Сравнение современных свободно распространяемых цифровых моделей рельефа и их применимости для эрозионного моделирования
- Авторы: Мальцев К.А.1, Талипова С.Н.1, Магзянов И.И.1, Сомов А.А.1, Мальцева Т.С.1
-
Учреждения:
- Казанский (Приволжский) федеральный университет
- Выпуск: Том 157, № 1 (2025)
- Страницы: 79-98
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/0869-6071/article/view/292702
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869607125010067
- EDN: https://elibrary.ru/LICYUM
- ID: 292702
Цитировать
Полный текст
Аннотация
С 2019 г. в сети интернет в открытом доступе появилось несколько новых ЦМР глобального охвата: global 30 m digital elevation model from Copernicus (Copernicus GLO-30), National aeronautics and space administration digital elevation model (NASADEM), forest аnd buildings removed Copernicus DEM (FABDEM). Эти ЦМР можно было бы использовать для получения морфометрических показателей и оценки модельных эрозионных потерь почвы, в том числе в пределах Европейской территории России (ЕТР), где сосредоточены основные пахотные земли РФ. К настоящему времени выполнен ряд работ по оценке высотной точности этих моделей. Однако, помимо абсолютных ошибок высоты, необходимо оценивать точность и достоверность воспроизведения морфометрических показателей, рассчитываемых на основе этих моделей. В статье представлены результаты анализа ошибок таких морфометрических показателей, как крутизна склонов, длина склонов, а также эрозионный потенциал рельефа трех новых глобальных цифровых моделей рельефа на примере трех участков, расположенных в Воронежской, Саратовской и Оренбургской областях. Анализ ошибок был выполнен путем сравнения с данными, рассчитанными на основе ЦМР, построенных по топографическим картам крупного масштаба. Установлено, что наименьшие ошибки расчетной крутизны склона демонстрирует модель FABDEM. В расчете длин склонов ни одна из новых моделей не показывает результат, превосходящий по качеству то, что можно получить с использованием более старых ЦМР (SRTM и др.). Для эрозионного потенциала рельефа наименьшие ошибки получаются при использовании модели FABDEM. Полученные результаты справедливы как для всей территории каждого участка вообще, так и для пахотных угодий в частности. Минимальные значения ошибок эрозионного потенциала рельефа при использовании модели FABDEM приводят к минимизации ошибок при расчете эрозионных потерь почвы.
Ключевые слова
Об авторах
К. А. Мальцев
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: mlcvkirill@mail.ru
Россия, Казань
С. Н. Талипова
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Email: ssaffiaaa@gmail.com
Россия, Казань
И. И. Магзянов
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Email: ildanmag@bk.ru
Россия, Казань
А. А. Сомов
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Email: rooneyandre901@gmail.com
Россия, Казань
Т. С. Мальцева
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Email: elka-tata_77@mail.ru
Россия, Казань
Список литературы
- Ашаткин И. А., Мальцев К. А., Гайнутдинова Г. Ф., Усманов Б. М., Гафуров А. М., Ганиева А. Ф., Мальцева Т. С., Гиззатуллина Э. Р. Анализ морфометрии рельефа по глобальным ЦМР в пределах южной части Европейской территории России. // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки, 2020. Т. 162. вып. 4. С. 612–628. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2020.4.612-628
- Иванов М. А., Прищепов А. В., Голосов В. Н., Залялиев Р. Р., Ефимов К. В., Кондратьева А. А., Киняшова А. Д., Ионова Ю. К. Методика картографирования динамики пахотных угодий в бассейнах рек Европейской территории России за период 1985–2015 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 161–171.
- Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. — М.: ЦНИИГАиК, 2002. — 48 c.
- Кузнецова, А. С., Пушкарев, А. А., Краснощеков, К. В. 2023. Применение FABDEM и других современных цифровых моделей рельефа в системе аграрного мониторинга // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2023. Вып. 4. С. 139–147. https://doi.org/10.25729/ESI.2023.32.4.012
- Литвин Л. Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. — М.: Академкн., 2002. — 255 c.
- Мальцев К. А., Ермолаев О. П. Использование цифровых моделей рельефа для автоматизированного построения границ водосборов // Геоморфология. — 2014. — № 1. — С. 45–52.
- Мальцев К. А., Голосов В. Н., Гафуров А. М. Цифровые модели рельефа и их использование в расчетах темпов смыва почв на пахотных землях // Ученые записки казанского университета. Серия естественные науки. 2018, Т. 160, вып. 3 С. 514–530.
- Оньков И. В., Онянова Т. Я., Шиляева О. Ю. Исследование точности радарных ЦМР, построенных по снимкам ALOS PALSAR и модели SRTM, в зависимости от вида отражающей поверхности // Геоматика. 2012. Вып 4. С. 33–36.
- Толкачева В. Ф., Гарцман Б. И. Моделирование речной сети на основе цифровой модели рельефа (на примере Черноморского побережья Кавказа) // Пятые Виноградовские чтения. Гидрология в эпоху перемен : сборник докладов Международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Юрия Борисовича Виноградова. Санкт-Петербург: Издательство ВВМ, 2023 С. 604–609.
- Флоринский И. В. Геоморфометрия сегодня. ИнтерКарто, ИнтерГИС. 2021. Т. 27, вып. 2. С. 394–447.
- Эрозионно-русловые системы: монография / под науч. ред. Р. С. Чалова, А. Ю. Сидорчука, В. Н. Голосова. М. : ИНФРА-М, 2017. 698 с
- ALOS Global Digital Surface Model “ALOS World 3D — 30m (AW3D30)” Japan. [2018]. URL: https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/dataset/aw3d30/aw3d30e.htm (дата обращения 01.06 2020)
- ASTER Global Digital Elevation Model Version 2 — summary of validation results, [2011]. URL: https://pubs.usgs.gov/publication/70005960 (дата обращения 01.06 2020)
- Barnes R. Parallel PriorityFlood depression filling for trillion cell digital elevation models on desktops or clusters // Computers & Geosciences. — 2016. — Vol. 96. — P. 56–68.
- Borrelli P., Alewell C., Alvarez P. et al. Soil erosion modelling: A global review and statistical analysis // Sci. Total Environ. 2021. N 780. 146494. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146494
- Buckley S. M., Agram P. S., Belz J. E., Crippen R. E., Gurrola E. M., Hensley S., Kobrick M. NASADEM:User Guide. Pasadena, California, 2020. 52 p.
- Carrera-Hernández J. J. Not all DEMs are equal: An evaluation of six globally available 30 m resolution DEMs with geodetic benchmarks and LiDAR in Mexico // Remote Sens. Environ. 2021. N 261. 112474. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rse.2021.112474
- del Rosario González-Moradas M., Viveen W., Andrés Vidal-Villalobos R., Carlos Villegas-Lanza J. A performance comparison of SRTM v. 3.0, AW3D30, ASTER GDEM3, Copernicus and TanDEM-X for tectonogeomorphic analysis in the South American Andes // CATENA. 2023. № 228. 107160. https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107160
- Desmet P. J. J., Govers G. A GIS procedure for automatically calculating the USLE LS factor on topographically complex landscape units // Journal of Soil and Water Conservation. 1996. № 51. P. 427–433.
- Emmendorfer I. B., de Almeida L. P. M., Alves D. C. L., Emmendorfer L. R., Arigony-Neto J. Accuracy assessment of global DEMs for the mapping of coastal flooding on a low-lying sandy environment: Cassino Beach, Brazil // Reg. Stud. Mar. Sci. 2024. N 74. 103535. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2024.103535
- Farr T. G., Rosen P. A., Caro E. et al. 2007. The Shuttle Radar Topography Mission // Rev. Geophys. 2007. N 45. https://doi.org/10.1029/2005RG000183
- Ghannadi A., Alebooye S., Izadi M. Vertical accuracy assessment of copernicus DEM (case study: Tehran and Jam cities) // ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spat. Inf. Sci. 2023. N X-4/W1-202. P. 209–214. https://doi.org/10.5194/isprs-annals-X-4-W1-2022-209-2023
- Hawker L., Uhe P., Paulo L., Sosa J., Savage J., Sampson C., Neal J. A 30m global map of elevation with forests and buildings removed // Environ. Res. Lett. 2022. № 2, vol. 17. 024016. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac4d4f
- Hutchinson M. A new procedure for gridding elevation and stream of data with automatic removal of spurious pits // J. Hydrol. 1989. N 106. P. 211–232. https://doi.org/10.1016/0022-1694(89)90073-5
- Hutchinson M. F. et al. Recent progress in the ANUDEM elevation gridding procedure //Geomorphometry. — 2011. — Т. 2011. — С. 19–22.
- Krdžalić D., Ćatić J., Vrce E., Omićević D. Evaluating the accuracy of the digital elevation models (DEMs) within the territory of Bosnia and Herzegovina // Remote Sens. Appl. Soc. Environ. 2024. N 34. 101187. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2024.101187
- Lindsay J. B. Efficient hybrid breachingfilling sink removal methods for flow path enforcement in digitalelevation models // Hydrological Processes. — 2016a. — Vol. 30, no. 6. — P. 846–857.
- Lopez-Vazquez C., Ariza-López F. Global Digital Elevation Model Comparison Criteria: An Evident Need to Consider Their Application // ISPRS Int. J. Geo-Information. 2023. N 12, 337. https://doi.org/10.3390/ijgi12080337
- Martz L. W., Garbrecht J. An outlet breaching algorithm for the treatment of closed depressions in a raster DEM // Computers & Geosciences. — 1999. — Vol. 25, no. 7. — P. 835–844.
- Maune David F. ed. 2007. Digital Elevation Model Technologies and Applications: The DEM Users Manual. 2nd ed. Bethesda, Md: American Society for Photogrammetry and Remote Sensing.
- Meadows M., Jones S., Reinke K. Vertical accuracy assessment of freely available global DEMs (FABDEM, Copernicus DEM, NASADEM, AW3D30 and SRTM) in flood-prone environments // Int. J. Digit. Earth 2024. N 17. 2308734. https://doi.org/10.1080/17538947.2024.2308734
- Mitasova H., Hofierka J., Zlocha M., Iverson L. R. Modeling topographic potential for erosion and depositing using GIS // Int. J. Geogr. Inf. Syst. 1996. N 10. P. 629–641. https://doi.org/10.1080/0269379960890210
- Nandam V., Patel P. L. A framework to assess suitability of global digital elevation models for hydrodynamic modelling in data scarce regions // J. Hydrol. 2024. № 630. 130654. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2024.130654
- USGS EROS Archive — Products Overview URL: https://lta.cr.usgs.gov (дата обращения 01.06.2020)
- Pipaud I., Loibl D., Lehmkuhl F. Evaluation of TanDEM-X elevation data for geomor- phological mapping and interpretation in high mountain environments — A case study from SE Tibet, China // Geomorphology. 2015. N 246. P. 232–254.
- Planchon O., Darboux F. A fast, simple and versatile algorithm to fill the depressions of digital elevationmodels // Catena. — 2001. — Vol. 46. — P. 159–176.
- Renard K. G., Foster G. R. Weesies G. A., McCool D. K., Yoder D. C. Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning With the Resived Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Washington: U.S. Government Printing Office, 1997. 384 p. https://doi.org/DC0-16-048938-5-65-100
- Soille P. Morphological carving // Pattern Recognition Letters. — 2004. — Vol. 25, no. 5. — P. 543–550.
- Tarboton D. G., Bras R. L., Rodriguez-Iturbe I. On the extraction of channel networks from digital elevation data // Hydrol. Process. 1991.N 5. P. 81–100. https://doi.org/10.1002/hyp.3360050107
- Tran T. N. D., Nguyen B. Q., Vo N. D., Le M. H., Nguyen, Q. D., Lakshmi V., Bolten J. D. Quantification of global Digital Elevation Model (DEM) — A case study of the newly released NASADEM for a river basin in Central Vietnam // J. Hydrol. Reg. Stud. 2023. N 45. 101282. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2022.101282
- Van Rompaey A. J. J., Verstraeten G., Van Oost K., Govers G., Poesen J. Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach // Earth Surf. Process. Landforms. 2001. N 26. P. 1221–1236. https://doi.org/10.1002/esp.275
- Wischmeier W. H., Smith D. D. Predicting rainfall erosion losses: A guide to conservation planning. Washington: U.S. Government Printing Office, 1978. 67 p.
Дополнительные файлы
