Циркумполярные регионы планеты (Арктика и Антарктика) традиционно были одними из наименее изученных и плохо откартированных территорий Земли. Если говорить про цифровые модели рельефа (ЦМР) на эти регионы, то всё было ещё грустнее.
В то время, как большая часть потребителей ЦМР наслаждаются доступом к высокодетальным открытым данным с конца 2000-х, исследователи Арктики и Антарктики такой роскоши не имели и кусали локти. Три открытых глобальных ЦМР-покрытия (SRTM, ASTER GDEM и ALOS DEM) с 30-м разрешением по разным причинам не подходят для работы с циркумполярными территориями либо полностью либо почти полностью.
Однако, за два последних года (2016-2018) ситуация кардинально поменялась. Да так, что теперь локти могут кусать исследователи неполярных регионов. Благодаря титанической работе Полярного геопространственного центра университета Миннесоты и его партнёров, в том числе Esri, мы имеем Arctic DEM и Antarctic DEM. Сверхдетальные ЦМР на полярные регионы планеты. Арктическая ЦМР в последней версии уточнена до 2-м разрешения. Антарктическая ЦМР пока имеет 8-м разрешение, но в будущем станет более детальной.
Команда Esri в свою очередь разработала веб-приложения для исследования и работы с этими чрезвычайно важными и трудоёмкими наборами данных. С их помощью вы можете получить готовые карты уклонов, проанализировать изменение ледника во времени, запланировать оптимальный полевой маршрут и другое. Этот пост рассказывает о том, как взять от этих данных максимум.
ПЕРВЫЙ ОТЖИМ
Есть пять способов получить доступ к данным. Каждый хорош для своих целей. Первый и самый очевидный способ получить эти уникальные данные – скачать оригинальные растры из официального HTTP-репозитория. Индекс нужного квадрата с данными лучше заранее определить по соответствующей индексной схеме. Это базовый сценарий для всех основных работ по использованию ЦМР.
Арктика
- ArcticDEM Tile Index (Esri Shapefile)
- 2 meter DEMs (full resolution)
- 10 meter DEMs
- 32 meter DEMs
- 100 meter DEM
- 500 meter DEM
- 1 kilometer DEM
Антарктида
- REMA Tile Index (Esri Shapefile)
- 8 meter DEMs (full resolution)
- 100 meter DEMs
- 200 meter DEMs
- 1 kilometer DEMs
Второй сценарий доступа – более удобный способ скачать необходимый сегмент полярного покрытия через специальное веб-приложение от Esri NGA ArcticDEM Web Map и NGA REMA Web App.
Третий способ доступа – через Living Atlas и AGOL. На каждый из полюсов там доступны по 22 веб-карты на основе ЦМР. Часть этих карт может быть использована для непосредственных расчетов (склоны, например). Но большинство из них — рендеринги, оптимизированные именно для визуализации и использования в качестве карт-подложек. Накладывайте свои тематические данные на красивые подложки (например, разнонаправленную отмывку), обогащайте свои геологические карты точными и безартефактными изогипсами или же вмешивайте эти слои с настроенной прозрачностью в многослойные пироги составных карт-подложек.
ВТОРОЙ ОТЖИМ
Четвётый способ получить доступ к данным полярных ЦМР — через специализированные веб-приложения от Esri. Antarctic REMA Explorer и Arctic DEM Explorer. Тут вы получаете широкий набор инструментов для экспресс-анализа. Например, для начала вы можете сгенерировать высотных профиль в произвольном направлении. Там же можно измерить расстояние и площадь.
Инструмент Identify в обоих приложениях выдаст вам ключевые метаданные по источнику на конкретную указанную вами точку.
Вы также можете быстро экспортировать растровое изображение в выбранном рендеринге. Но это будет RGB-изображение, которую можно использовать в качестве подложки или картинки. Для количественного анализа ЦМР этот вариант экспорта данных не годится.
Небольшой, но приятной любезностью от авторов приложения является слой со всеми (активными и недействующими) антарктическими научными станциями.
В дополнение к описанному функционалу Arctic DEM Explorer поддерживает временные данные. Это значит, что там уже достаточно разновременных съемок, чтобы вы могли генерировать временные высотные профили по точкам интереса. Это будет особенно полезным для участков, занятых ледниками и для гляциологов, их изучающих.
Более того, вы можете воспользоваться инструментом Дельта, чтобы посмотреть площадную разницу в изменении высот на выбранном участке. Красным – территории со снижением высот, синим – с повышением.
ОТЖИМ УРОВНЯ ПРО
Последний способ получить доступ к полярным ЦМР – через настольное приложение. В этом посте я использую ArcGIS Pro. Этот способ позволяет сразу вовлечь данные на выбранную площадь в количественный анализ — «на лету» — без необходимости их заранее скачивать. В частности, здесь я обыгрываю сценарий планирования заверочного полевого маршрута, выстроенного по данным ДЗЗ. Есть предварительно определенные точки полевого маршрута, нам нужно убедиться, что из этих точек суммарно по периметру просматривается почти вся территория и не пропущены значимые формы рельефа.
Подключаемся через ArcGIS Pro к Living Atlas. Вбиваем в поиске нужные данные. Добавляем в рабочее пространство.
Используем подготовленный полигон для обрезки данных по территории интереса. Этот же полигон рекомендуется указывать в настройках инструментов геообработке при работе с ЦМР. Это существенно ускоряет работу с данными, т.к. вы их не скачиваете, а работаете напрямую со всем циркумполярным покрытием.
Далее вы можете использовать любые инструменты, доступные в Pro для работы с ЦМР. Я отфильтровал артефакты инструментом Fill и добавил слой точек с запланированным маршрутом.
Запускаю инструмент анализа Visibility. Настраиваю необходимое параметры. О работе с этим инструментом более подробно можно почитать здесь.
Получаю растр с зонами видимости. Очевидно, что при выбранном наборе точек, две долины малых водотоков практически выпадают из видимости полевого исследователя. Несколько точек на междуречьях практически не дают кругового обзора и их имеет смысл передвинуть в более оптимальные места. Исходя из полученного анализа видимости, мы можем далее планировать экспликацию точек полевого наблюдения так, чтобы в пределах видимости оказались все интересующие нас объекты, а наш маршрут оказался максимально эффективным.
Это был один возможных вариантов работы с полярными ЦМР напрямую через настольную ArcGIS. Вы можете выполнять все задачи количественного анализа ЦМР, не скачивая эти данные и без промежуточной конвертации их в растровые форматы.
ArcGIS открывает вам многоуровневый доступ к уникальным данным полярных ЦМР. По мере выпуска новых релизов, вы будете получать быстрый доступ к свежим данным. Пользуйтесь ими и будьте счастливы – за доступ к данным с сопоставимой точностью исследователи неполярных территорий платят, причём немало. Наконец-то справедливость восторжествовала, а многолетний хайп вокруг глобального потепления и полярных территорий привел к таким вот замечательным последствиям.
Про анализ ЦМР в ArcGIS можно подробнее почитать тут. Про загрузку и использование через ArcGIS ЦМР WorldDEM4Ortho на неполярные территории читайте тут.
