Συγκριτική αξιολόγηση Ψηφιακών Μοντέλων Εδάφους (DEM) ως προς την καταλληλότητά τους στην αναπαράσταση υδρογραφικών δικτύων

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται τη συγκριτική αξιολόγηση υδρογραφικών δικτύων που εξάγονται από διαφορετικά Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους (DEM), με στόχο την εκτίμηση του βαθμού ομοιότητας και διαφοροποίησης τους σε σχέση με ένα υδρογραφικό δίκτυο αναφοράς. Η ανάλυση βασίζεται τόσο στα συνολικά ποσοστά ομοιότητας και διαφοροποίησης όσο και στην διερεύνηση της σημαντικότητας των χωρικών διαφορών, κατανεμημένων σε κλάσεις διαφορετικής βαρύτητας. Με σκοπό την ανάλυση αυτή, δημιουργείται το υδρογραφικό δίκτυο αναφοράς από το DEM του Κτηματολογίου διορθώνοντας τα προβληματικά σημεία του ψηφιοποιώντας τα και διορθώνοντας το ΨΜΕ στα σημεία αυτά μειώνοντας το υψόμετρο κατά την ελάχιστη τιμή υψομέτρου του εκάστοτε τμήματος μειωμένο κατά μία σταθερά (2 μ.) και τέλος, συνδυάζοντας το με το μοντέλο του Copernicus για τα σημεία όπου απουσιάζει πληροφορία στο αρχικό. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα υδρογραφικά δίκτυα του Κτηματολογίου και ιδιαίτερα το διορθωμένο, παρουσιάζουν την μεγαλύτερη προσαρμογή στο δίκτυο αναφοράς. Παράλληλα, παρατηρείται υψηλή συγκέντρωση διαφορών στην μηδενική και ακραία υψηλής σημαντικότητας βαθμίδα, γεγονός που υποδηλώνει προβλήματα στην πυκνότητα και στη χωρική ακρίβεια του δικτύου σε τοπικό επίπεδο. Τα μοντέλα της ΓΥΣ, SRTM και ASTER, εμφανίζουν γενικά ικανοποιητική συμπεριφορά, καθώς τα περισσότερα σφάλματα εντοπίζονται στης χαμηλής και μεσαίας σημαντικότητας κατηγορίες. Η μελέτη δείχνει ότι τα αρχικά ποσοστά διαφοροποίησης επηρεάζονται σημαντικά από την συγκέντρωση τιμών στην μηδενικής σημαντικότητας τάξη, η οποία σχετίζεται άμεσα από την επιλογή του κατωφλιού εξαγωγής του δικτύου. Για τον λόγο αυτό εφαρμόζεται η διαδικασία κανονικοποίησης με την απαλοιφή της επίδρασης της μηδενικής τάξης, η οποία οδηγεί σε ουσιαστική ανακατάταξη των μοντέλων ως προς την προσαρμογή τους στο δίκτυο αναφοράς. Ιδιαίτερα σημαντική διαφορά παρουσιάζει το μοντέλο του ALOS PALSAR το οποίο τελικά παρουσιάζει την χειρότερη προσαρμογή. Τέλος, προκύπτει ότι η εφαρμοζόμενη τεχνική διόρθωσης του υδρογραφικού δικτύου μπορεί να βελτιώσει ουσιαστικά την ποιότητα των παραγόμενων υδρογραφικών, υπό την προϋπόθεση της ορθής επιλογή του κατωφλιού εξαγωγής του δικτύου, της σταθεράς «καψίματος» του DEM και των σημείων ψηφιοποίησης.Abstract The present Master’s thesis deals with the comparative evaluation of hydrographic networks extracted from different Digital Elevation Models (DEMs), aiming to assess the degree of similarity and differentiation with respect to a reference hydrographic network. The analysis is based both on overall similarity and differentiation percentages and on the investigation of the significance of spatial differences, classified into categories of varying importance. For this purpose, the reference hydrographic network is generated from the Cadastral DEM by correcting problematic sections through digitization and by modifying the DEM at these locations, reducing the elevation by the minimum elevation value of each respective segment minus a constant (2 m). Finally, it is combined with the Copernicus model in areas where information is missing from the original dataset. The results indicate that the hydrographic networks derived from the Cadastral DEM, and especially the corrected one, exhibit the highest level of agreement with the reference network. At the same time, a high concentration of differences is observed in the zero significance and extremely high-significance classes, suggesting issues related to network density and local spatial accuracy. The GYS, SRTM, and ASTER models generally demonstrate satisfactory performance, as most of their discrepancies fall within the low- and medium significance categories. The study shows that the initial differentiation percentages are strongly influenced by the concentration of values in the zero-significance class, which is directly related to the selection of the extraction threshold of the network. For this reason, a normalization process is applied by eliminating the effect of the zero-significance class, leading to a substantial re-ranking of the models in terms of their agreement with the reference network. A particularly significant difference is observed for the ALOS PALSAR model, which ultimately exhibits the poorest agreement. Finally, it is concluded that the applied hydrographic network correction technique can substantially improve the quality of the derived hydrographic networks, provided that the extraction threshold, the DEM “burning” constant, and the digitization points are appropriately selected.