HW07 Digital Elevation Model 數值地形應用 & 12月8日 Web Review Report

課堂筆記與心得:

Gridding methods:

Kriging weights the surrounding measured values to derive a prediction for an unmeasured location. The general formula for both interpolators is formed as a weighted sum of the data:
Kriging method
Z(si) = the measured value at the ith location
λi = an unknown weight for the measured value at the ith location
s0 = the prediction location
N = the number of measured values

Inverse Distance to a Power :距離反比加權法(Inverse Distance Weighting)為空間內插估計最常用的方法。它利用鄰近已知點的數值加權,推估目前位置的變數值。加權的方式與距離的次方成反比,距離越大權數越小,反之距離越近,權數愈大。
Nearest Neighbor : 這是一種最簡單的插值算法,輸出像素的值為輸入圖像離映射點最近的像素值,如下圖假使(x0,y0)為映射點,則讓此點的強度值為(x1,y1)的值,這種算法作幾何轉換時,邊緣通常有較嚴重的鋸齒狀。

除此之外, Surfer 還可使用的 Gridding methods 有:

Minimun Curvature 最小曲綠
Modified Shepard’s Method 改進謝別德法
Natural Neighbor 自然鄰點插值法
Polynomial Regression 多項式迴歸
Radial Basis Function 徑向基函數
Triangulation with Linear Interpolation 線性插值三角測量
Moving Average 移動平均
Data Metrics 數據度量
Local Polynomial 局部多項式

Contour map 的其他的應用包括:

pm2.5 concentration
ground water level
precipitation(雨量圖)
temperature
pressure
price

繪製 contour map 的時候, 確認下一个点時算出距离加权计算出来. Contour map 以及 3d wireframe map 的高程點上加上標記點(sampling point) 可表現出更多信息.

arcGIS 可以使用 3d分析功能, 但是這次使用的是 Surfer 軟體.


内插法分别使用:克利金法,反距離權重法,最鄰近法。
K 代表的是使用 Kriging method
I 代表的是 Inverse Distance to a Power method
N 代表的是 Nearest neighbour method(最邻近指定法).

其他筆記:

csv 代表的是 Comma separated value
Linear interpolation 線性內插

QGIS 笔记:

一.將檔案中的點展繪在圖上

新增XY型式的數據於地圖中,如果數據中包含Z坐標(高程值),就可展現3D內容到圖層。可以匯入的檔案包括CSV、TXT的檔案文件,但一般會將數據輸入於Excel存成CSV再匯入QGIS

二.使用演算法

空間分析可將測量到的資料如:GPS點位、井位、監測站、雨量站的數值內插做為網格資料,而內插的方法有: Triangular interpolation、Inverse Distance Weighting

三.繪製等高線圖

利用演算法計算出之網格資料,繪製等高線圖

DIY 的設備常見包括 樹莓派(rasberry pi), arduino.
Linear interpolation 線性內插

本次作業成果使用 Surfer 與 QGIS 完成。


Surfer 成果展示

Black & White version — Contour Map
Black & White version —3D Wireframe, Perspective Projection
Black & White version —3D Wireframe, Orthographic Projection
3D Surface
Color Relief
Black & White version — Contour Map
3D Surface

圖像對比總結以及思考

通過對一共18張圖像生成結果的對比, 各組(每組六張圖像,左側有 9 張 contour maps, 右側有 9 張 wireframe maps)圖像的對比結果發現:

Node 設置較多的情況下, 比如10 x 8 與500 x 400 的對比可以發現, 繪製出來的 contour map 的線條更為圓滑, 細節更為豐富. Nearest Neighbor 生成之圖像邊緣鋸齒狀明顯.

加上z轴的 Plot Lines of constant 之后发现 X 和 Y 比较少 Node 的情况下, 如10 x 8 明显比 100 x 74 的线的点与点之间忽略了更多的折点的细节,如此画出来的等高线的实际误差更大。

10 x 8 利用 Nearest neighbour method 繪製出來的圖像與其他兩個尺寸利用該方法繪製出來的圖像呈現差異很大. 在上色之後可發現, 10 x 8 幾乎無法識別出精細的起伏變化, 起伏表現模糊. 在等高線繪製的點越多的時候, 更能反映實際地形起伏變化. 網格越細表現出來的地形越精確.


QGIS 作業成果


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CGIAR-CSI

The CGIAR is a global partnership of research organizations dedicated to reducing poverty and hunger, improving human health and nutrition, and enhancing ecosystem resilience through agricultural research. Consortium for Spatial Information (CGIAR-CSI) is spatial science community that facilitates CGIAR’s international agricultural development research using spatial analysis, GIS, and remote sensing.

The SRTM digital elevation data provided on this site has been processed to fill data voids, and to facilitate it’s ease of use by a wide group of potential users. This data is provided in an effort to promote the use of geospatial science and applications for sustainable development and resource conservation in the developing world. Digital elevation models (DEM) for the entire globe, covering all of the countries of the world, are available for download on this site.

The SRTM 90m DEM’s have a resolution of 90m at the equator, and are provided in mosaiced 5 deg x 5 deg tiles for easy download and use. All are produced from a seamless dataset to allow easy mosaicing. These are available in both ArcInfo ASCII and GeoTiff format to facilitate their ease of use in a variety of image processing and GIS applications. Data can be downloaded using a browser or accessed directly from the ftp site.

CGIAR-CSI 提供了全球各國的SRTM數值高程模型免費下載,可以透過全球網格地圖形式,選台灣區塊(srtm_mk_61_07、srtm_mk_61_08)即可下載使用,如此友善且易用性高的作法,讓全球許多空間利用分析、地區永續發展及環境保育等相關研究單位與機構成為他們的使用者,下載的格式包含ASCII 和 GEOTIFF 兩種。本全球數值高程模型是由美國的NASA建置,他們利用航照雷達方式,建置全球超過80%的數值高程數據,解析度約達90公尺,最佳處可達30公尺,而其DEM誤差約小於16米。

December 8th 簡報文件:

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