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Geo-Visualisierung

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Analyse der globalen SRTM-Daten mit einer Bogensekunde Auflösung

Vor Kurzem hat die US-Regierung external linkangekündigt, dass die Höhendaten aus der SRTM-Mission jetzt in einer Auflösung von einer Bogensekunde öffentlich zugänglich gemacht werden. Ich werfe deshalb hier einen erneuten Blick auf die SRTM-Daten.

Der Hintergrund

Die SRTM-Mission (shuttle radar topography mission) im Jahr 2000 hat einen Datensatz der Topographie der Erdoberfläche mit fast globaler Abdeckung in bis zu diesem Zeitpunkt unerreichter Auflösung produziert. Diese Daten wurden kurz nach der Mission in einem Gitter von 3 Bogensekunden Auflösung (in etwa 90 Meter) für uneingeschränkte Nutzung zugänglich gemacht. Nur für das Gebiet der Vereinigten Staaten gab es auch eine Version mit einer Bogensekunde Auflösung. Für den Rest der Welt waren diese Daten nicht öffentlich. Die genauen Gründe hierfür sind nicht bekannt. Meist wird von Sicherheitsüberlegungen ausgegangen, jedoch gibt es auch Spekulationen, dass dies ein Gefallen für lokale Anbieter von hochauflösenden Topographie-Daten ist, um deren Märkte nicht auszutrocknen.

Jetzt, 14 Jahre später, sind auch eine Reihe anderer Datenquellen frei verfügbar, insbesondere ASTER GDEM, aber auch verschiedene lokale Datensätze, zum Beispiel für große Teile Nordamerikas und eine Reihe von Ländern in Europa. Alle diese Daten haben jedoch ihre Einschränkungen und SRTM-Daten sind in vielen Gegenden immer noch eine der Hauptquellen für Höhendaten.

Die Freigabe der Daten in voller Auflösung zum jetzigen Zeitpunkt dient vermutlich vor allem dazu zu vermeiden, dass diese vollständig bedeutungslos werden, bevor sie die Chance einer sinnvollen Verwendung hatten. Hier also ein Blick auf die Frage, wie nützlich diese Daten heute noch sind.

Die Daten

Die Daten werden vom USGS zur Verfügung gestellt. Sie können im external linkEarth Explorer heruntergeladen werden. Hierbei stehen drei Formate zur Auswahl - BIL, DTED und GeoTIFF. Das traditionelle HGT-Format der SRTM-Daten ist nicht dabei. DTED und GeoTIFF sind unkomprimiert, so dass für das umfangreiche Herunterladen BIL die einzig sinnvolle Option ist. Dies scheint auch das eigentliche Standardformat zu sein, obwohl es recht unschön aus mehreren Dateien aufgebaut ist. Solange GDAL es lesen kann ist dies jedoch kein großes Problem. Die Daten sind auch im Höhendaten-Suchwerkzeug enthalten.

Der Bearbeitungszustand der Daten ist ein wenig uneinheitlich. Die bedeutendste Einschränkung bei den SRTM-Daten stellen die gelegentlichen Lücken in der Datenabdeckung dar. In einigen der Kacheln sind diese gefüllt worden, während andere noch Lücken aufweisen. Bei der Verwendung der Daten sollte man dies berücksichtigen. Es gibt keine Informationen darüber, welche Datenpunkte echte Messwerte sind und welche Schätzungen darstellen. Falls man diese Information benötigt, muss man diese aus den Daten mit drei Bogensekunden Auflösung herleiten.

SRTM 1 Bogensekunden Daten Abdeckung von Afrika mit Darstellung der Lücken
Lücken in den SRTM 1-Sekunden-Daten in Afrika

Die verwendete Methode zum Füllen der Lücken ist recht einfach und führt zu einer Reihe von Artefakten wie im folgenden Beispiel (aus N25E006). Die gezeigten Bilder sind die alten 3-Sekunden-Daten (mit sichtbaren Lücken), die neuen 1-Sekunden-Daten, die ASTER GDEM-Daten und die Daten von viewfinderpanoramas.org mit hochwertiger Füllung der Lücken.

SRTM3 Beispiel SRTM1 Beispiel ASTER GDEM Beispiel viewfinderpanoramas.org Beispiel
SRTM 3 Bogensekunden SRTM 1 Bogensekunde ASTER GDEM viewfinderpanoramas.org

Um die Auflösung zu beurteilen betrachte ich zunächst ein external linkGebiet mit relativ flachem Relief. Zum besseren Vergleich ist auch eine interpolierte Version der 3-Sekunden-Daten gezeigt.

SRTM3 Beispiel SRTM1 Beispiel ASTER GDEM Beispiel SRTM3 interpoliert
SRTM 3 Bogensekunden SRTM 1 Bogensekunde ASTER GDEM SRTM3 interpoliert

Der Auflösungsgewinn ist recht gering, es gibt ein paar feine Strukturen, die in der 3-Sekunden-Version nicht sichtbar und die nun erkennbar sind. Das selbe lässt sich jedoch auch für die ASTER-Daten sagen, obwohl hier der hohe Rauschhintergrund begrenzend wirkt. Der Auflösungsvorteil ist definitiv geringer, als man aufgrund der dreifachen linearen Gitterauflösung erwarten würde.

Sowohl ASTER GDEM als auch die hochauflösenden SRTM-Daten sind letztendlich in Gebieten mit geringen Höhenunterschieden in der Auflösung durch das Rauschen begrenzt. SRTM-Daten natürlich in geringerem Maß als ASTER GDEM, letztere zeigen jedoch auf der anderen Seite eine etwas verstärkte Zeichnung feiner Strukturen.

Etwas besser sieht dies in Bereichen mit stärkerem Relief aus. Das Gebiet external linkhier enthält einige steile Abfälle mit scharfen Kanten und wie man in den folgenden Beispielbildern sehen kann sind diese in den 1-Sekunden-Daten deutlich besser definiert.

SRTM3 Beispiel SRTM1 Beispiel ASTER GDEM Beispiel SRTM3 interpoliert
SRTM3 Beispiel SRTM1 Beispiel ASTER GDEM Beispiel SRTM3 interpoliert
SRTM 3 Bogensekunden SRTM 1 Bogensekunde ASTER GDEM SRTM3 interpoliert

In solchen Gebieten ist der Vorteil gegenüber ASTER GDEM auch klar erkennbar, denn bei letzterem ist zusätzlich die Positionsgenauigkeit in Gebieten mit großen Höhendifferenzen etwas eingeschränkt.

Zusammenfassung

Insgesamt bedeutet die höhere Gitterauflösung einen moderaten Vorteil gegenüber der früheren 3-Sekunden-Version. Wie wertvoll dieser ist hängt davon ab, wo man schaut und wofür man de Daten verwendet. Daneben enthalten die bereitgestellten Daten eine Reihe von Problemen, welche eine ganze Menge Bearbeitung erforderlich machen, um das Beste aus den verfügbaren Informationen herauszuholen. Für die meisten Zwecke sind diese Daten noch nicht direkt verwendbar.

Christoph Hormann, September 2014

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