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(Anm.: vgl. auch 'Definitionen von DGM, etc.')
Die Verwendung von Digitalen Geländemodellen (DGM) erfordert ein gewisses Maß an Hintergrundwissen, z.B. über die Qualität des vorliegenden DGM. Im folgenden ein paar Anmerkungen, die Ihnen vielleicht weiterhelfen. Falls Sie betreffs der Erstellung, Qualitätsbeurteilung oder Korrektur von DGM Fragen oder Wünsche haben, schauen Sie auch unter "Produkte"/"Relief"/"Digitale Geländemodelle" nach.
Inhalt dieser Seite
Allgemeine Qualitätskriterien von Digitalen Geländemodellen
Das allgemeinste Qualitätskriterium für DGM ist die räumliche Auflösung (Rasterweite) des DGM. Mit steigender Rasterweite des DGM (also abnehmender Auflösung) steigt - ähnlich wie bei kleiner werdenden Maßstäben topographischer Karten - der Grad der Generalisierung der realen Erdoberfläche durch das Modell. Die Höhengenauigkeit der Rasterzellen des DGM ist neben der Rasterweite auch von der Neigungsstärke der realen Erdoberfläche und der Größe der Reliefformen abhängig. Bei zunehmender Neigungsstärke (Steilheit) und kleiner werdenden Reliefformen ist mit einer Abnahme der Höhengenauigkeit des DGM zu rechnen. Kleinformen unterhalb der Rasterweite können natürlich von einem DGM nicht wiedergegeben werden, sie fallen buchstäblich durch die Maschen des Rasters.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Fragestellung ergeben sich eine Reihe weiterer Qualitätsanforderungen an ein DGM. Während z.B. für die Funkversorgungsplanung die absolute Höhengenauigkeit des DGM von entscheidender Bedeutung ist, sind für geowissenschaftliche bzw. landschaftsökologische Fragestellungen die relativen Höhengenauigkeiten entscheidender.
Qualitätskriterien für Anwendungen von Digitalen Geländemodellen in den Geowissenschaften und der Landschaftsökologie
Unter 'relativen Höhengenauigkeiten' sind die Beziehungen der Rasterzellen zu ihren Nachbarn-Rasterzellen zu verstehen. Die Beziehungen drücken sich z.B. in der ersten Ableitung der Änderung der Höhe aus: der Neigungsstärke (Hangneigung) und der Neigungsrichtung (Exposition). Die Größen, die sich aus einer Rasterzelle und ihren 8 Nachbar-Rasterzellen berechnen lassen, werden lokale morphometrische Reliefparameter genannt. Durch weitere Berechnungen können z.B. hydrologisch relevante, komplexe Reliefparameter ermittelt werden, wie Abflußkonvergenzen und -divergenzen, Einzugsgebietsgrößen, etc.
Vor diesem Hintergrund wird klar, daß z.B. ein DGM mit gerundeten Höhenwerten (z.B. auf ganze Meter) fatale Auswirkungen auf die Modellierung der Abflußverhältnisse hat: Wenn eine Rasterzelle die gleiche Höhe aufweist wie ihre 8 Nachbarn, dann beträgt die Neigungsstärke exakt 0 Grad, die Exposition ist nicht bestimmbar und 'das Wasser steht' und fließt nicht. Selbst bei einer Rasterweite von 100 m und mehr führt dies auch in Tälern im Bergland zu einer 'Pseudoterrassen-Landschaft', die ein schlechtes Modell der realen Relief- bzw. Abflußverhältnisse darstellt. Die Kritik, daß z.B. ein DGM mit Höhengenauigkeiten im Zentimeterbereich nicht vorhandene Genauigkeiten vortäuscht, ist - bezogen auf die absolute Höhengenauigkeit - zwar berechtigt, verkennt aber völlig die Bedeutung der relativen Höhengenauigkeit. Durch spezielle Verfahren (wie sie z.B. von scilands GmbH entwickelt wurden) kann aber auch ein DGM mit gerundeten Höhenwerten 'entrundet' und somit in Wert gesetzt werden.
Die Verwendung von zusätzlich aufgenommenen Strukturlinien (Tiefenlinien und Kämme) führt meist zu einer deutlichen Verbesserung der Qualität in problematischen Bereichen (z.B. Talböden).
Einfluß der gemessenen Höhenwerte auf die Qualität des Digitalen Geländemodellen
Unter der Voraussetzung, daß ein qualitativ hochwertiges Interpolationsverfahren zur Berechnung des (Quadratraster-) DGM aus den gemessenen Höhenwerten eingesetzt wurde (meist wird 'Kriging' verwendet), bestimmt die Herkunft der gemessenen Höhenwerte entscheidend die Qualität des DGM. Eine wichtige Voraussetzung, die unabhängig von der Methode der Höhenmessung ist, ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Meßpunkte. Wenn z.B. entlang von Profillinien, die weit voneinander entfernt liegen, eine hohe Meßpunktdichte vorliegt, kann trotz der Informationsdichte entlang der Profile nur eine Rasterweite, die ungefähr dem Abstand der Profile entspricht, für das DGM gewählt werden. Ansonsten ergeben sich z.B. Artefakte im DGM, die sich oft in vorgetäuschten Abflußkonvergenzen und -divergenzen äußern.
In Abhängigkeit von der Meßmethode ergeben sich folgende Qualitätsmerkmale:
Vergleich von Digitalen Geländemodellen unterschiedlicher Rasterweite und Datenbasis
Am Beispiel eines Ausschnittes östlich von Gifhorn (Niedersachsen) sollen die folgenden Abbildungen die unterschiedlichen räumlichen Auflösungen und Qualitäten von DGM verschiedener Entstehungsart verdeutlichen.
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Erläuterungen |
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1) Digitales Geländemodell aus Laserscandaten (Gifhorn) Rasterweite: 5 m, entspricht 801 x 801 Rasterzellen im Ausschnitt (4 x 4 km) Aus den 870295 vermessenen Höhenpunkten (durchschnittl. Meßpunktdichte ca. 4,3 m) wurde von der scilands GmbH ein DGM mit 5 m Rasterweite erstellt. GPS- und flugzeuggestütze Laserscannerdaten stellen wahrscheinlich
die z.Zt. beste Datenbasis für ein realitätsnahes DGM dar. Wie
die nebenstehende Abbildung zeigt, sind eine Fülle an Reliefdetails
erkennbar: Auf den fast ebenen Niederterrassenflächen, die den größten
Teil des Kartengebietes einnehmen, finden sich vielfach mehrere Meter
hohe Binnendünen. Im Bereich der Talaue der Aller, die das Kartengebiet
mäandrierend durchzieht, sind an den Gleithängen deutlich Uferwälle
und Flutrinnen zu erkennen. |
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2) Digitales Geländemodell aus Laserscandaten (Gifhorn) Rasterweite: 12,5 m, entspricht 321 x 321 Rasterzellen im Ausschnitt (4 x 4 km) Aus den 870295 vermessenen Höhenpunkten der Laserscannermessung (s.o.) wurde von der Niedersächsischen Landesvermessung (LGN, s.u.) ein DGM mit 12,5 m Rasterweite (sog. DGM5) erstellt. Der Vergleich mit Abb. 1 (s.o.) macht deutlich, welche Informationsverluste mit einer Vergrößerung der Rasterweite verbunden sein können (das DGM von Abb. 1 hat eine 6,25fach höhere Informationsdichte als das DGM von Abb. 2). Viele der oben angesprochenen Details (z.B. Flutrinnen, Dünen) sind verloren gegangen bzw. nicht mehr mit Sicherheit zu identifizieren. Die Gliederung der Landschaft in die Einheiten Talaue, Niederterrassenflächen und Grundmoränengebiete (im Nordosten) ist jedoch erhalten geblieben. |
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3) Digitales Geländemodell aus photogrammetrischer Luftbildauswertung (Gifhorn) Rasterweite: 12,5 m, entspricht 321 x 321 Rasterzellen im Ausschnitt (4 x 4 km) Aus den 20534 photogrammetrisch vermessenen Höhenpunkten (durchschnittl. Meßpunktdichte ca. 28 m) aus Stereo-Luftbildern wurde von der Niedersächsischen Landesvermessung (LGN, s.u.) ein DGM mit 12,5 m Rasterweite (sog. DGM5) erstellt. Im Vergleich zu Abb. 2 sind keine gravierenden Qualitätsunterschiede
zu erkennen. |
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4) Digitales Geländemodell aus digitalisierten Höhenlinien (Gifhorn) Rasterweite: 50 m, entspricht 81 x 81 Rasterzellen im Ausschnitt (4 x 4 km) Anm.: Die Anzahl der digitalisierten Stützstellen der Höhenlinien ist leider nicht bekannt. Abb. 4 zeigt 3 verschiedene DGM mit 50 m Rasterweite: |
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Ein weiterer Vergleich von Digitalen Geländemodellen unterschiedlicher Rasterweite auf der Basis von digitalisierten Höhenlinien topographischer Karten unterschiedlicher Maßstäbe wird am Beispiel des Testgebietes Ebergötzen durchgeführt:
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Erläuterungen |
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5) Digitales Geländemodell aus digitalisierten Höhenlinien (Ebergötzen) Rasterweite: 12,5 m, entspricht 601 x 601 Rasterzellen im Ausschnitt (7,5 x 7,5 km) Aus den digitalisierten Stützstellen der Höhenlinien der DGK5
(Deutsche Grundkarte 1 : 5000) wurde von der Niedersächsischen Landesvermessung
(LGN, s.u.) ein DGM mit 12,5 m Rasterweite (sog. DGM5) erstellt. Das DGM5 (vgl. auch Abb. 2 und 3) stellt ein hochwertiges DGM dar, daß auf Grund der (standardmäßigen) Rasterweite von 12,5 m nicht die Detailschärfe eines sehr hochauflösenden Laserscanner-basierten DGM (vgl. Abb. 1) bieten kann, aber für viele geowissenschaftliche Anwendungen für Zielmaßstäbe im Bereich von 1 : 5000 und kleiner, eine sehr gute Qualität aufweist. |
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6) Digitales Geländemodell aus digitalisierten Höhenlinien (Ebergötzen) Rasterweite: 50 m, entspricht 151 x 151 Rasterzellen im Ausschnitt (7,5 x 7,5 km) Anm.: Die Anzahl der digitalisierten Stützstellen der Höhenlinien ist leider nicht bekannt. Abb. 6 zeigt 2 verschiedene DGM mit 50 m Rasterweite und die Höhendifferenzen
im Vergleich zu 12,5 m Rasterweite: |
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DGM bzw. gemessene Höhendaten freundlicherweise zur Verfügung gestellt von:
"Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen (LGN)"
Rüdiger Köthe, scilands GmbH, 04/2000