Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Digital elevation model error in terrain analysis

Juha Oksanen

Doctoral dissertation, November 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geography and Finnish Geodetic Institute.

Lukuisten käyttötarkoitusten ja sovellusmahdollisuuksien ansioista digitaaliset korkeusmallit, eli maan pinnanmuotoja esittävät numeeriset mallit, ovat olleet tutkimuksen kohteena maantieteen ja maanmittaustieteiden aloilla vuosikymmeniä. Kun korkeusmallia käytetään maastoanalyysissä, esimerkiksi automaattisessa valuma-aluerajauksessa tai tulvavaarakartoituksessa, mallissa olevat virheet kasautuvat analyysin tulokseen. Virheenkasautumisanalyysillä on suora vaikutus maastoanalyysipohjaiseen päätöksentekoon ja lisäksi sen avulla voidaan vaikuttaa epäsuorasti korkeusmallin luontiin tähtäävään tiedonkeruuseen sekä mallin tuottavien laskentamenetelmien käyttöön.

Väitöskirja esittää kolmevaiheisen prosessin korkeusmallipohjaisten maastoanalyysien virheenkasautumisen tutkimiseksi. Työssä käytetyissä korkeusmalleissa maanpinnan korkeudet esitettiin 10-30m hilassa tyypillisen sovellusmittakaavan ollessa 1:10 000-1:50 000. Prosessiin kuuluu menetelmiä korkeusmallien karkeiden virheiden visuaaliseen havaitsemiseen, virheen tilastolliseen karakterisointiin ja virhemallin luontiin, analyyttiseen ja simulaatio-pohjaiseen virheenkasautumisanalyysiin sekä virheenkasautumisanalyysin tulosten tulkintaan. Virhemallin luonnissa käytettiin spatiaalisen tilastotieteen menetelmiä.

Tulokset osoittivat, että tutkittujen korkeusmallien virheiden kuvaaminen ja mallintaminen kattavasti oli haastavaa. Tämä johtui mallien virhejakauman poikkeavien havaintojen suuresta määrästä sekä morfologisista karkeista virheistä, joiden visuaaliseksi havaitsemiseksi esitetään jakojäännöskarttojen käyttöä. Lisäksi korkeusmallien virheiden globaali karakterisointi osoittautui karkeaksi yleistykseksi todellisuudesta johtuen virheen paikkariippuvuudesta. Tämä osoitettiin empiirisesti käyttäen vertausaineistona koko tutkimusalueen kattavaa topografiseen laserkeilaukseen perustuvaa korkeusmallia. Virheenkasautumisanalyysit osoittivat, että korkeusmallin virheen kasvaessa myös maastoanalyysien virheet kasvoivat ja joissain tapauksissa virheiden kasvu oli huomattavasti ennalta arvioitua suurempaa. Virheen spatiaalisen autokorrelaation vaikutus analyysituloksiin oli sovellusriippuvaa. Spatiaalisesti autokorreloimatonta virhemallia on yleisesti pidetty pahimman tapauksen huomioonottavana mallina, mutta millään työssä käsitellyistä maastoanalyyseistä suurin epävarmuus ei liittynyt autokorreloimattomaan virhemalliin. Simulaatiopohjaisen virheenkasautumisanalyysin toteutuksessa sovellettu prosessikonvoluutiomenetelmä mahdollistaa korkeustiedon epävarmuuden huomioonottavien vuorovaikutteisten paikkatietopalvelujen luomisen. Esimerkkeinä mainittakoon jääpatojen aiheuttama tulvavaarakartoitus ja vaarallisten aineiden kuljetuksiin liittyvät onnettomuudet, joissa nestemäisten kemikaalien leviämisestä ympäristöön on saatava nopeasti luotettava kuva mikrotason valuma-alueanalyysillä.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 26.10.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki