مدل ارتفاع رقومی (DEM) و انواع آن

مدت زمان مطالعه: ۲ دقیقه

نوشته شده توسط: زمین پی جویان نگار

تاریخ انتشار مقاله: ۱۴۰۲/۰۲/۱۲

تاریخ به روزرسانی: 1402/04/10 

(DEM) چیست؟

(DEM) مدل ارتفاع رقومی است که اطلاعات ارتفاع و سطح زمین را به صورت شبکه ای و سه بعدی نشان می دهد. این مدل رقومی از فناوری سنجش از دور برای جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌های زمین استفاده می‌کند و در زمینه های مختلف مانند زمین شناسی، هیدرولوژی، جغرافیا و زیست محیطی استفاده می شود. از مدل‌های ارتفاع رقومی می‌توان برای ایجاد نقشه‌های توپوگرافی و همچنین نقشه‌های عمق سنجی استفاده کرد.

DEM چگونه ایجاد می شوند

روش‌های مختلفی برای تولید مدل‌های ارتفاع رقومی وجود دارد:

نقشه برداری زمینی: را می توان برای ایجاد مدل های رقومی ارتفاع استفاده کرد، با این حال این روش بسیار وقت گیر و پر زحمت است.

تکنیک های استریوگرامتری: مانند فتوگرامتری هوایی، نیز برای ایجاد DEM استفاده می شود. فتوگرامتری هوایی با استفاده از هواپیماها یا پهپادها با دوربین‌های داخل هواپیما، تصاویری از زمین می‌گیرد و نیاز به عکس‌برداری از منطقه مورد مطالعه در چندین زاویه مختلف دارد. تفاوت‌های بصری جزئی در جایی که این تصاویر روی هم قرار می‌گیرند ظاهر می‌شوند، که به این تصاویر حس عمق می‌دهد، و از طریق این همپوشانی ها می‌توانیم اطلاعات سه بعدی را از عکس‌ها استخراج کنیم.

تداخل سنجی رادار(Radar interferometry): برای اندازه گیری داده های ارتفاعی استفاده می شود و قادر به نقشه برداری از زمین در هوای بد و در شب است. این به این دلیل است که سیگنال های رادار قادر به نفوذ به ابرها می باشند و یک سیستم فعال است. سیستم‌های فعال می‌توانند تصاویری از زمین حتی زمانی که خورشید وجود ندارد جمع‌آوری کنند. تداخل سنجی داده های ارتفاع را از طریق تداخل سنجی (SAR) جمع آوری می کند.

تداخل سنجی SAR (معروف به InSAR) توسط رادار شاتل (SRTM)، از چندین تصویر رادار که در یک زمان گرفته شده اند، استفاده میکند تا یک DEM را ایجاد کنند.

برای جمع‌آوری داده‌های عمق سنجی از یک اکوی چند پرتویی استفاده می‌شود. پژواک صدا، پالس های صدا را به داخل آب منتقل می کند و امواج صوتی که به سمت اکوی صدا برمی گردد، ضبط می شود. زمان بین انتشار پالس صوتی و بازگشت آن برای رسیدن به تخمین عمق آب استفاده می شود. این بسته به خود صداگیر و فاصله بین صداگیر و ویژگی زمین شناسی می تواند تا چند سانتی متر یا چندین متر دقیق باشد. این دستگاه معمولاً در زیر یا روی یک کشتی تحقیقاتی نصب می‌شود، اما این داده‌ها را می‌توان با استفاده از وسایل نقلیه از راه دور (ROV) یا وسایل نقلیه خودکار زیرآبی (AUV) جمع‌آوری کرد. با این حال، میتوان از تکنیک های سنجش از دور ماهواره ای و همچنین LiDAR برای جمع آوری این داده ها استفاده کرد

تشخیص نور و محدوده (LiDAR یا Laser Altimetry): که می تواند یک مدل ارتفاع رقومی ایجاد کند. ارتفاع سنج لیزری معمولاً بر روی هواپیما یا هواپیماهای بدون سرنشین (پهباد) نصب می‌شود و یک سری نورهای لیزری انتشار میدهند. این نورها به سطح زمین می روند و سپس به ارتفاع سنج لیزری منعکس می شوند، نور منعکس شده ارتفاع سطح زمین را تعیین میکند.

انواع DEM

DEM ها را می توان به مدل سطح رقومی (DSM) و مدل رقومی زمین (DTM) تقسیم کرد:

مدل های سطح رقومی (DSM) چیست؟

مدل سطح رقومی یا (Digital Surface Model) یک سطح از جمله ساختار طبیعی و پوشش گیاهی و ساختمان‌ها را به تصویر می‌کشد. DSM ها در واقع سطح زمین و تمام اجسام روی آن را نشان می دهند.

مدل های رقومی زمین (DTM) چیست؟

مدل‌های رقومی زمین یا (Digital terrain model) اساساً یک نمایش رقومی سه بعدی از یک سطح است که از مختصات X، Y و Z تشکیل شده است. در یک DTM تنها ارتفاع سطح زمین را بررسی نمی شود بلکه ارتفاع سایر عوارض زمین مانند رودخانه ها و خطوط خط الراس را خواهید یافت.

کاربردهای DEM

DEM کاربردهای زیادی در زمینه های مختلف دارد مانند:

زمین شناسی: DEM می تواند برای مطالعه ساختارهای زمین شناسی مانند کوه ها، گسل ها و دره ها استفاده شود.

هیدرولوژی: DEM نقش مهمی در مطالعه مدیریت منابع آب، نقشه برداری سیلاب، تجزیه و تحلیل حوزه آبخیز و مدل سازی جریان دارد.

علوم زیست محیطی: DEM در مطالعه فرسایش خاک، تغییرات کاربری اراضی، تأثیرات تغییرات آب و هوایی بر مناظر کمک می کند.

برنامه ریزی شهری: DEM می تواند برای برنامه ریزی شهری با ترسیم الگوهای کاربری زمین، شناسایی مناطق مستعد سیل یا رانش زمین مورد استفاده قرار گیرد.

فرمت های فایل ارتفاع رقومی

مدل‌های ارتفاع رقومی در چندین فرمت فایل مختلف مانند GeoTIFF، IMG، Gridfloat (.flt) و ArcGRID ارائه می‌شوند. با این حال، فرمت فایل GeoTIFF به دلیل قابلیت همکاری آن در بین سیستم‌های کامپیوتری و بسیاری از محصولات نرم‌افزاری تحلیل داده‌های مکانی و GIS ، بیشتر در سراسر جهان استفاده می‌شود.

نتیجه

به طور خلاصه، مدل رقومی ارتفاعی ابزاری ضروری برای مطالعه ویژگی های سطح زمین در زمینه های مختلف مانند زمین شناسی، هیدرولوژی، علوم زیست محیطی و برنامه ریزی شهری است. این مدل رقومی اطلاعاتی را در مورد زمین ارائه می دهد و به محققان اجازه می دهد تا ویژگی های فیزیکی آن را با جزئیات مطالعه کنند. در حالی که ایجاد DEM های دقیق با چالش هایی همراه است، پیشرفت های تکنولوژی تولید مدل های با کیفیت بالا را آسان تر کرده است. با استفاده مداوم و توسعه DEM ها، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که بینش بیشتری در مورد زمین و فرآیندهای سیاره خود به دست آوریم.