مدل ارتفاعی دیجیتال (Digital Elevation Model) DEM
DEM مخفف عبارت Digital Elevation Model است و به مدلی اشاره دارد که ارتفاع سطح زمین را به صورت دیجیتال و در قالب شبکه‌ای از نقاط (پیکسل‌ها) ذخیره می‌کند. هر پیکسل دارای مختصات مکانی (X, Y) و مقدار ارتفاعی (Z) است.
نشان‌دهنده ارتفاعات خالص است (بدون جزئیات مربوط به عوارض زمینی).
معمولاً برای توصیف توپوگرافی کلی زمین استفاده می‌شود.
می‌تواند به دو نوع تقسیم شود:
DSM: مدل ارتفاعی که تمام عوارض (ساختمان‌ها، درختان و …) را شامل می‌شود.
DTM: مدل ارتفاعی که تنها سطح زمین (بدون عوارض) را نشان می‌دهد.
(Digital Surface Model) DSM
تمام عوارض زمینی و مصنوعی روی سطح زمین را نمایش می‌دهد، از جمله ساختمان‌ها، درختان و سایر موانع.
ویژگی‌ها: نشان‌دهنده ارتفاع سطح زمین به همراه همه عوارض است. برای کاربردهایی نظیر مدلسازی شهری، پوشش گیاهی، یا شبیه‌سازی خطوط دید استفاده می‌شود.معمولاً با استفاده از داده‌های لیدار (LiDAR) یا تصاویر ماهواره‌ای تولید می‌شود.
DSM ارتفاع تمامی عوارض موجود روی سطح زمین را نشان می‌دهد. این عوارض می‌توانند شامل ساختمان‌ها، درختان، پل‌ها، دکل‌های مخابراتی، و غیره باشند.
DSM نشان‌دهنده “سطح واقعی” است که اگر به‌صورت عمودی به پایین نگاه کنیم مشاهده می‌کنیم.
روش تولید:
استفاده از لیدار، که با استفاده از پرتوهای لیزری عوارض سطح را شناسایی می‌کند.
فتوگرامتری، که از تصاویر ماهواره‌ای یا تصاویر هوایی توسط پهپاد برای محاسبه ارتفاع استفاده می‌کند.
کاربردهای معمول:
برنامه‌ریزی شهری: بررسی ارتفاع ساختمان‌ها و تراکم شهری.
شبیه‌سازی خطوط دید: مثلاً برای قرارگیری دکل‌های مخابراتی یا دوربین‌های نظارتی.
کشاورزی: اندازه‌گیری ارتفاع درختان و پوشش گیاهی.
DTM (Digital Terrain Model)
یک زیرمجموعه دقیق‌تر از DEM است که تنها سطح زمین را نمایش می‌دهد (بدون در نظر گرفتن ساختمان‌ها، درختان یا سایر موانع).
ویژگی‌ها:
- تمرکز بر ساختار طبیعی زمین دارد.برای کاربردهایی نظیر هیدرولوژی، زمین‌شناسی، و مدلسازی جریان آب مفید است.
- معمولاً به صورت دستی یا از طریق فرآیندهای خاص تصحیح می‌شود تا موانع حذف شوند.
- DTM نسخه‌ای اصلاح‌شده از DEM است که تمام عوارض مصنوعی و طبیعی (مانند ساختمان‌ها، درختان، پل‌ها و …) حذف شده‌اند تا تنها سطح زمین خالص نمایش داده شود.
- این مدل معمولاً دقیق‌تر و پیچیده‌تر است، زیرا نیاز به پردازش داده‌های خام و حذف موانع دارد.
- روش تولید:
- از DEM اولیه تولید می‌شود، به‌طوری‌که ساختمان‌ها و عوارض با استفاده از الگوریتم‌های پردازش تصویر یا فیلترهای خاص حذف می‌شوند.
- برای مناطقی که عوارض زیاد است، ممکن است از روش‌های دستی نیز استفاده شود.
- کاربردهای معمول:
- تحلیل زمین‌شناسی و بررسی شیب‌ها و گسل‌ها.
- هیدرولوژی: بررسی جریان آب، مناطق سیلابی و زهکشی.
- برنامه‌ریزی پروژه‌های زیربنایی مانند ساخت جاده‌ها یا تونل‌ها.
- ویژگی‌های خاص:
- برای تولید دقیق آن، معمولاً به داده‌های بسیار باکیفیت و ابزارهای پردازش قوی نیاز است.
- معمولاً دقت بیشتری نسبت به DSM دارد، زیرا موانع حذف شده‌اند.
مقایسه دقیق‌تر DEM، DTM، و DSM:
- داده‌های موجود:
- DEM: شامل همه چیز (سطح زمین به‌همراه عوارض).
- DTM: تنها سطح زمین (بدون عوارض).
- DSM: سطح زمین به‌همراه عوارض.
- سطح دقت:
- DEM: کمترین دقت (کلی است).
- DTM: بیشترین دقت برای نمایش سطح زمین.
- DSM: دقت بالا برای نمایش عوارض سطحی.
- تکنیک تولید:
- DEM: ساده‌تر و سریع‌تر تولید می‌شود.
- DTM: نیازمند فیلتر کردن و پردازش برای حذف عوارض.
- DSM: نیازمند تکنیک‌های پیشرفته لیدار یا فتوگرامتری.
- کاربردها:
- DEM: برای بررسی‌های عمومی جغرافیایی و ارتفاعی.
- DTM: برای بررسی‌های زمین‌شناسی و هیدرولوژی.
- DSM: برای کاربردهای شهری، کشاورزی، و طراحی.
مثال هایی از خروجی های DEM
مثال اول)
فرض کنید یک منطقه شامل یک تپه، درختان و چند ساختمان است:
- DSM ارتفاع تپه، درختان و ساختمان‌ها را به‌صورت کامل نشان می‌دهد.
- DTM تنها ارتفاع خود تپه (سطح زمین) را نشان می‌دهد و درختان و ساختمان‌ها حذف می‌شوند.
- DEM ممکن است مشابه DSM یا DTM باشد، بسته به اینکه آیا عوارض حذف شده‌اند یا نه.
خروجی های تهیه شده توسط پهپاد بوده و رنگ بندی عوارض بر اساس میزان ارتفاع تغییر خواهد کرد. دو تصویر خروجی DEM زیر یکی از چندین پروژه ای است که توسط آکادمی مسترپی تهیه گردیده است.
تصویر زیر، نمایی از ترانشه هایی هستند که تصویر آن در خروجی های پیشین نمایش داده شده است.
تصویر هوایی زیر خروجی از ترانشه ها به‌صورت عمودی می‌باشند.
چرا این تفاوت مهم است؟
این تفاوت‌ها بستگی به هدف شما دارد:
- اگر بخواهید مسیر جریان آب یا سیلاب را مدل کنید، به DTM نیاز دارید.
- اگر بخواهید شبیه‌سازی سه‌بعدی یک شهر را انجام دهید، DSM ضروری است.
- برای تحلیل عمومی ارتفاعات، DEM کافی خواهد بود.
کاربرد خروجی های DEM و DSM و DTM
- اگر بخواهید زمین خالص (بدون عوارض) را مطالعه کنید، از DTM استفاده کنید.
- اگر به دنبال سطح کلی همراه با موانع باشید، DSM مناسب است.
- اگر به یک مدل عمومی برای توپوگرافی نیاز دارید، DEM کفایت می‌کند.
- مدلسازی توپوگرافی برای پروژه‌های بزرگ.
- پیش‌بینی سیلاب‌ها و مدلسازی جریان آب.
- تحلیل ارتفاعی عمومی برای مناطق جغرافیایی.
نحوه تولید DEM چگونه است؟
تولید DEM شامل فرآیندهایی است که داده‌های ارتفاعی سطح زمین از منابع مختلف جمع‌آوری و پردازش می‌شوند. روش‌های تولید DEM عبارتند از:
تهیه با استفاده از فتوگرامتری: از تصاویر هوایی یا ماهواره‌ای سه‌بعدی استفاده می‌شود تا اختلاف ارتفاع نقاط محاسبه گردد.
اسکنرهای لیزری (LiDAR): فناوری لیزر از طریق هواپیما یا پهپاد، داده‌های ارتفاعی بسیار دقیق تولید می‌کند.
رادار دهانه مصنوعی (SAR): از فناوری رادار برای نقشه‌برداری ارتفاعی در مناطق بزرگ و وسیع استفاده می‌شود.
داده‌های توپوگرافی موجود: تبدیل نقشه‌های کاغذی یا داده‌های توپوگرافی قدیمی به فرمت دیجیتال.
ماهواره‌های تخصصی: مانند ماهواره‌های ASTER و SRTM که به صورت اختصاصی برای جمع‌آوری داده‌های ارتفاعی طراحی شده‌اند.
از چه نرم‌افزارهایی برای تولید DEM استفاده می‌شود؟
تولید و پردازش DEM نیازمند نرم‌افزارهای تخصصی است. برخی از پرکاربردترین نرم‌افزارها عبارتند از:
- ArcGIS: یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارها برای پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌های DEM.
- QGIS: نرم‌افزار متن‌باز برای تولید و ویرایش مدل‌های ارتفاعی.
- Global Mapper: برای پردازش داده‌های LiDAR و تولید DEM.
- ENVI: برای پردازش تصاویر ماهواره‌ای و تولید DEM.
- AutoCAD Civil 3D: در مهندسی عمران برای مدلسازی سطح زمین.
- Pix4D: نرم‌افزار تخصصی برای تولید DEM از تصاویر پهپاد.
در چه سازمان‌ها و ارگان‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
DEM در طیف گسترده‌ای از سازمان‌ها و ارگان‌ها کاربرد دارد، از جمله:
- سازمان‌های نقشه‌برداری و جغرافیایی مانند سازمان نقشه‌برداری کشور.
- سازمان‌های محیط‌زیستی و منابع طبیعی.
- وزارت راه و شهرسازی برای طراحی زیرساخت‌ها.
- سازمان‌های نظامی و امنیتی.
- شرکت‌های هوافضا و ماهواره‌ای.
- شرکت‌های خصوصی در حوزه مهندسی و مشاوره عمرانی.
چه ویژگی‌هایی دارد؟
مدل‌های DEM ویژگی‌های زیر را دارند:
- وضوح مکانی: نشان‌دهنده دقت پیکسل‌ها است (به عنوان مثال 1 متر یا 30 متر).
- دقت عمودی: بیانگر دقت ارتفاعی نقاط مدل است.
- یکپارچگی: سازگاری داده‌ها در مناطق مختلف جغرافیایی.
- فرمت‌های مختلف: به صورت GeoTIFF، ASCII و فرمت‌های دیگر ذخیره می‌شود.
- قابلیت ویرایش: امکان تصحیح خطاهای داده یا حذف نویز.
چه اطلاعاتی با دیدن نقشه خروجی DEM می‌توانیم متوجه شویم؟
با تحلیل نقشه DEM می‌توان اطلاعات زیر را استخراج کرد:
- ارتفاع و شیب زمین: مشخص کردن ارتفاع دقیق هر نقطه از سطح زمین.
- الگوهای زهکشی: مسیر جریان آب و شبکه رودخانه‌ها.
- نواحی مرتفع و کم‌ارتفاع: شناسایی مناطق کوهستانی، دشت‌ها و دره‌ها.
- حجم و توزیع برف و یخ: در مناطق کوهستانی.
- شبیه‌سازی چشم‌انداز: تولید تصاویر سه‌بعدی از توپوگرافی.
- تحلیل خطرات زمین‌شناسی: مانند رانش زمین و وقوع سیلاب‌ها.
جمع‌بندی
مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) یکی از اساسی‌ترین داده‌های جغرافیایی است که در بسیاری از حوزه‌ها از برنامه‌ریزی شهری تا تحلیل محیط‌زیست و مهندسی عمران کاربرد دارد. تولید آن از روش‌های پیشرفته‌ای مانند LiDAR و تصاویر ماهواره‌ای بهره می‌برد و توسط نرم‌افزارهای تخصصی پردازش می‌شود. با استفاده از DEM می‌توان تحلیل‌های دقیق ارتفاعی انجام داد و تصمیمات مهمی در پروژه‌های مختلف اتخاذ کرد.
پاسخ‌ها