สามารถส่งผลกระทบในเชิงลบของเราและสภาพแวดล้อมของมนุษย์ที่เกี่ยวข้องวัฒนธรรมและภูมิทัศน์ทางกายภาพ นี่คือความจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจัดหมวดหมู่หรือการใช้งานการสร้างแบบจำลองการทำแผนที่อื่น ๆ ที่สูงลาดชันและด้านที่จะได้มาจาก DEMs และใช้กับข้อมูลเชิงพื้นที่อื่น ๆ [Bolstad และสโตว์ 1994] ยังคงมีเพียงจำนวน จำกัด ของการศึกษาได้กล่าวถึงประเด็นของการประเมินความถูกต้องของ DEM ผลิตโดยวิธีการ photogrammetric จากภาพถ่ายทางอากาศและเก็บมา geomorphometric คุณสมบัติในพื้นที่ที่มีภูมิประเทศที่ซับซ้อน . วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือการตรวจสอบคุณภาพของ DEM สร้างขึ้นด้วยวิธีการ photogrammetric โดยใช้ภาพถ่ายทางอากาศสเตอริโอในพื้นที่ของภูมิประเทศที่ซับซ้อนและการใช้งานที่อาจเกิดขึ้นในการวิเคราะห์ geomorphometic ในระดับท้องถิ่น
365
วารสารยุโรปการสำรวจระยะไกล - 2013, 46: 363- 378
โดยเฉพาะวัตถุประสงค์ของการศึกษากรณีนี้ก็จะตอบคำถามต่อไปนี้: I) อะไรคือสิ่งที่ถูกต้องของ DEM สร้างขึ้นจากการเก็บภาพถ่ายทางอากาศในการเปรียบเทียบกับสอง DEMs อื่น ๆ ที่สร้างขึ้นด้วยวิธีการที่แตกต่างกัน? ครั้งที่สอง) วิธีทำลาดชันและมีอิทธิพลต่อความถูกต้องด้าน DEM?
วัสดุและวิธีการในพื้นที่ศึกษาพื้นที่ศึกษาตั้งอยู่ประมาณ 30 กิโลเมตรทางใต้ของกาลยารีในภาคใต้ของเกาะซาร์ดิเนียประเทศอิตาลีรอบ38º 59 'ละติจูดเหนือและ8º 54' แวงตะวันตกและครอบคลุม พื้นที่ 10 กม. x 5 กม. ระดับช่วงจาก 4 เมตรขึ้นไปกว่า 860 เมตร ASL, ลาดชันโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 22 องศาและส่วนใหญ่ของสีสรรกำลังเผชิญทางตะวันออกเฉียงใต้ ฝาครอบที่ดินส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนผสมของป่าสนและ Maquis เมดิเตอร์เรเนียนกับแพทช์ของทุ่งหญ้าและพื้นที่การเกษตร เว็บไซต์ที่ถูกครอบงำด้วยพุ่มไม้วร์ลิตร suber วร์ลิตร Arbutus unedo ลิตรและ Phillyrea แอลเอสพี ที่มีความสูงเกิน 3 เมตร Paleozoic แกรนิต (Complesso Granitoide เด SulcisArburese) เป็นความจริง พวกเขามีการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งและเปราะแสดง arenization ปกติที่พื้นผิว จำกัด Pleistocene และโฮโลซีนครอบคลุมตะกอนที่มีอยู่ในพื้นที่หุบเขาที่ต่ำกว่า ภูมิภาคนี้เป็นลักษณะภูมิประเทศที่เป็นภูเขาและเป็นลูกคลื่นที่ขยายไปถึงชายฝั่งทะเลและเป็นตัวแทนภูมิทัศน์เฉพาะโดดเด่นด้วยสันเขาสูงชันยอดเขาสูงหุบเขาลึกและซอก รูปที่ 1 แสดงให้เห็นพื้นที่การศึกษาและสถานที่เก็บรวบรวมจาก CPs แผนที่ภูมิประเทศมาตราส่วน 1: 10.000

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เด็มสกัดจากคลังภาพถ่ายทางอากาศ : ความถูกต้องของการประเมินในพื้นที่ที่มีภูมิประเทศ
Giuseppe pulighe1 * และ ฟรานเชสโก้ fava2
1istituto นาซิโอนาเล่ ดิ economia agraria ทางด้าน 41 00161 Roma , อิตาลี 2remote สัมผัสห้องทดลองพลศาสตร์สิ่งแวดล้อม สาขาวิชา โลกและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยล่าสุด degli การศึกษา di Milano bicocca Piazza della scienza 1 , 20126 , มิลาโนอิตาลี * ที่ผู้เขียน อีเมล : pulighe @ inea .
บทคัดย่อ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความถูกต้องของแบบจำลองระดับความสูงดิจิตอล ( DEM ) สร้างขึ้นด้วยเทคนิคสามมิติ photogrammetric จากคู่ของภาพถ่ายทางอากาศในพื้นที่ที่มีลักษณะ geomorphologic ที่ซับซ้อนการประเมินและ geomorphometric เด็มได้มาดำเนินการโดยเปรียบเทียบกับตัวแปรอื่น ๆมาตรฐานผลิตภัณฑ์ ( เช่น DEM tinitaly / 01 และแอสเตอร์ gdem-v2 ) และจากการประเมินความถูกต้องตามจุดตรวจ ( CPS ) ขั้นตอนการตรวจสอบรวมถึงการเปรียบเทียบโปรไฟล์ระดับความสูง การคำนวณเด็มความถูกต้อง และประเมินผลของความลาดชันและด้านความถูกต้องเด็มที่ถูกต้องแสดงถึงภูมิประเทศที่ซับซ้อน DEM ( RMSE = 4.90 เมตร ) ดังนั้น การให้ข้อมูลที่เหมาะสมกับท้องถิ่น ระดับ geomorphometric การวิเคราะห์ ค่าความถูกต้องมีผลเล็กน้อยยิ่งกว่า tinitaly / 01 ( RMSE = 2.53 เมตร ) แต่ทางที่ดีกว่า ? gdem ( RMSE = 12.95 M )ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันว่าภาพถ่ายตามเด็มการสกัดสามารถแข่งขันมากขึ้นและแม่นยำวิธีการ ถ้าข้อมูลความละเอียดสูงราคาแพงอื่น ๆไม่สามารถเข้าถึงได้ . คำสำคัญ : เด็ม , ภาพถ่าย , ทางอากาศสามเส้า การประเมินความถูกต้องทางอากาศ .
บทนำในปัจจุบันแบบจำลองระดับความสูงดิจิตอล ( DEM ) ซึ่งเป็นดิจิตอล 3 มิติแสดงระดับความสูงพื้นผิวมากกว่าพื้นที่ที่ระบุเป็นหนึ่งในความต้องการขั้นพื้นฐานที่สุดสำหรับความหลากหลายของการวิเคราะห์เชิงพื้นที่และการจำลองแบบปัญหาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม มันถูกใช้ในการวิเคราะห์นิเวศวิทยาอุทกวิทยา ธรณีวิทยา ปฐพีวิทยาการเกษตร , อุตสาหกรรม , และอีกมากมาย เป็นทั้งอธิบายกระบวนการและทำนายผ่านโมเดลลิ่ง [ ชูมันน์ et al . , 2008 ; คริสตอฟ et al . , 2009 ; และ marzolff poesen 2009 ]ความสามารถที่จะเข้าใจและแบบจำลองกระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของภูมิประเทศ ข้อมูลที่มีอยู่ [ จาร์วิส et al . , 2004 ) dems ยังจำเป็นป้อนพารามิเตอร์สำหรับกำหนดขอบเขตของพื้นที่ลุ่มน้ำและ pulighe
ฟาว่าเด็มจากการแยกเก็บรูปภาพ

อากาศและระบายน้ำไปสกัดเครือข่าย [ Tucker et al . , 2001 )การกำหนดความลาดชันและลักษณะที่เกี่ยวข้องกับ kuhni ภูมิภาคทางภูมิศาสตร์ และ pfiffner [ 2001 ] , การสร้างและการวางแผนโทรคมนาคม [ ซาวาดะ et al . , 2006 ) toutin orthorectification [ 2004 ] เตรียมจำลอง 3D , 3D มุมมองและเที่ยวบินจำลอง [ ลีล , 2006 ] การใช้งาน [ pilesj ö et al , เกษตร , 2006 การศึกษาพลวัต [ ] , ภูมิทัศน์ mitasova et al . ,ปี 2005 และลักษณะขนาดของภูเขาไฟ [ Grosse et al . , 2012 ] เป็นชุดข้อมูลใด ๆ สำหรับ อื่น ๆ , dems ผลิตจํานวนเชิงพื้นที่ระดับซึ่งแต่ละคนมีเทคนิคของตัวเองที่มีประสิทธิภาพสำหรับข้อมูลและการ oksanen sarjakoski [ 2006 ] กับการถือกำเนิดของภาพถ่ายดาวเทียมครอบคลุมทั่วโลก , ข้อมูลต่าง ๆ ของโลก ภูมิประเทศ มีการผลิตความละเอียดมากขึ้นดีกว่า แหล่งที่เป็นไปได้ของข้อมูลระดับความสูงเหล่านี้สามารถ Interferometric รูเรดาร์สังเคราะห์ ( insar ) , วิธีการ photogrammetric ที่มีพื้นที่และภาพถ่ายทางอากาศ ภาพสแกนเลเซอร์ที่ใช้ตรวจจับแสงอากาศและตั้งแต่ ( lidar ) และการสำรวจ [ พื้นดินคลาสสิก Nelson et al . , 2009 ; hirt et al . , 2010 ) แต่ละวิธีการเหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียสำรวจสนามคลาสสิกคือเศรษฐกิจเพียงพื้นที่ขนาดเล็ก เช่น การ ) ภาพถ่ายทางอากาศเลเซอร์สแกนรายละเอียดและถูกต้อง แต่ราคาแพงมาก ต้องออกแบบมาเฉพาะเที่ยวบิน และน้ำผลไม้เข้มข้นของข้อมูล [ ดิบ Grosse et al . , 2012 ]ดาวเทียมศฎยังอากาศขึ้นอยู่กับและยังค่อนข้างแพง เช่น ความละเอียดสูงมาก ส่วนใหญ่จะใช้ดาวเทียมในโหมดภาพเดียว ในความเป็นจริงคู่สเตอริโอบ่อยรวบรวมความต้องการ อินเตอร์เฟอโรเมทรี เรดาร์เป็นอากาศอิสระ ( ฝนตกอาจทำให้เกิดปัญหาบางอย่าง แต่ใช้เวลานาน และค่อนข้างซับซ้อนไปซับซ้อน [ panagiotis et al . , 2008 )ภาพถ่ายทางอากาศศฎเป็นถูกต้องและมีประสิทธิภาพเครื่องมือสร้างแบบจำลองพื้นผิว , การแยก dems ความละเอียดสูงโดยอัตโนมัติและการจับคู่ภาพขั้นตอนเปสซีแฟบ [ 2005 ] ภาพความละเอียดสูงมาก จากปัจจุบันมีอยู่สำหรับการสร้างแบบจำลองรายละเอียดพื้นผิวโลกกระบวนการ [ จาร์วิส et al . , 2004 ; marzolff และ poesen , 2009 ; proke š OV . kgm et al . , 2010 )โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาต่าง ๆ เช่น อุทกวิทยา ปฐพีวิทยา พลวัตดินถล่มหรือทาง . โดยเฉพาะภาพถ่ายทางอากาศทางประวัติศาสตร์ที่เก็บในคลังอิตาลีที่ผ่านมา 60 ปี [ แฟบแล้วแฟบเปสซี , 2005 ; et al . , 2011 ] เช่นเดียวกับในประเทศอื่น ๆเป็นตัวแทนของแหล่งที่กว้างขวางของข้อมูลที่สนับสนุนการศึกษาสิ่งแวดล้อมและโดยทั่วไปสำหรับการวางแผนประสิทธิภาพของ DEM อัตโนมัติรุ่น Re ประเมินผ่านการใช้งาน hohle มืออาชีพ photogrammetric [ 2009 ] ที่ให้ประโยชน์ที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ประมวลผลได้เร็วขึ้นและต่ำค่าใช้จ่ายในการประมวลผล วิธีการสกัด DEM อัตโนมัติและอ ์โธโฟโตรุ่นจากภาพสเตอริโอดิจิตอลเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวาง เช่น ริเวร่าและอธิบาย [ et al . , 2005pieczonka et al . , 2011 ) แต่ความถูกต้องการประเมินข้อมูลระดับความสูงเหล่านี้เป็นสิ่งที่จำเป็น ไม่เพียงพอและไม่ถูกต้องเป็นตัวแทนสามารถนำไปสู่การตัดสินใจจนสามารถส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความสัมพันธ์ของมนุษย์ วัฒนธรรมของเรา และภูมิทัศน์ทางกายภาพ นี้เป็นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจำแนกหรือการใช้งานแบบคาโทะกแรฟอื่น ๆ ที่ความสูงความลาดชันและลักษณะที่ได้รับมาจาก dems ใช้กับพื้นที่อื่น ๆและข้อมูล [ bolstad สโตว์ , 1994 ] แต่เพียงจำนวน จำกัด ของการศึกษาได้กล่าวถึงประเด็นของการประเมินความถูกต้องของเด็มที่ผลิตโดย photogrammetric วิธีเก็บภาพถ่ายทางอากาศและได้รับ geomorphometric คุณสมบัติในพื้นที่ที่มีสภาพภูมิประเทศที่ซับซ้อนการวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาคุณภาพของเด็มที่สร้างขึ้นด้วยวิธีการ photogrammetric สเตอริโอโดยใช้ภาพถ่ายทางอากาศในพื้นที่ของภูมิประเทศที่ซับซ้อนและใช้ศักยภาพในการวิเคราะห์ geomorphometic ในระดับท้องถิ่น 365

ยุโรปวารสารระยะไกล - 2013 , 46 : 363-378
โดยเฉพาะ วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการตอบคำถามต่อไปนี้ :ฉัน ) อะไรคือความถูกต้องของเด็มที่สร้างขึ้นจากการเก็บภาพถ่ายทางอากาศในการเปรียบเทียบกับอื่น ๆสร้างขึ้นด้วยวิธีการที่แตกต่างกันสอง dems ? 2 ) วิธีทํา ความลาดชัน และด้านอิทธิพลเด็มความแม่นยำ
วิธีการวัสดุและพื้นที่ศึกษาบริเวณพื้นที่ศึกษาอยู่ประมาณ 30 กม. ทางทิศใต้ของ กายารี่ ใน Southern Sardinia , อิตาลี ประมาณ 38 º 59 ' เหนือละติจูด 8 º 54 ' ลองจิจูดตะวันตกและครอบคลุมพื้นที่ของ 10 กม. x 5 กิโลเมตร ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 4 เมตรถึงกว่า 860 เมตร a.s.l. , ความลาดชันเฉลี่ย 22 องศา และส่วนใหญ่ของ reliefs กับอาคเนย์ ครอบคลุมที่ดินประกอบด้วยส่วนใหญ่ของส่วนผสมของป่าสนและเมดิเตอร์เรเนียนดงชัฎ กับแพทช์ของทุ่งหญ้า และพื้นที่การเกษตร เว็บไซต์ที่ถูกครอบครองโดย Quercus ต้นไม้ชนิดหนึ่งล. Quercus suber ล. Arbutus unedo ลิตรและ phillyrea . sp .มีความสูง 3 เมตร สูงสุดของมหายุคพาลีโอโซอิกหินแกรนิต ( complesso granitoide del sulcisarburese ) เป็นหิน . พวกเขามีการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งและเปราะ , แสดง arenization ปกติที่พื้นผิว ไพลสโตซีน จำกัด และครอบคลุมถึงตะกอนอยู่ในพื้นที่หุบเขาล่าง ภูมิภาคนี้เป็นลักษณะเนินเขาและภูมิประเทศแบบลูกคลื่น ซึ่งขยายไปถึงชายฝั่งและเป็นตัวแทนของลักษณะโดยเฉพาะแนวสันเขาชัน ยอดเขาสูงหุบเขาลึกและน้ำตก . รูปที่ 1 แสดงให้เห็นพื้นที่ศึกษาและที่ตั้งของ CPS เก็บได้จากแผนที่ภูมิประเทศ โดยมีขนาดของ 1:10.000 .