Analisi della qualità dei GDEM SRTM e ASTER

The digital terrain models are extremely useful for land management in many areas: civil engineering, geological and hydrological studies, land use planning, urban planning, intervisibility analyses, etc.. In recent years, two global models (GDEMs, Global DEMs) have been acquired, which have the characteristic of being freely available and usable: SRTM and ASTER. These models are extremely useful since they are the only free source of elevation data with a worldwide coverage and characterized by a vertical accuracy and by a spatial resolution suitable for rapid mapping purposes and spatial analysis. The objective of this work is to perform an assessment of the SRTM and ASTER models quality over the whole region of Lombardy, whose territory is divided between: fields, hills and mountains. The used control data are: 1.550 GPS points, with accuracy less than 10 cm in the z coordinate; 115.000 spot heights, extracted from the 1:10.000 regional map, having a nominal accuracy of 1,80 m, the DTM with horizontal resolution of 20 m. Furthermore, a raster map of land use, having 8 classes (dense urban, sparse urban, high vegetation, low vegetation, farm land, road network, water, other) was created. All data, GDEMs and control points, was made homogeneous from the point of view of the reference system used and a preliminary check on geo-referencing was performed, in order to reduce the possible sources of error related to this aspect. The results, evaluated over the whole region, show that there aren't significant shifts. The validation was performed by comparing the GDEMs with the spot height points and GPS points, which have an accuracy declared higher than that of the models. The results were interpreted by evaluating different types of land use: urban areas, forests and fields, as well as any relationship with the morphological parameters of the area, slope and aspect. The robust statistics, median and NMAD, obtained from the comparison between the GDEMs and the spot height points with respect to fields and throughout the region, show that the SRTM model has a height bias of -2,21 m (fields, showing the behaviour of the model when it is not disturbed by other factors such as slope, trees and buildings) and a random error of 1,61 m (fields). The overall bias and precision are -1,87 m and 3,98 m. The ASTER model has a -5,00 m bias and a precision of 4,40 m in open flat areas; the overall bias and precision are -2,95 m and 7,42 m. The ASTER model is less accurate than SRTM, although being denser (30 m vs 90 m).

I modelli digitali del terreno sono estremamente utili per la gestione del territorio in molti ambiti: l'ingegneria civile, gli studi idrologici e geologici, la pianificazione degli usi del suolo, la pianificazione urbana, le analisi di intervisibilità tra punti, ecc. Negli ultimi anni sono stati acquisiti due modelli globali (GDEM, Global DEM) che hanno la caratteristica di essere liberamente fruibili ed utilizzabili: SRTM e ASTER. Questi dati sono di estremo interesse in quanto rappresentano le uniche fonti di informazioni altimetriche gratuite a scala globale con caratteristiche dichiarate di precisione e risoluzione geometrica tali da poter essere utilizzati per la creazione di mappe speditive e analisi territoriali. L'obiettivo di questo lavoro è effettuare una valutazione dell'accuratezza dei modelli SRTM e ASTER su un'ampia area test, la Lombardia, il cui territorio ha una morfologia varia: pianura, collina e montagna. Sono stati utilizzati diversi dataset di punti di controllo, distributi sull'intera regione: 1.550 punti GPS con un'accuratezza di circa 10 cm, 115.000 punti quotati estratti dalla carta tecnica regionale alla scala 1:10.000, con un'accuratezza di circa 1,80 m, ed il DTM regionale con passo 20 m. Inoltre è stata generata una mappa raster di uso del suolo che classifica tutto il territorio della Lombardia secondo 8 classi: urbano denso, urbano sparso, vegetazione alta, vegetazione bassa, campi, acquiferi, strade e altro. Tutti i dati sono sono stati resi omogenei dal punto di vista del sistema di riferimento. Come prima operazione è stata verificata la corretta georeferenziazione, al fine di individuare e correggere eventuali shift planimetrici, tra i punti di controllo e tra questi ed i GDEM. I risultati, valutati sull'intera area, non hanno evidenziato la presenza di shift significativi. Quindi è stata eseguita la validazione, confrontando i GDEM con i punti quotati ed i punti GPS, che hanno un'accuratezza dichiarata superiore a quella dei modelli. I risultati sono stati interpretati valutando diverse tipologie di uso del suolo: aree urbane, aree boschive ed aree coltivate; ed anche eventuali relazioni con i parametri morfologici del territorio, pendenza ed esposizione. I parametri statistici robusti, mediana e NMAD, ottenuti dal confronto tra i GDEM ed i punti quotati in corrispondenza delle aree coltivate e su tutto il territorio regionale, mostrano che il modello SRTM nelle aree coltivate, in cui sono assenti i disturbi provocati da vegetazione fitta, edifici e pendenze elevate, presenta un bias in quota di -2,21 m e una precisione pari a 1,61 m. Mentre il bias e la precisione complessivi sono pari a -1,87 m e 3,98 m . Nel caso di ASTER invece, per le aree coltivate si ottengono un bias di -5,00 m ed una precisione di 4,40 m. Il bias e la precisione totali del modello sono pari a -2,95 m e 7,42 m. Questo evidenzia che il GDEM ASTER, sebbene abbia un passo inferiore rispetto a SRTM (30 m contro 90 m), risulta essere meno accurato.