Digitales Terrainmodell

Digitales Geländemodell der Tithonium Chasma auf dem Mars

Ein Digitales Geländemodell (DGM) bzw. Digitales Höhenmodell (DHM) ist ein digitales, numerisches Modell der Geländehöhen und -formen. Oft werden auch die englischen Begriffe Digital Terrain Model (DTM) und Digital Elevation Model (DEM) benutzt.

Ein DGM bzw. DHM stellt im Gegensatz zum Digitalen Oberflächenmodell (DOM) keine Objekte auf der Erdoberfläche dar (z. B. Bäume oder Häuser).

Digitale Geländemodelle werden seit etwa 1980 in vielen Bereichen der Geowissenschaften und der Technik verwendet – unter anderem in der Geodäsie und Fotogrammetrie für die Geländeaufnahme, im Bauwesen bei der Trassierung von Verkehrswegen, bei militärischen Aufgaben (z. B. Steuerung von Marschflugkörpern entlang der Erdoberfläche) bis hin zu Planung der Abwasser-Kanalisation

Während der Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) im Februar 2000 wurde ein fast globales Höhenmodell mit Hilfe des Synthetic Aperture Radar (SAR) Sensors bzw. der Radarinterferometrie geschaffen.

Neuerdings werden sogar Geländemodelle anderer Planeten erstellt, wie es Radarsonden um Mars und Venus ermöglichen.

Ein Modell des Geländes

Ein DGM nähert die Geländeoberfläche durch eine begrenzte Menge unregelmäßig oder regelmäßig angeordneter Stützpunkten (Massepunkte, Koten, Geländepunkte) an. Die Oberfläche kann zwischen den Stützpunkten interpoliert oder mithilfe der Stützpunkte approximiert werden. Durch weitere Strukturinformationen (insbesondere Bruchkanten, Geripplinien, Umring und Aussparungsflächen) kann das Geländemodell verbessert werden. Bruchkanten stellen Unstetigkeiten im Gefälle, also Knicke im Gelände dar. Geripplinien sind die Kamm- und Tallinien. Über den Umring und die Aussparungsflächen wird das modellierte Gebiet begrenzt.

Primäre DGM

TIN (blau) mit überlagerten Höhenlinien

Unregelmäßig angeordnete Stützpunkte sind typisch für gemessene bzw. primäre DGM, bei denen die Stützpunkte die originären Messdaten darstellen. Die Punkte werden zusammen mit den Strukturinformationen als Vektordaten gespeichert.

Die geläufigste Form ist das Unregelmäßige Dreiecksnetz (engl. Triangulated Irregular Network, TIN). Beim TIN werden die Stützpunkte zu einem Dreiecksnetz verbunden. Das Gelände wird als Polyeder modelliert. Innerhalb eines Dreiecks wird die Geländehöhe linear interpoliert.

Sekundäre DGM

Eine regelmäßige gitterförmige Anordnung der Stützpunkte findet sich insbesondere bei gerechneten bzw. sekundären DGM. Hier spricht man auch von Gitter-DGM. Dabei legt man über das Gelände ein gleichmäßiges Gitter. Jedem Gitterpunkt wird ein Höhenwert zugeordnet. Für Gitter-DGM bietet sich das Rasterdatenformat an. Dabei können keine Strukturinformationen gespeichert werden. Geländehöhen zwischen den Stützpunkten können mit Interpolationsverfahren der digitalen Bildverarbeitung berechnet werden (siehe z. B. Bilineare Interpolation). Um das Gelände genau wiedergeben zu können, muss die Gitterweite so eng gewählt werden, dass markante Strukturen nicht durch das Raster fallen. Die Gitterweiten liegen lokal/regional bei 2 bis 500 Metern, für globale Modelle bei 1 bis 5 km.

Hybride DGM

Bei einem hybriden DGM handelt es sich um ein Gitter-DGM, dem Strukturinformationen in Form von zusätzlichen Punkten, Linien und Flächen beigegeben sind.

Genauigkeiten

Die Genauigkeit von DGM ist vor allem von der Aufnahmemethode, der Rasterweite und der Geländerauhigkeit abhängig. Die Genauigkeit von aus dem Geländemodell entnommenen Geländehöhen setzt sich aus einem Lage- und einem Höhengenauigkeitsanteil zusammen, wobei der Lageanteil von der Geländeneigung (tan α) abhängig ist. $\sigma_H = \sigma_l \cdot\tan\alpha + \sigma_h$. Die mittleren Fehler belaufen sich – je nach Verwendungszweck und Preis der Modelle – von wenigen Zentimetern (z. B. für die Ermittlung von Überflutungsflächen im Zuge von Hochwasserschutzkonzepten) bis einige 100 Meter.

Datensätze

• GTOPO30
• SRTM-Daten
• Digital Terrain Elevation Data (DTED)
• Geländemodell des Amtlichen Topographisch-Kartographischen Informationssystems (ATKIS)
• NEXTMap® Europe

Software

• SCOP++ (kommerziell)
• Surfer (kommerziell)
• dlgv32Pro (eingeschränkte Freeware vom USGS)
• http://www.visualizationsoftware.com/3dem.html – 3DEM (Freeware)
• http://www.usna.edu/Users/oceano/pguth/website/microdem.htm – MicroDEM (Freeware)
• http://www.kashmir3d.com/index-e.html – Kashmir 3D (Freeware) und Links zu vielen Daten (SRTM etc.)

Weblinks

• Digitale Reliefgliederungsverfahren
• Dissertation zum Thema DGM & Geostatistik von Joseph Wood (engl.)
• Geographic Information Systems in geomorphology
• Topographic Mars Information System (TU Wien)

Siehe auch

• Höhenfeld
• Höhenmessung
• Laserscanning
• Erdoberfläche