realizzazione della carta delle pendenze. Quale algoritmo per la revisione del vincolo idrogeologico?
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Alessandro Sgambati
Jan 18, 2013, 10:36:29 AM1/18/13
to qgis_ut...@googlegroups.com
Con SAGA GIS, dato un modello digitale del terreno, realizzo la carta delle pendenze con il modulo "Terrain Analysis-Morphometry > Slope, Aspect, Curvature."
Nella finestra di dialogo, previo aver caricato il file del MDT in un formato gestito da Saga, scelgo quest'ultimo nella linea Grid system e nella linea Elevation;
lascio create nelle linee Slope (pendenza) e Aspect (esposizione);
se voglio produrre i files relativi a Curvature, Plan Curvature e Profile Curvature devo scrivere [create] nelle rispettive linee;
infine scelgo l'algoritmo di calcolo tra:
- Fit 2.Degree Polynom (Zevenbergen & Thorne 1987) (preimpostato);
- Maximum Slope (Travis et al. 1975);
- Maximum Triangle Slope (Tarboton 1997);
- Least Squares Fitted Plane (Horn 1981, Costa-Cabral & Burgess 1996);
- Fit 2.Degree Polynom (Bauer, Rohdenburg, Bork 1985);
- Fit 2.Degree Polynom (Heerdegen & Beran 1982);
- Fit 3.Degree Polynom (Haralick 1983).
Ottengo così almeno due raster (grid) TEMPORANEI relativi alla pendenza e all'esposizione. Con Salve li posso salvare in formato .sdat di Saga che viene comunque letto da QGIS (altrimenti li esporto nel formato grid leggibile dal GIS di mio normale utilizzo).
Il valore della pendenza nella singola cella è espresso in radianti. Nella mappa invece viene visualizzato in gradi (mediante lo Z-Factor = 57).
La domanda è: qual'è l'argoritmo più appropriato per la realizzazione della carta delle pendenze ai fini della revisione del vincolo idrogeologico entrata in vigore il 29.12.2012?
Trascrivo specifiche riportate in Saga
Description
Calculates the local morphometric terrain parameters slope, aspect and if supported by the chosen method also the curvature. Besides tangential curvature also its horizontal and vertical components (i.e. plan and profile curvature) can be calculated.
References:
Maximum Slope
- Travis, M.R. / Elsner, G.H. / Iverson, W.D. / Johnson, C.G. (1975):
'VIEWIT: computation of seen areas, slope, and aspect for land-use planning',
USDA F.S. Gen. Tech. Rep. PSW-11/1975, 70p. Berkeley, California, U.S.A.
Maximum Triangle Slope
- Tarboton, D.G. (1997):
'A new method for the determination of flow directions and upslope areas in grid digital elevation models',
Water Ressources Research, Vol.33, No.2, p.309-319
Least Squares or Best Fitted Plane
- Horn, B. K. (1981):
'Hill shading and the relectance map',
Proceedings of the IEEE, v. 69, no. 1, p. 14-47.
- Beasley, D.B. / Huggins, L.F. (1982):
'ANSWERS: User’s manual',
U.S. EPA-905/9-82-001, Chicago, IL. 54pp.
- Costa-Cabral, M., and Burges, S.J., (1994):
'Digital Elevation Model Networks (DEMON): a model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas',
Water Resources Research, v. 30, no. 6, p. 1681-1692.
Fit 2.Degree Polynom
- Bauer, J. / Rohdenburg, H. / Bork, H.-R. (1985):
'Ein Digitales Reliefmodell als Vorraussetzung fuer ein deterministisches Modell der Wasser- und Stoff-Fluesse',
Landschaftsgenese und Landschaftsoekologie, H.10, Parameteraufbereitung fuer deterministische Gebiets-Wassermodelle,
Grundlagenarbeiten zu Analyse von Agrar-Oekosystemen, (Eds.: Bork, H.-R. / Rohdenburg, H.), p.1-15
- Heerdegen, R.G. / Beran, M.A. (1982):
'Quantifying source areas through land surface curvature',
Journal of Hydrology, Vol.57
- Zevenbergen, L.W. / Thorne, C.R. (1987):
'Quantitative analysis of land surface topography',
Earth Surface Processes and Landforms, 12: 47-56.
Fit 3.Degree Polynom
- R.M. Haralick (1983):
'Ridge and valley detection on digital images',
Computer Vision, Graphics and Image Processing, Vol.22, No.1, p.28-38
Nella finestra di dialogo, previo aver caricato il file del MDT in un formato gestito da Saga, scelgo quest'ultimo nella linea Grid system e nella linea Elevation;
lascio create nelle linee Slope (pendenza) e Aspect (esposizione);
se voglio produrre i files relativi a Curvature, Plan Curvature e Profile Curvature devo scrivere [create] nelle rispettive linee;
infine scelgo l'algoritmo di calcolo tra:
- Fit 2.Degree Polynom (Zevenbergen & Thorne 1987) (preimpostato);
- Maximum Slope (Travis et al. 1975);
- Maximum Triangle Slope (Tarboton 1997);
- Least Squares Fitted Plane (Horn 1981, Costa-Cabral & Burgess 1996);
- Fit 2.Degree Polynom (Bauer, Rohdenburg, Bork 1985);
- Fit 2.Degree Polynom (Heerdegen & Beran 1982);
- Fit 3.Degree Polynom (Haralick 1983).
Ottengo così almeno due raster (grid) TEMPORANEI relativi alla pendenza e all'esposizione. Con Salve li posso salvare in formato .sdat di Saga che viene comunque letto da QGIS (altrimenti li esporto nel formato grid leggibile dal GIS di mio normale utilizzo).
Il valore della pendenza nella singola cella è espresso in radianti. Nella mappa invece viene visualizzato in gradi (mediante lo Z-Factor = 57).
La domanda è: qual'è l'argoritmo più appropriato per la realizzazione della carta delle pendenze ai fini della revisione del vincolo idrogeologico entrata in vigore il 29.12.2012?
Trascrivo specifiche riportate in Saga
Description
Calculates the local morphometric terrain parameters slope, aspect and if supported by the chosen method also the curvature. Besides tangential curvature also its horizontal and vertical components (i.e. plan and profile curvature) can be calculated.
References:
Maximum Slope
- Travis, M.R. / Elsner, G.H. / Iverson, W.D. / Johnson, C.G. (1975):
'VIEWIT: computation of seen areas, slope, and aspect for land-use planning',
USDA F.S. Gen. Tech. Rep. PSW-11/1975, 70p. Berkeley, California, U.S.A.
Maximum Triangle Slope
- Tarboton, D.G. (1997):
'A new method for the determination of flow directions and upslope areas in grid digital elevation models',
Water Ressources Research, Vol.33, No.2, p.309-319
Least Squares or Best Fitted Plane
- Horn, B. K. (1981):
'Hill shading and the relectance map',
Proceedings of the IEEE, v. 69, no. 1, p. 14-47.
- Beasley, D.B. / Huggins, L.F. (1982):
'ANSWERS: User’s manual',
U.S. EPA-905/9-82-001, Chicago, IL. 54pp.
- Costa-Cabral, M., and Burges, S.J., (1994):
'Digital Elevation Model Networks (DEMON): a model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas',
Water Resources Research, v. 30, no. 6, p. 1681-1692.
Fit 2.Degree Polynom
- Bauer, J. / Rohdenburg, H. / Bork, H.-R. (1985):
'Ein Digitales Reliefmodell als Vorraussetzung fuer ein deterministisches Modell der Wasser- und Stoff-Fluesse',
Landschaftsgenese und Landschaftsoekologie, H.10, Parameteraufbereitung fuer deterministische Gebiets-Wassermodelle,
Grundlagenarbeiten zu Analyse von Agrar-Oekosystemen, (Eds.: Bork, H.-R. / Rohdenburg, H.), p.1-15
- Heerdegen, R.G. / Beran, M.A. (1982):
'Quantifying source areas through land surface curvature',
Journal of Hydrology, Vol.57
- Zevenbergen, L.W. / Thorne, C.R. (1987):
'Quantitative analysis of land surface topography',
Earth Surface Processes and Landforms, 12: 47-56.
Fit 3.Degree Polynom
- R.M. Haralick (1983):
'Ridge and valley detection on digital images',
Computer Vision, Graphics and Image Processing, Vol.22, No.1, p.28-38
Michel Zuliani
Jan 21, 2013, 3:24:44 AM1/21/13
to Alessandro Sgambati, qgis_ut...@googlegroups.com
Salve, vorrei indicare una possibile soluzione , all’interno di qgis stesso.
Forse il dem corretto per l’idrogeologia deve avere i flussi corretti, quindi consiglierei la lettura del manuale di grass sotto riportato. Tutte le operazioni sono fattibili all’interno di qgis usando il plugin di grass.
http://grass.osgeo.org/grass64/manuals/r.slope.aspect.html
http://grass.osgeo.org/grass64/manuals/r.fill.dir.html
Lo stesso manuale lo trovate anche all’interno di qgis se attivate un mapset di grass. Ogni tool è corredato da relativa documentazione.
Si rimane a disposizione per chiarimenti.
Mandi
M
Da: qgis_ut...@googlegroups.com [mailto:qgis_ut...@googlegroups.com] Per conto di Alessandro Sgambati
Inviato: venerdì 18 gennaio 2013 16.36
A: qgis_ut...@googlegroups.com
Oggetto: [qgis_utenti_fvg:33] realizzazione della carta delle pendenze. Quale algoritmo per la revisione del vincolo idrogeologico?
--
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Stefano Orlando
Feb 12, 2013, 7:12:54 PM2/12/13
to qgis_ut...@googlegroups.com
Siccome in questo periodo mi sto occupando proprio di questo, segnalo un articolo che confronta nove algoritmi per il calcolo dei valori di pendanza da un DEM:
García Rodríguez, J. L., Giménez Suárez M. C. (2010). Comparison of mathematical algorithms for determining the slope angle in GIS environment. Aqua-LAC: UNESCO, 2(2), 78-82 (link).
Saluti a tutti.
Stefano Orlando
Alessandro Sgambati
Feb 13, 2013, 6:08:10 AM2/13/13
to qgis_ut...@googlegroups.com
Caro Stefano, grazie della notizia.
Purtroppo vedo che i dtm a confronto sono a cella di 10m. Però già l'indicazione che l'algoritmo di Zevenbergen e Thorne (1987) risulta il più appropriato è un buon conforto, visto che anche SAGA lo mette come preimpostato.
Benvenuto nel gruppo!
Alessandro
Purtroppo vedo che i dtm a confronto sono a cella di 10m. Però già l'indicazione che l'algoritmo di Zevenbergen e Thorne (1987) risulta il più appropriato è un buon conforto, visto che anche SAGA lo mette come preimpostato.
Benvenuto nel gruppo!
Alessandro
Alberto Beinat
Feb 14, 2013, 4:37:04 AM2/14/13
to Stefano Orlando, qgis_ut...@googlegroups.com
Caro Stefano e cari tutti,
grazie per le informazioni.
La letteratura sull'argomento � molto vasta. Vi sono articoli autorevoli su "Computers and Geosciences", ma � una rivista a pagamento. Ben vengano le segnalazioni di quelle ritenute pi� significative, soprattutto se riferite a modelli implementati in qualche software GIS: proprio come questo articolo.
E veniamo al punto. Attratto dal titolo mi sono messo a leggerlo attentamente.
Purtroppo pi� cercavo di interpretare i risultati e pi� mi sono sorti dubbi, sia sulla procedura seguita nelle prove, sia sul significato dei risultati. A essere buono noto una certa "distrazione " degli autori, sia nella metodologia che nelle conclusioni.
Cerco di farla breve.
Gli autori confrontano le pendenze misurate DIRETTAMENTE sul terreno in 32 punti di controllo con quella derivata dai modelli GIS. Ineccepibile, peccato per� che non diano una sola informazione sull'origine del DTM, n� sulla sua qualit� e/o validazione. Quel DTM rappresenta veramente il terreno? Se il DTM non � affidabile, non lo sono neppure i risultati delle elaborazioni.
Se introducete ingredienti avariati, anche se la ricetta � giusta, la minestra che ne viene fuori probabilmente far� ... (dite voi).
Ma quello che scoraggia di pi� � la tabella 1. Confrontate, per ogni riga, il valore della prima colonna (pendenza misurata sul terreno, in GRADI!) con i valori contenuti nelle altre colonne (pendenze ricostruite dai modelli). Guardate le differenze, sono enormi! In certi casi addirittura il 100 per cento!
Il fatto singolare � che i vari modelli sono in relativo accordo tra di loro, mentre differiscono significativamente dal valore "vero".
Personalmente, ne deduco due cose.
- Se risultati cos� scadenti sono dovuti alla pessima qualit� del DTM, questo chiude la questione, e sottolinea l'importanza di controllare la qualit� degli "ingredienti" prima di produrre elaborati di una certa rilevanza (certo, in tal caso l'articolo � da buttare ...)
- Se il DTM invece � buono, la faccenda � ben pi� seria perch� dimostra l'inadeguatezza della struttura RASTER a rappresentare un DTM con adeguata risoluzione. Va ricordato che un raster viene sempre ottenuto per interpolazione di dati puntuali. Alla imprecisione dei dati iniziali si somma l'arbitrariet� e l'approssimazione degli algoritmi di interpolazione, che introducono una perdita consistente di definizione del DTM finale rispetto alla realt�. Se poi su un DTM raster gi� "deteriorato" si vogliono fare ulteriori elaborazioni � ovvio che queste risentiranno di tutti gli errori accumulati a monte. I DTM raster si usano nei GIS per ovvi motivi computazionali, e per rappresentazioni a scala medio piccola. In campo tecnico e cartografico, dove la qualit� del DTM � fondamentale, si usano solo DTM vettoriali.
Lascio aperta la discussione alle vostre opinioni.
Buona giornata a tutti
Alberto
grazie per le informazioni.
La letteratura sull'argomento � molto vasta. Vi sono articoli autorevoli su "Computers and Geosciences", ma � una rivista a pagamento. Ben vengano le segnalazioni di quelle ritenute pi� significative, soprattutto se riferite a modelli implementati in qualche software GIS: proprio come questo articolo.
E veniamo al punto. Attratto dal titolo mi sono messo a leggerlo attentamente.
Purtroppo pi� cercavo di interpretare i risultati e pi� mi sono sorti dubbi, sia sulla procedura seguita nelle prove, sia sul significato dei risultati. A essere buono noto una certa "distrazione " degli autori, sia nella metodologia che nelle conclusioni.
Cerco di farla breve.
Gli autori confrontano le pendenze misurate DIRETTAMENTE sul terreno in 32 punti di controllo con quella derivata dai modelli GIS. Ineccepibile, peccato per� che non diano una sola informazione sull'origine del DTM, n� sulla sua qualit� e/o validazione. Quel DTM rappresenta veramente il terreno? Se il DTM non � affidabile, non lo sono neppure i risultati delle elaborazioni.
Se introducete ingredienti avariati, anche se la ricetta � giusta, la minestra che ne viene fuori probabilmente far� ... (dite voi).
Ma quello che scoraggia di pi� � la tabella 1. Confrontate, per ogni riga, il valore della prima colonna (pendenza misurata sul terreno, in GRADI!) con i valori contenuti nelle altre colonne (pendenze ricostruite dai modelli). Guardate le differenze, sono enormi! In certi casi addirittura il 100 per cento!
Il fatto singolare � che i vari modelli sono in relativo accordo tra di loro, mentre differiscono significativamente dal valore "vero".
Personalmente, ne deduco due cose.
- Se risultati cos� scadenti sono dovuti alla pessima qualit� del DTM, questo chiude la questione, e sottolinea l'importanza di controllare la qualit� degli "ingredienti" prima di produrre elaborati di una certa rilevanza (certo, in tal caso l'articolo � da buttare ...)
- Se il DTM invece � buono, la faccenda � ben pi� seria perch� dimostra l'inadeguatezza della struttura RASTER a rappresentare un DTM con adeguata risoluzione. Va ricordato che un raster viene sempre ottenuto per interpolazione di dati puntuali. Alla imprecisione dei dati iniziali si somma l'arbitrariet� e l'approssimazione degli algoritmi di interpolazione, che introducono una perdita consistente di definizione del DTM finale rispetto alla realt�. Se poi su un DTM raster gi� "deteriorato" si vogliono fare ulteriori elaborazioni � ovvio che queste risentiranno di tutti gli errori accumulati a monte. I DTM raster si usano nei GIS per ovvi motivi computazionali, e per rappresentazioni a scala medio piccola. In campo tecnico e cartografico, dove la qualit� del DTM � fondamentale, si usano solo DTM vettoriali.
Lascio aperta la discussione alle vostre opinioni.
Buona giornata a tutti
Alberto
Il 13/02/2013 1.12, Stefano Orlando ha scritto:
Siccome in questo periodo mi sto occupando proprio di questo, segnalo un articolo che confronta nove algoritmi per il calcolo dei valori di pendanza da un DEM:
�Garc�a Rodr�guez, J. L., Gim�nez Su�rez M. C. (2010). Comparison of mathematical algorithms for determining the slope angle in GIS environment. Aqua-LAC: UNESCO, 2(2), 78-82 (link).�Saluti a tutti.Stefano�Orlando�
-- dott. ing. Alberto Beinat, dott. ric. Ricercatore confermato area 08/A4 - GEOMATICA Universit� degli Studi di Udine Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura Via Cotonificio 114 33100 Udine UD Tel. 0432 558708 - Fax. 0432 558700 Email: alberto...@uniud.it
Stefano Orlando
Feb 14, 2013, 8:36:57 AM2/14/13
to qgis_ut...@googlegroups.com, Stefano Orlando, alberto...@uniud.it
Ciao, grazie per i commenti che arricchiscono il quadro. Concordo con Alberto sul significato dello "scollamento" dei valori derivati rispetto a quelli "veri" dovuti al fatto che "The Topogrid method included in ArcGIS was used to create a DEM from 10 m contour lines" (pag. 1) e quindi il DEM usato per creare le pendenze è palesemente inadeguato a confrontare direttamente valori rilevati sul campo (si confronta il valore interpolato su una "piastrella" di 100 m^2 con un valore "reale" idealmente rappresentativo solo della sua posizione o immediato intorno), o meglio è utile direi a capire che è bene "prendere con le pinze" i risultati ottenuti da un'operazione di calcolo pendenze (o altro) e a comprenderne bene il significato prima di impiegarli in qualsiasi applicazione.
A mio avviso, l'aspetto interessante dell'articolo è il confronto "tra sè" dei vari algoritmi che, nonostante le rassicurazioni statistiche degli autori, forniscono valori confrontabili in alcuni casi ma significativamente diversi in altri (anche superiori a 10°!), per cui è utile valutarne bene le caratteristiche prima di impiegarli (fatto non scontato secondo me in quanto alcuni software come ArcGIS non offrono molte scelte ...) soprattutto considerando il metodo che impiegano (approccio morfometrico, flussi, ecc.). Ovviamente non concordo con la conclusione dell'articolo in cui viene raccomandato un particolare algoritmo (forse è la soluzione migliore in quel caso, ma non in tutti i casi - es. terreni "ruvidi").
Saluti a tutti.
Stefano Orlando
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