Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Анализ морфометрии рельефа по глобальным ЦМР в пределах южной части Европейской территории России

И.А. Ашаткин, К.А. Мальцев, Г.Ф. Гайнутдинова, Б.М. Усманов, А.М. Гафуров, А.Ф. Ганиева, Т.С. Мальцева, Э.Р. Гиззатуллина

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2020.4.612-628

Для цитирования: 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, кн. 4. – С. 612–628. – doi: 10.26907/2542-064X.2020.4.612-628.

For citation: Ashatkin I.A., Maltsev K.A., Gainutdinova G.F., Usmanov B.M., Gafurov A.M., Ganieva A.F., Maltseva T.S., Gizzatullina E.R. Analysis of relief morphometry by global DEM in the southern part of the European territory of Russia. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2020, vol. 162, no. 4, pp. 612–628. doi: 10.26907/2542-064X.2020.4.612-628. (In Russian)

Аннотация

В статье представлены результаты оценки точности четырех глобальных цифровых моделей рельефа (ЦМР) на примере пяти ключевых участков, расположенных в пределах Европейской территории России. Анализ ошибок морфометрических показателей был выполнен на основе сравнения части глобальных ЦМР, представляющих рельеф выбранного участка, с заведомо более точными данными, в качестве которых выступали оцифрованные карты масштаба 1:10 000 и данные дистанционного зондирования Земли. В качестве морфометрических показателей для оценки точности моделей брались значения углов наклона и длин склонов. Из результатов сопоставления следует, что модели для углов наклона SRTM C-SIR и AW3D30 в большей мере соответствуют эталонной модели, а модели для длин склонов ASTER GDEM v.2 точнее по сравнению с остальными.

Ключевые слова: цифровая модель рельефа, SRTM, ASTER, ГИС

Благодарности. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-17-00064).

Литература

Pike R., Evans I., Hengle T. Geomorphometry: A brief guide // Hengl T., Reuter H.I. (Eds.) Geomorphometry: Concepts, Software, Applications. – Amsterdam: Elsevier, 2009. – P. 3–30. – doi: 10.1016/S0166-2481(08)00001-9.
Saleem N., Huq M., Twumasi N.Y.D., Javed A., Sajjad A. Parameters derived from and/or used with digital elevation models (DEMs) for landslide susceptibility mapping and landslide risk assessment: A review // ISPRS Int. J. Geo-Inf. – 2019. – V. 8, No 12. – Art. 545, P. 1–25. – doi: 10.3390/ijgi8120545.
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. – V. 246. – P. 232–254. – doi: 10.1016/j.geomorph.2015.06.025.
James M.R., Robson S. Straightforward reconstruction of 3D surfaces and topography with a camera: Accuracy and geoscience application // J. Geophys. Res.: Earth Surf. – 2012. – V. 117, No F3. – Art. F03017, P. 1–17. – doi: 10.1029/2011JF002289.
Wood J. The Geomorphological Characterisation of Digital Elevation Models: Ph.D. Thesis. – Leicester: University of Leicester, 1996. – URL: https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.561299.
Rodriguez F., Maire E., Courjault-Radé P., Darrozes J. The Black Top Hat function applied to a DEM: A tool to estimate recent incision in a mountainous watershed (Estibère Watershed, Central Pyrenees) // Geophys. Res. Lett. – 2002. – V. 29, No 6. – P. 9-1–9-4. – doi: 10.1029/2001GL014412.
Schmidt J., Hewit A. Fuzzy land element classification from DTMs based on geometry and terrain position // Geoderma. – 2003. – V. 121, No 3–4. – P. 243–256. – doi: 10.1016/j.geoderma.2003.10.008.
Iwahashi J., Pike R.J. Automated classifications of topography from DEMs by an unsupervised nested-means algorithm and a three-part geometric signature // Geomorphology. – 2007. – V. 86, No 3–4. – P. 409–440. – doi: 10.1016/j.geomorph.2006.09.012.
Yakar M. Digital elevation model generation by robotic total station instrument // Exp. Tech. – 2008. – V. 33, No 2. – P. 52–59. – doi: 10.1111/j.1747-1567.2008.00375.x.
Berry P.A.M., Garlick J.D., Smith R.G. Near-global validation of the SRTM DEM using satellite radar altimetry // Remote Sens. Environ. – 2007. – V. 106, No 1. – P. 17–27. – doi: 10.1016/j.rse.2006.07.011.
Farr T.G., Rosen P.A., Caro E., Crippen R., Duren R., Hensley S., Kobrick M., Paller M., Rodriguez E., Roth L., Seal D., Shaffer S., Shimada J., Umland J., Werne, M., Oskin M., Burbank D., Alsdorf D. The shuttle radar topography mission // Rev. Geophys. – 2007. – V. 45, No 2. – Art. 2005RG000183, P. 1–33. – doi: 10.1029/2005RG000183.
Mouratidis A., Briole P., Katsambalos K. SRTM 3″ DEM (versions 1, 2, 3, 4) validation by means of extensive kinematic GPS measurements: A case study from North Greece // Int. J. Remote Sens. – 2010. – V. 31, No 23. – P. 6205–6222. – doi: 10.1080/01431160903401403.
Hofton M., Dubayah R., Blair J.B., Rabine D. Validation of SRTM elevations over vegetated and non-vegetated terrain using medium footprinting lidar // Photogramm. Eng. Remote Sens. – 2006. – V. 72, No 3. – P. 279–285. – doi: 10.14358/PERS.72.3.279.
Kolecka N., Kozak J. Assessment of the accuracy of SRTM C- and X-band high mountain elevation data: A case study of the Polish Tatra Mountains // Pure Appl. Geophys. – 2014. – V. 171. – P. 897–912. – doi: 10.1007/s00024-013-0695-5.
Miliaresis G. The landcover impact on the aspect/slope accuracy dependence of the SRTM-1 elevation data for the Humboldt range // Sensors (Basel). – 2008. – V. 8, No 5. – P. 3134–3149. – doi: 10.3390/s8053134.
Оньков И.В. Оценка точности высот SRTM для целей ортотрансформирования космических снимков высокого разрешения // Геоматика. – 2011. – № 3. – С. 40–46.
Karwel A.K., Ewiak I. Estimation of the accuracy of the SRTM terrain model on the area of Poland // Int. Arch. Photogramm., Remote Sens. Spat. Inf. Sci. – 2008. – V. XXXVII, Pt. B7. – P. 169–172.
Rodriguez E., Morris C.S., Belz J.E., Chapin E.C., Martin J.M., Daffer W., Hensley S. An assessment of the SRTM topographic products: Tech. Report JPL D-31639. – Pasadena, Calif.: Jet Propul. Lab., 2005. – 143 р.
Zhao Sh., Cheng W., Zhou Ch., Chen X., Zhang Sh., Zhou Z., Liu H., Chai H. Accuracy assessment of the ASTER GDEM and SRTM3 DEM: An example in the Loess Plateau and North China Plain of China // Int. J Remote Sens. – 2011. – V. 32, No 23. – P. 8081–8093. – doi: 10.1080/01431161.2010.532176.
Elkhrachy I. Vertical accuracy assessment for SRTM and ASTER digital elevation models: A case study of Najran city, Saudi Arabia // Ain Shams Eng. J. – 2018. – V. 9, No 4. – P. 1807–1817. – doi: 10.1016/j.asej.2017.01.007.
Sertel E. Accuracy Assessment of Aster Global Dem over Turkey // Int. Arch. Photogramm., Remote Sens. Spat. Inf. Sci. – 2011. – V. XXXVIII, Pt. 4. – P. 1–5. – URL: https://www.isprs.org/proceedings/xxxviii/part4/files/Sertel.pdf.
Santillan J.R., Makinano-Santillan M., Makinano R.M. Vertical accuracy assessment of ALOS World 3D – 30M Digital Elevation Model over northeastern Mindanao, Philippines // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). – Beijing, 2016. – P. 5374–5377. – doi: 10.1109/IGARSS.2016.7730400.
Bayık Ç., Becek K., Mekik Ç., Özendi M. On the vertical accuracy of the ALOS world 3D-30m digital elevation model // Remote Sens. Lett. – 2018. – V. 9, No 6. – P. 607–615. – doi: 10.1080/2150704X.2018.1453174.
Ivanov M.A., Yermolaev O.P., Maltsev K.A., Shynbergenov Y.A. Geomorphometric analysis of river basins in East European Russia using SRTM and ASTER GDEM data // J. Eng. Appl. Sci. – 2016. – V. 11, No 14. – P. 3080–3087.
Ermolaev O.P., Mal’tsev K.A., Mukharamova S.S., Kharchenko S.V., Vedeneeva E.A. Cartographic model of river basins of European Russia // Geogr. Nat. Resour. – 2017. – V. 38, No 2. – P. 131–138. – doi: 10.1134/S1875372817020032.
Нарожняя А.Г., Буряк Ж.А. Морфометрический анализ цифровых моделей рельефа Белгородской области разной степени генерализации // Науч. ведомости БелГУ. Сер. Естеств. науки. – 2016. – № 25. – С. 169–178.
Мальцев К.А., Голосов В.Н., Гафуров А.М. Цифровые модели рельефа и их использование в расчётах темпов смыва почв на пахотных землях // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 3. – С. 514–530.
Минеев А.Л., Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Полякова Е.В. Подготовка цифровой модели рельефа для исследования экзогенных процессов северных территорий Российской Федерации // Пространство и время. – 2015. – № 3. – С. 278–291.
The Long Term Archive. – URL: https://lta.cr.usgs.gov.
Earth observation center. – URL: http://www.dlr.de/eoc/en/desktopdefault.aspx/tabid-5515/9214_read-17716.
New Version of the ASTER GDEM. – URL: https://earthdata.nasa.gov/learn/articles/new-aster-gdem.
ASTER Global Digital Elevation Map. – URL: https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp.
Tadono T., Takaku J., Tsutsui, K., Oda F., Nagai H. Status of “ALOS World 3D (AW3D)” global DSM generation // Proc. 2015 IEEE Int. Geosci. Remote Sens. Symp. (IGARSS). – 2015. – P. 3822–3825. – doi: 10.1109/IGARSS.2015.7326657.
ALOS Global Digital Surface Model “ALOS World 3D-30m (AW3D30)”. – URL: https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm.
ArcticDEM – Polar Geospatial Center. – URL: https://www.pgc.umn.edu/data/arcticdem.
Национальный атлас России. Т. 2: Природа и экология / Отв. ред. Г.Ф. Кравченко. – М.: ПКО «Картография», 2007. – 496 с.
Hutchinson M.F. A new procedure for gridding elevation and stream of data with automatic removal of spurious pits // J. Hydrol. – 1989. – V. 106, No 3–4. – P. 211–232. – doi: 10.1016/0022-1694(89)90073-5.
Wahba G. Spline Models for Observational Data. – Philadelphia: Soc. Ind. Appl. Math., 1990. – xvi + 161 p. – doi: 10.1137/1.9781611970128.
Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. – М.: ЦНИИГАиК, 2002. – 48 c.
Tarboton D.G., Bras R.L., Rodriguez-Iturbe I. On the extraction of channel networks from digital elevation data // Hydrol. Processes. – 1991. – V. 5, No 1. – P. 81–100. – doi: 10.1002/hyp.3360050107.
Vigiak O., Malagó A., Bouraoui F., Vanmaercke M., Poesen J. Adapting SWAT hillslope erosion model to predict sediment concentrations and yields in large Basins // Sci. Total Environ. – 2015. – V. 538. – P. 855–875. – doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.08.095.
Jenson S.K., Domingue J.O. Extracting topographic structure from digital elevation data for geographic information-system analysis // Photogramm. Eng. Remote Sens. – 1988. – V. 54, No 11. – P. 1593–1600.

Поступила в редакцию

03.06.2020

Ашаткин Иван Александрович, студент Института экологии и природопользования

Казанский (Приволжский) федеральный университет