مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) چیست و چرا مهم است؟

مدل دیجیتالی ارتفاع (DEM) یک نمایش سه بعدی از سطح زمین است که ارتفاع هر نقطه را نشان می دهد. DEM ها از منابع مختلف داده های ارتفاعی مانند نقشه های توپوگرافی، تصاویر ماهواره ای، عکس های هوایی، لیدار، رادار و اندازه گیری های میدانی ایجاد می شوند. DEM ها به طور گسترده در بسیاری از کاربردها مانند نقشه برداری، نقشه برداری، مهندسی، زمین شناسی، هیدرولوژی، اکولوژی، کشاورزی، مدیریت بلایا و غیره استفاده می شوند.


دانلود DEM استان های مختلف ایران


لایه های DEM ها می توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد ویژگی های زمین، مانند شیب، جهت شیب، انحنا، الگوهای زهکشی، حوضه های آبریز، و شکل زمین ارائه دهند. DEM ها همچنین می توانند برای ایجاد تجسم های سه بعدی واقع گرایانه از منظره، مانند سایه های تپه، خطوط، و نماهای پرسپکتیو استفاده شوند. DEM ها را می توان با سایر لایه های داده های جغرافیایی مانند پوشش زمین، نوع خاک، شاخص پوشش گیاهی و داده های آب و هوایی ترکیب کرد تا تحلیل و مدل سازی فضایی را انجام دهیم.

DEM ها برای درک سطح زمین و تغییرات آن در طول زمان ضروری هستند. DEM ها می توانند به نظارت و ارزیابی اثرات مخاطرات طبیعی مانند سیل، رانش زمین، زلزله، آتشفشان ها و فرسایش کمک کنند. DEM ها همچنین می توانند به اندازه گیری و ردیابی اثرات فعالیت های انسانی مانند شهرنشینی، جنگل زدایی، معدن، کشاورزی و توسعه زیرساخت کمک کنند.

مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) یک نمایش دیجیتالی شبکه‌بندی شده از زمین است. مدل های ارتفاع رقومی لایه های رستری مانند Tif یا سایر فرمت ها هستند که هر پیکسل آن نشان دهنده موقعیت محدوده معینی از سطح زمین از سطح دریا است. مبدأ ارتفاعی یک نقطه یا سطح مرجع است که مبدا و جهت یک سیستم مختصات را مشخص می کند. این رستر های ارتفاعی معمولا با استفاده از تکنیک های سنجش از دور، مانند LiDAR (تشخیص نور و محدوده) یا فتوگرامتری ایجاد می شوند که از تصاویر لیزری یا هوایی برای اندازه گیری ارتفاع زمین استفاده می کنند. این لایه های رستری برای نمایش سه بعدی سطح زمین و بررسی ناهمواری های سطح زمین کاربرد دارد. رستر  DEM ها می توانند رزولوشن های متفاوتی داشته باشند، که نشان دهنده اندازه هر پیکسل و سطح جزئیات آنها است. رستر های ارتفاعی مورد استفاده در GIS عملا مدل های ارتفاعی یا همان DEM ها هستند. بنابراین، برای نمایش سه بعدی سطح زمین و همچنین برای نمایش پستی بلندی های سطح سیاره زمین باید از لایه های دم استفاده کرد. لایه های DEM نقش مهمی در تحلیل پستی بلندی های سطح سیاره زمین و همچنین تحلیل مکانی شیب و ناهمواری های زمین است. اندازه پیکسل لایه های رستری گویای محدوده ای از سطح زمین است که هر پیکسل پوشش میدهد. مثلا رستر با پیکسل سایز ده متر به این معنی است که هر پیکسل اطلاعات میانگین یک سطح یکصد متر مربع را نشان می دهد. پس میانگین ارتفاع آن محدوده یکصد متر مربعی از سطح زمین بعنوان پیکسل ولیو یا مقدار پیکسلی آن پیکسل در DEM نشان داده می شود. اگر پیکسل سایز رستری یکصد متر باشد به این معنی است که هر پیکسل یک محدوده 100 در 100 متر یعنی یک هکتار را نشان می دهد. پس ارزش پیکسلی (pixel value) یک عدد است که میانگین ارتفاع آن محدوده را نشان می دهد. لذا هرچه اندازه پیکسلی زیرتر باشد به این معنی است که آن لایه رستری اطلاعات دقیقتری را نشان می دهد.

DEM ها چگونه ایجاد می شوند و انواع مختلف آن کدامند؟

DEM ها با پردازش و درون یابی داده های ارتفاعی از منابع مختلف ایجاد می شوند. کیفیت و دقت یک DEM به عوامل متعددی مانند وضوح، پوشش، دقت، و ارزش داده های منبع بستگی دارد. روش ها و الگوریتم های مورد استفاده برای پردازش داده ها و درونیابی و رویه های اعتبارسنجی و کنترل کیفیت اعمال شده برای محصول نهایی از عوامل دیگری هستند که در کیفیت و کاربرد لایه های دم موثر هستند. لایه های دم عمدتا در نرم افزارهای سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) مانند ArcGIS ، و QGIS و همچنین سایر برنامه های اطلاعات جغرافیایی مورد پردازش و تحلیل قرار می گیرند.

مشاهده باز کردن و پردازش مدل ارتفاعی در QGIS

انواع لایه های دم

انواع مختلفی از DEM ها بر اساس نحوه نمایش سطح زمین وجود دارد:

• یک DEM زمین برهنه ارتفاع سطح زمین را بدون هیچ گونه جسمی روی آن نشان می دهد، مانند درختان، ساختمان ها، پل ها و غیره

• یک DEM سطح، ارتفاع بالاترین جسم را در هر نقطه از سطح زمین نشان می دهد. DEM سطح شامل اجسام طبیعی و مصنوعی روی زمین است. به DEM سطح، مدل سطح دیجیتال (DSM) یا ارتوفوتو دیجیتال (DO) نیز گفته می شود.

• یک مدل تاج ارتفاع (CHM) ارتفاع پوشش گیاهی را از سطح زمین نشان می دهد. یک CHM با کم کردن یک DEM زمین برهنه از یک DEM سطح به دست می آید. یک CHM می تواند برای تخمین زیست توده، ذخایر کربن، ساختار جنگل و تنوع زیستی استفاده شود.

منابع داده های ارتفاعی برای DEM ها چیست؟

منابع مختلفی از داده های ارتفاعی وجود دارد که می توان از آنها برای ایجاد DEM استفاده کرد. برخی از رایج ترین منابع عبارتند از:

• نقشه های توپوگرافی: نقشه هایی هستند که ارتفاع زمین را با استفاده از خطوط کانتور یا سایه های رنگی نشان می دهند. نقشه های توپوگرافی معمولاً توسط آژانس های ملی نقشه برداری یا سایر سازمان ها با استفاده از بررسی های میدانی یا فتوگرامتری تهیه می شوند. در ایران سازمان نقشه برداری متولی تهیه نقشه های دم است. نقشه های توپوگرافی به طور سنتی به عنوان منبع اولیه داده های ارتفاعی برای بسیاری از مناطق جهان استفاده می شود. با این حال، نقشه های توپوگرافی ممکن است از نظر وضوح، پوشش، دقت و ارز محدودیت هایی داشته باشند.

• تصاویر ماهواره ای: اینها تصاویری هستند که توسط ماهواره هایی که به دور زمین می چرخند با استفاده از سنجنده هایی که تابش منعکس شده یا ساطع شده از سطح زمین را اندازه گیری می کنند، گرفته شده است. تصاویر ماهواره ای می توانند پوشش جهانی و به روز رسانی مکرر داده های ارتفاعی را فراهم کنند. با این حال، این تصاویر ممکن است محدودیت هایی از نظر وضوح، دقت و پوشش ابری داشته باشند.

• عکس های هوایی: این ها عکس هایی هستند که توسط دوربین های نصب شده بر روی هواپیما یا هواپیماهای بدون سرنشین در حال پرواز بر فراز سطح زمین گرفته می شوند. عکس‌های هوایی می‌توانند داده‌های ارتفاعی با وضوح بالا و جزئیات را برای مناطق محلی ارائه دهند. با این حال، این عکس های هوایی ممکن است از نظر پوشش، هزینه و شرایط آب و هوایی محدودیت هایی داشته باشند.

• لیدار: لیدار یک تکنیک سنجش از دور است که از پرتو لیزر برای اندازه‌گیری فاصله بین یک سنجنده و یک جسم با ثبت زمان بازگشت پرتو به عقب استفاده می‌کند. فناوری لیدار عمدتا براساس تداخل سنجی راداری عمل می کند. تکنولوژی Lidar با روش فعال می تواند داده های ارتفاعی با وضوح بسیار بالا و دقیق را برای مدل های زمین برهنه و سطح ارائه دهد. لیدار همچنین می تواند تا حدودی در پوشش گیاهی و ابرها نفوذ کند. با این حال، فناوری لیدار ممکن است از نظر پوشش، هزینه و پردازش داده ها محدودیت هایی داشته باشد.

• رادار: این یک تکنیک سنجش از دور است که از امواج رادیویی برای اندازه‌گیری فاصله بین یک حسگر و یک جسم با ثبت زمان بازگشت امواج به عقب استفاده می‌کند. رادار می تواند داده های ارتفاعی با وضوح متوسط و دقیق را برای مدل های زمین برهنه و سطح ارائه دهد. رادار همچنین می تواند تا حد زیادی در پوشش گیاهی و ابرها نفوذ کند. با این حال، رادار ممکن است از نظر وضوح، نویز و پردازش داده ها محدودیت هایی داشته باشد.

نتیجه گیری

مدل دیجیتالی ارتفاع (DEM) یک نمایش سه بعدی از سطح زمین است که ارتفاع هر نقطه را نشان می دهد. لایه DEM ها یک لایه رستری هستند که هر پیکسل رستر در آن نشان دهنده یک عدد ارتفاعی است. نمایش آنها در برنامه های GIS می تواند زمین را بصورت سه بعدی برای منطقه مورد مطالعه ما نمایش بدهد. این لایه های ارتفاعی از منابع مختلف داده های ارتفاعی مانند نقشه های توپوگرافی، تصاویر ماهواره ای، عکس های هوایی، لیدار و رادار تولید می شوند. DEM ها به طور گسترده در بسیاری از کاربردها مانند نقشه برداری، مهندسی، زمین شناسی، هیدرولوژی، اکولوژی، کشاورزی، مدیریت بلایا و غیره استفاده می شوند. آنها می توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد ویژگی های زمین، مانند شیب، جهت شیب، انحنا، الگوهای زهکشی، حوضه های آبخیز، و شکل زمین ارائه دهند. DEM ها همچنین می توانند برای ایجاد تجسم های سه بعدی واقع گرایانه از منظره، مانند سایه های تپه، خطوط، و نماهای پرسپکتیو استفاده شوند. از DEM ها می توان در ترکیب با سایر لایه های داده های جغرافیایی مانند پوشش زمین، نوع خاک، شاخص پوشش گیاهی و داده های آب و هواییبرای تحلیل و مدل سازی فضایی را انجام دهند.

انواع مختلفی از DEM ها بر اساس نحوه نمایش سطح زمین وجود دارد: یک DEM زمین برهنه ارتفاع سطح زمین را بدون هیچ گونه جسمی روی آن نشان می دهد. یک سطح DEM ارتفاع بالاترین جسم را در هر نقطه از سطح زمین نشان می دهد. و یک مدل ارتفاع تاج ارتفاع پوشش گیاهی را از سطح زمین نشان می دهد.