Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2007, 55(4), 137-144 | DOI: 10.11118/actaun200755040137

PŘESNOST DIGITÁLNÍHO MODELU TERÉNU A JEHO VYUŽITÍ V LESNICTVÍ

Martin Klimánek

Ústav geoinformačních technologií, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 3, 613 00 Brno, Česká republika

Kvalita vytvořených experimentálních DMT, vyjádřená kvantifikací střední kvadratické chyby, odpovídá předpokladům vycházejícím z hodnocení kvality použitých vstupních dat. Jako nejpřesnější se ukázala data ZABAGED, s přesností vyjádřenou hodnotou RMSE v intervalu ± 2,6 až 7,2 m, potom data DMÚ25, s přesností vyjádřenou hodnotou RMSE v intervalu ± 4,2 až 8,9 m, a nakonec data OPRL, s přesností vyjádřenou hodnotou RMSE v intervalu ± 8,2 až 16,2 m. To odpovídá i charakteristikám vstupních dat. Data ZABAGED jsou ekvivalentem map měřítka 1:10 000, zatímco data DMÚ25 se vztahují k měřítku 1:25 000 při vrstevnicových intervalech 5 m a nejméně přesná data OPRL mají vrstevnicový interval 20 m. Tyto vlastnosti (nedostatečné a nepravidelné rozložení výškových identifikací pro interpolaci) se při zpracování negativně projevily v přesnosti vytvořených modelů. V tomto směru je důležité upozornit, že všechny dosažené výsledky při kontrole přesnosti DMT překračují povolená kritéria uváděných tříd přesnosti ČSN 01 3410. Nutno ovšem podotknout, že RMSE u podkladů ZABAGED a DMÚ25 přesahuje hodnotu výškového rozdílu sousedních vrstevnic, kdežto v podkladech OPRL se tato chyba pohybuje v rozmezí více než poloviny tohoto výškového rozdílu. Mohlo by se tak zdát, že vzhledem k použitým podkladům jsou nejpřesnější data OPRL, bohužel vůči měřením v terénu však poskytují nejnižší přesnost. TUČEK a MAJLINGOVÁ (2004) provedli obdobné hodnocení pro data výškopisu lesnické mapy (analogie dat OPRL) ze své vlastní experimentální lokality na Slovensku a vypočtená hodnota RMSE byla v intervalu ± 12,71 až 17,35 m.
Pokud se zaměříme i na ekonomickou stránku problému, potom můžeme konstatovat, že uživatel může vhodnou volbou interpolační metody (softwaru) a použitím dat DMÚ25 dosáhnout srovnatelné přesnosti s daty ZABAGED při podstatně nižších nákladech. Data ZABAGED se v současné době prodávají v ceně 244 Kč za mapový list (pokrývající území 18 km2, tedy 14 Kč za 1 km2), zatímco data DMÚ25 v ceně 474 Kč za mapový list (pokrývající území 84 km2, tedy 6 Kč za 1 km2).
Volba vstupních dat, prostorového rozlišení (mez přesnosti pro rastrové reprezentace) a metoda interpolace DMT včetně parametrů se nezbytně podřizují účelu, za jakým bude model tvořen. Pro inženýrské aplikace jsou stále nutná geodetická měření, aby tak byl zajištěn dostatek výškových identifikací, včetně záznamu povinných hran. Velmi vhodná je TIN struktura (maximum prostředků pro inženýrské aplikace poskytuje software Atlas DMT). Pro většinu ostatních aplikací (odvození sklonů, expozic a křivostí, hydrologické modelování apod.) postačují data z vrstevnic (ZABAGED, DMÚ25). Nezbytné je doměřit výškové identifikace pro lokální maxima a minima (nivelací, tachymetrií) - potom lze použít TIN strukturu. Pokud nelze tyto doplňující informace získat (přílišná rozsáhlost území, nedostatečná přístrojová vybavenost apod.), je možné v první řadě (z hlediska přesnosti) využít specifické algoritmy pro tvorbu DMT z vrstevnicových dat (ArcGIS Desktop Topo to Raster, Idrisi TIN), anebo metody geostatistiky a metody minimální křivosti, případně metody radiálních funkcí. Jako nejméně vhodné se ukázaly metody založené na inverzních vzdálenostech (vzhledem k vrstevnicovým vstupním datům) a naprosto nepoužitelné jsou z tohoto hlediska Thiessenovy polygony. Obecně lze říci, že při výběru metody jsou výhodnější algoritmy, u kterých je možné modifikovat maximum parametrů, a to jak u zpracování vstupních dat (rozsah, tvar a dosah oblasti), tak u samotného algoritmu výpočtu interpolace nebo metody, které umožňují použití dalších pomocných dat pro zpřesnění výpočtu.
V rastrové reprezentaci DMT nelze volbu rozlišení dostatečně zobecnit, protože tato hodnota závisí na charakteristikách zdrojových dat. Při použití vrstevnic lze doporučit spodní hranici velikosti pixelu na úrovni základního vrstevnicového intervalu, horní mez je potom omezena požadovanou přesností pro danou aplikaci, resp. únosnou hranicí ztráty detailu vzhledem k časové náročnosti zpracování a objemům výsledných dat pro "rozumnou" manipulaci.
Nastavení optimálních parametrů interpolace s ohledem na maximální kvalitu výsledného DMT lze realizovat na základě posouzení první a druhé derivace povrchu (sklonitost a zakřivení), s využitím vizuální interpretace logických výskytů v terénu. Součástí kontroly může být i odvození vrstevnic z vytvořeného DMT a porovnání výsledku se vstupními daty (vhodná je polovina vrstevnicového intervalu zdrojových dat). Dále lze využít křížovou validaci pro kvantifikaci kvality DMT hodnotou střední kvadratické chyby. Při výpočtu jednotlivých variant DMT se v příslušném kroku vypustí konkrétní hodnota ze vstupních dat a interpoluje se povrch, přičemž se zjišťuje rozdíl mezi takto interpolovanou hodnotou a původní vstupní hodnotou v rámci opakování pro všechna zdrojová data. Čím je potom střední kvadratická chyba menší, tím bývá interpolace přesnější.

digitální model terénu, geografický informační systém, prostorová interpolace dat

Received: February 22, 2007; Published: November 26, 2014  Show citation