Получение и обработка данных SRTM

Получение и обработка данных SRTM

Общие сведения

Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) [1] — радарная топографическая съемка большей части территории земного шара, за исключением самых северных (> 60о), самых южных широт (> 54o), а также океанов, произведенная за 11 дней в феврале 2000 г с помощью специальной радарной системы [2] с борта космического челнока «Индевор» (рис. 1). Двумя радиолокационными сенсорами SIR-C и X-SAR, было собрано более 12 Тб данных (что примерно равно объему информации, хранящейся в библиотеке Конгресса США), которые в течение двух лет обрабатывались специалистами NASA. Результатом работ стала цифровая модель рельефа 85% поверхности Земли.

Рис. 1. Схема покрытия поверхности Земли съемкой SRTM (Land 0-1-2-3-4, Water 0-1-2-3-4 — сколько раз был снят участок земной или водной поверхности) [3]

В настоящее время данные SRTM свободно распространяются в двух вариантах (уровнях): SRTM-1 — сетка с размером ячейки одна угловая секунда по широте и долготе (что равняется примерно 30 м в районе экватора); SRTM-3 — сетка с размером ячейки три угловых секунды (примерно 90 м в районе экватора), полученная усреднением из данных SRTM-1. Более точные односекундные данные (SRTM-1) доступны на территорию США. На остальную поверхность Земли доступны только данные SRTM-3.

Существует три версии данных: предварительная (unfinished, версия 1, 2003 г), окончательная (finished, версия 2, февраль 2005 г) и обработанная. Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, а также фильтрацию ошибочных значений. Обработанная версия производится CGIAR-CSI[1] [4] и включает сборку мозаик в более крупные фрагменты (6000 x 6000 пикселей или 5 х 5 градусов, вместо оригинальных 1 х 1 градус) и исправление областей с отсутствующими значениями.

Данные SRTM предварительной и окончательной версий доступны по ссылкам [5] и [6, 7] соответственно.

Исходные данные распространяются квадратами размером 1 х 1 градус (рис. 2). При максимальном доступном разрешении 3 угловых секунды такой квадрат является матрицей размером 1201х1201 элементов (пикселей). Один дополнительный ряд (нижний) и одна колонка (правая) являются дублирующим и повторяется на соседней матрице.

Данные являются простым 16 битным растром (без заголовка), значение пикселя является высотой над уровнем моря в данной точке. Пиксели могут принимать значение –32768, что соответствует значению no data (нет данных). Референц-эллипсоид данных — WGS84. Расширение файлов данных — .hgt.

Рис. 2. Схема покрытия поверхности Земли съемкой SRTM. Каждая ячейка сетки имеет размер 6 градусов и покрывает 36 квадратов данных SRTM

Название квадрата данных версий 1 и 2 соответствует координатам его левого нижнего угла. Например: n45e136 соответствует 45 гр. с. ш., 136 гр. в. д.

Определить нужный квадрат можно используя сетку-разграфку [8] или электронную карту мира, с помощью которой находятся координаты интересующего района [9]. Так, г. Бристоль в Великобритании имеет координаты 51o28' с. ш. и 2o35' з. д. (51o28' N, 2o35' W) и находится в файле N51W003.hgt (рис. 3) (фрагменты к востоку от гринвичского меридиана имеют долготу 'E', от East).

Рис. 3. Покрытие Великобритании с выделенным квадратом N51W003.hgt, соответствующим расположению г. Бристоль

Название квадрата данных обработанной версии (CGIAR-CSI) соответствует номеру квадрата из расчета 72 квадрата по горизонтали (360/5) и 24 квадрата по вертикали (120/5). Например: srtm_72_02.zip соответствует крайне правый, один из верхних квадратов.

Обработка данных с помощью LandSerf

Файлы данных *.hgt могут быть импортированы в различные программы построения карт и геоинформационные системы (ГИС), в частности, ArcView [10] и Arcinfo Workstation [11]. Подробности о формате HGT можно узнать в [12].

ArcView и Arcinfo — многофункциональные, но достаточно сложные и дорогие программы. Их возможности значительно шире стоящей перед нами задачи преобразования данных SRTM из формата HGT в формат ASC (возможно, с некоторой обработкой), с которым работает NetLogo. Поэтому для обработки данных перед загрузкой их в NetLogo будем использовать программу LandSerf [13].

LandSerf — свободно распространяемая ГИС для визуализации и анализа поверхностей. Она написана на языке Java и работает на любой платформе, поддерживающей Java Runtime Environment (Windows, MacOSX, Unix, Linux и т. д.). Области применения: визуализация ландшафтов; геоморфологический анализ; преобразование файлов ГИС; археологическое картографирование; моделирования поверхностей и мн. др.

Основные возможности:

·  обработка различных моделей поверхностей, как растровых, так и векторных (цифровых моделей рельефа, нерегулярных триангулированных сетей (Triangulated Irregular Network, TIN) и др.).

·  различные методы визуализации поверхностей (в т. ч. интерактивные), с учетом освещения, затененности, смешивания нескольких изображений.

·  интерактивная 3D-визуализация, в т. ч. режим просмотра поверхности «с высоты птичьего полета».

·  преобразование растровых и векторных данных, в частности, коррекция искажений изображения и выполнение картографических проекций.

·  фрактальная и полиномиальная генерация поверхностей.

·  извлечение из данных различных свойств рельефа (наклон, кривизна, экспозиция склона и др.).

·  импорт и экспорт в/из основные векторные и растровые форматы.

·  интеграция с GPS-приемниками Garmin.

·  обладает собственным языком создания сценариев.

Скачать LandSerf можно по адресу [14], заполнив вначале регистрационную форму.

Опишем поэтапно процесс получения данных SRTM и преобразования их к виду, пригодному для работы в NetLogo на примере фрагмента рельефа с территорией г. Днепропетровск.

Шаг 1 — скачать файлы hgt

Зайдем на сервер [6] в папку SRTM3/ и затем в папу Eurasia/. Поскольку географические координаты Днепропетровска: 48°27′53″ с. ш. 35°02′46″ в. д., то выбираем файл N48E035.hgt. zip.

Шаг 2 — импорт данных в LandSerf

Распаковав архив, запускаем LandSerf, и в диалоговом окне меню File->Open выбираем тип файла Shuttle Radar Topography Mission DEM (.hgt).

Если вы хотите использовать данные SRTM версии 1 (папка SRTM1/), то понадобиться заполнить имеющиеся в этих данных пробелы. Делается это с помощью меню Transform -> Void removal. После этого изображение нужно обновить, выбрав Display -> Refresh (или нажав Ctrl-R). На рис. 4 приведены фрагмент данных SRTM до (слева) и после удаления пробелов.

В данных SRTM версии 2 (папка SRTM3/) пробелы уже заполнены.

Рис. 4. Фрагмент данных SRTM версии 1 с пробелами (слева) и очищенный от пробелов с помощью LandSerf (справа)

Пробел в значениях высот заменяется средним значением высот соседних с ним элементов. При необходимости, процесс повторяется, что приводит к достаточно надежной интерполяции большинства пробелов, являющихся, как правило, небольшими участками. Подробнее о заполнении пробелов можно узнать в [15].

Кроме того, может понадобиться спроецировать данные в другую систему координат. Данные SRTM поставляются в географических координатах (широта, долгота), что не всегда удобно. Спроецировать их можно с помощью меню Transform->Reproject.

Шаг 3. Экспорт в формат. asc

Для сохранения данных в формате. asc (.grd), выберем File -> Save и в выпадающем списке диалогового окна выберем ArcGIS text raster.

Источники

1. Shuttle Radar Topography Mission http://www2.jpl. nasa. gov/srtm/

2. Shuttle Radar Topography Mission http://en. wikipedia. org/wiki/Shuttle_Radar_Topography_Mission

3. Описание и получение данных SRTM http://gis-lab. info/qa/srtm. html

4. SRTM 90m Digital Elevation Data http://srtm. csi. cgiar. org/

5. Данные SRTM, версия 1 http://dds. cr. usgs. gov/srtm/version1/

6. Данные SRTM, версия 2 http://dds. cr. usgs. gov/srtm/version2_1/

7. GTOPO30 and bathymetry datasets (srtm30Plus) http://topex. ucsd. edu/WWW_html/srtm30_plus. html

8. Разграфка фрагментов данных SRTM http://gis-lab. info/data/srtm-tif/srtm-5dg-grid.7z

9. EarthExplorer http://edcsns17.cr. usgs. gov/NewEarthExplorer/

10. Импорт данных SRTM с помощью Arcview Spatial Analyst http://gis-lab. info/qa/srtm-sa. html

11. Импорт данных SRTM с помощью Arcinfo Workstation http://gis-lab. info/qa/srtm-ai. html

12. Документация по данным SRTM ftp://e0srp01u. ecs. nasa. gov/srtm/version2/Documentation/SRTM_Topo. pdf

13. Официальный сайт LandSerf http://www. landserf. org/

14. Download LandSerf http://www. soi. city. ac. uk/~jwo/landserf/download/

15. Importing Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) elevation data http://www. soi. city. ac. uk/~jwo/landserf/landserf230/doc/howto/srtm. html

[1] Consultative Group on International Agricultural Research — Консультативная группа по международным сельскохозяйственным исследованиям — международная организация, одним из подразделений которой является Consortium for Spatial Information — Консорциум по пространственной информации.