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DEM (Digital Elevation Model)


Si tratta di immagini contenenti informazioni sul rilievo (quote) di un territorio e sono fondamentali per gli studi geomorfologici. Consentono osservazioni quantitative quali misure di pendenze, tracciatura delle curve di livello, estrazione del reticolo di drenaggio e calcol dei bacini idrografici (per una bibliografia generale sui modelli di terreno e sul loro utilizzo vedasi Pike, 2002). Inoltre, dipendentemente dalla risoluzione e dall'accuratezza verticale, consentono lo studio di morfologie a bassa energia di rilievo dove l'ombreggiatura naturale non è sufficientemente contrastata.
>>> Modelli digitali di elevazione (DEMs)
I DEM possono essere ricavati in diversi modi, da misure dirette sul terreno o da dati telerilevati. In quest'ultimo caso si distinguono i DEM da immagini stereoscopiche, quelli da interferometria radar e quelli da lidar.
Sono qui presentati tre modelli a media risoluzione, gratuiti e con copertura quasi globale.




   ASTER GDEM (Global DEM)


Si tratta di modelli digitali raster ricavati dalle coppie stereoscopiche di bande ASTER corrispondenti al vicino infrarosso. La copertura delle terre emerse è compresa tra 83°N e 83°S di latitudine. Le singole scene, in coordinate geografiche WGS84 e con estensione di 1°x1°, hanno risoluzione orizzontale di 1 arco-secondo (circa 30 m).
Già da qualche anno era possibile richiedere la costruzione di DEM pertendo da singole scene ASTER ma i modelli risultanti contenevano rilevanti errori verticali difficilmente eliminabili, inoltre le informazioni di georeferenziamento erano alquanto errate. Ora i dati sono stati appositamente elaborati per realizzare un DEM quasi globale e la qualità è notevolmente migliorata, soprattutto nella 2° versione, pur rimanendo alcune imperfezioni.
(>>> confronto ASTER_GDEM1 - GDEM2)

Per maggiori informazioni:
http://www.jspacesystems.or.jp/ersdac/GDEM/E/index.html
https://lpdaac.usgs.gov/products/aster_products_table/aster_gdem_version_2_validation
http://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp
http://www.viewfinderpanoramas.org/reviews.html

Il modo più semplice per ottenere gratuitamente il dato è fare una richiesta attraverso il sito http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/ (occorre registrarsi ma è gratuito)




   SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)


I modelli SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) sono prodotti da interferometria radar sui dati ottenuti dagli strumenti SIR-C (Spaceborne Imaging Radar, banda C) e X-SAR nel febbraio 2000 e coprono circa l'80% delle terre emerse (tra 56 gradi di latitudine sud e 60 gradi di latitudine nord).
I dati in banda X (dallo strumento X-SAR) sono stati processati a cura del DLR (Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt) producendo modelli di elevazione con risoluzione spaziale pari ad 1 arco-secondo (circa 30 m all'equatore) ma copertura discontinua (Werner, 2001).
I DEM derivanti dalla banda C sono resi pubblici dall' U. S. Geological Survey (USGS) in due livelli e due versioni (USGS, 2003; USGS, 2004; SRTM Topography, ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2/Documentation/):
- livello SRTM1 con risoluzione 1 arco-secondo (circa 30 m all'equatore);
- livello SRTM3 con risoluzione 3 arco-secondi (circa 90 m all'equatore);
- prima versione ("unfinished"): è costituita dai dati prodotti per interferometria radar a cura del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena (California) senza ulteriori importanti elaborazioni;
- seconda versione ("finished"): i dati sono stati trattati dall'NGA per eliminare alcune imperfezioni, livellare i corpi d'acqua e definire le linee di costa, tuttavia possono ancora esservi aree "vuote" per mancanza di dato (USGS, 2005).
I vuoti ricorrono maggiormente in aree con forti pendenze in seguito alla presenza di zone d'ombra e sovrapposizione del segnale radar oppure in corrispondenza dei corpi d'acqua poiché la superficie liscia riflette specularmente il segnale causando l'assenza di backscatter (Hall et al., 2005).
Un'ulteriore versione a cura del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) è stata prodotta interpolando i dati SRTM con altri DEM al fine di colmare i vuoti (Jarvis et al., 2006, 2008; Reuter et al, 2007).
L'accuratezza rispetta ampiamente i limiti previsti in fase di progettazione, ovvero entro 20 m di errore orizzontale e 16 m in verticale (nel 90% dei casi) (Rodriguez et al., 2005) con un errore medio verticale di 3,6 m a scala globale (Berry et al., 2007). Tali errori risultano maggiori in aree con forti pendenze (Falorni, 2005; Gorokhovich, 2006). In base a quanto personalmente osservato, nelle aree di pianura in cui il microrilievo è significativo gli errori verticali non sono trascurabili. Durante l'analisi dei DEMs è stato innanzitutto rilevato un disturbo casuale generalmente limitato entro i 2 m. Il metodo più semplice e comune per ridurre il disturbo è l'applicazione di filtri low-pass che per ogni cella calcolano la media con i valori adiacenti. Ampliando l'area su cui opera il filtro si riducono maggiormente gli errori ma per contro aumenta la perdita dei dettagli realmente presenti. Al fine di limitare tale perdita ho realizzato un apposito modulo per il software SAGA in linguaggio C++ che calcola la media entro una distanza di 2 celle ma usando nel calcolo solo i valori che differiscono 2 m o meno da quello centrale. Rimangono quindi inalterati i dislivelli maggiori sicuramente non dovuti ad errori.
Nelle zone con debole rilievo ho anche osservato due serie di stripes (righe parallele con alterazione del dato) oblique con inclinazioni di 32,5° e -32,5° rispetto all'orizzontale est-ovest, dovute ad uno striping nelle immagini radar originarie. Per ridurre tali difetti ho realizzato un secondo modulo per SAGA che per ogni cella calcola prima la media dei valori di quota lungo la direzione dello striping, quindi vi sottrae la media tra essa e gli sripes adiacenti in modo da ottenere quello che statisticamente è l'errore di striping. Esso viene quindi rimosso dal DEM originale ottenendo il DEM "pulito". Tale metodo è sostanzialmente simile a quello proposto da Oimoen (2000) per la rimozione dello striping orizzontale o verticale da DEMs, ma il filtro qui realizzato permette di adattarlo anche a striping obliquo.
I moduli sono ora già inclusi nella versione ufficiale di SAGA GIS.

Informazioni sulla missione:
http://srtm.usgs.gov/
http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/

Download gratuito:
http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/ (scene con risoluzione 90 m)
DEMs interpolati dal CIAT (90 m): http://srtm.csi.cgiar.org/
DEM a 30 m (NASA SRTM 1 arcsec): http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/ (registrazione necessaria ma gratuita)




   AW3D30, ALOS World 3D – 30m


Il modello AW3D30 è un DSM (Digital Surface Model) con risoluzione orizzontale 1 arcsec (circa 30 m) rilasciato dalla Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Esso deriva dal ricampionamento di un DSM a 5 m di risoluzione prodotto utilizzando le immagini pancromatiche stereoscopiche fornite dal sensore PRISM (Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping) a bordo del satellite ALOS (Advanced Land Observing Satellite).
Mentre il DSM a 5 m è a pagamento, i dati AW3D30 sono distribuiti gratuitamente; occorre solo registrarsi all'indirizzo http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/registration.htm per ottenere una password con la quale accedere a http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/data/index.htm dove scaricare i dati.
Dal 31 maggio 2016 la copertura è stata estesa a tutte le terre emerse comprese tra gli 82° di latitudine nord e sud. Rimangono tuttavia numerosi buchi dovuti alla nuvolosità.

aw3d30_italia
copertura AW3D30 del territorio italiano


Marzo 2017, versione 1.1: i buchi presenti tra le latitudini di 60° nord e sud sono stati "tappati" usando DEMs preesistenti.


Maggiori informazioni:
www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30




(>>> pagina dei riferimenti bibliografici)





 

>>> dati da luce visibile e infrarosso

>>> dati radar

>>> modelli digitali di elevazione
        in questa pagina:
   > ASTER GDEM
   > SRTM DEM
   > ALOS World 3D 30




Argomenti correlati:

>>> Modelli digitali di elevazione

>>> confronto ASTER_GDEM2 - SRTM_1arcsec
>>> confronto ASTER_GDEM - SRTM_(vecchio)
>>> confronto ASTER_GDEM1 - GDEM2

>>> aggiungere visivamente le informazioni di altitudine alle immagini
>>> SRTM DEM destriping











Aprile 2015 - Giugno 2016
Alessandro Perego