digitalni model reljefa u analizi geomorfometrijskih parametara

198 Pages·2013·14.52 MB·Croatian

PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET
GEOGRAFSKI ODSJEK

Ante Šiljeg

DIGITALNI MODEL RELJEFA U ANALIZI
GEOMORFOMETRIJSKIH PARAMETARA
– PRIMJER PP VRANSKO JEZERO

DOKTORSKI RAD

Zagreb, 2013.
FACULTY OF SCIENCE
DEPARTMENT OF GEOGRAPHY

Ante Šiljeg

DIGITAL TERRAIN MODEL IN THE
ANALYSIS OF GEOMORPHOMETRICAL
PARAMETERS – THE EXAMPLE OF
NATURE PARK LAKE VRANA

DOCTORAL THESIS

Zagreb, 2013
PRIRODOSLOVNO-MATEMATIČKI FAKULTET
GEOGRAFSKI ODSJEK

Ante Šiljeg

DIGITALNI MODEL RELJEFA U ANALIZI
GEOMORFOMETRIJSKIH PARAMETARA
– PRIMJER PP VRANSKO JEZERO

DOKTORSKI RAD

Mentor: dr. sc. Sanja Lozić, doc.

Zagreb, 2013.
FACULTY OF SCIENCE
DEPARTMENT OF GEOGRAPHY

Ante Šiljeg

DIGITAL TERRAIN MODEL IN THE
ANALYSIS OF GEOMORPHOMETRICAL
PARAMETERS – THE EXAMPLE OF
NATURE PARK LAKE VRANA

DOCTORAL THESIS

Supervisor: Sanja Lozić, PhD, Assist. Prof.

Zagreb, 2013
Doktorski rad predložen Geografskom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta
Sveučilišta u Zagrebu radi stjecanja akademskog stupnja doktora znanosti u području
interdisciplinarnih znanosti, znanstveno polje geografija, znanstvena grana primijenjena
geografija.
Ovaj doktorski rad izrađen je na Geografskom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta
Sveučilišta u Zagrebu u sklopu Poslijediplomskog doktorskog studija Geografske osnove
prostornog planiranja i uređenja. Istraživanje je provedeno u okviru znanstvenog projekta
Hrvatski priobalni krški prostor – geomorfološke i ekološke značajke 269-2693084-3083
(voditelj prof. dr. sc. Dražen Perica) provođenog uz potporu Ministarstva znanosti,
obrazovanja i športa Republike Hrvatske.
TEMELJNA DOKUMENTACIJSKA KARTICA

Sveučilište u Zagrebu Doktorski
rad
Prirodoslovno-matematički fakultet
Geografski odsjek

DIGITALNI MODEL RELJEFA U ANALIZI GEOMORFOMETRIJSKIH
PARAMETARA – PRIMJER PP VRANSKO JEZERO

Ante Šiljeg

Jedan od najvažnijih zadataka geomorfometrije je izrada i analiza digitalnog modela
reljefa. Upravo o digitalnom modelu reljefa, koji ima više specifičnih primjena, kao što su
predviđanja, procjene rizika, donošenje odluka u upravljanju okolišem itd., ovise izlazni
rezultati. Cilj istraživanja je, usporedbom 9 determinističkih i 8 geostatističkih metoda
interpolacije, odabrati najprikladnije interpolatore za potrebe geomorfoloških istraživanja. Za
izradu modela i usporedbu metoda interpolacije korištena su tri skupa visinskih podataka koji
su dobiveni različitim metodama, tehnikama i procedurama prikupljanja podataka:
batimetrijskom izmjerom, aerofotogrametrijskom izmjerom i stereorestitucijskom obradom i
vektorizacijom izohipsi s HOK-a. Za odabir najboljih metoda interpolacije korišteno je 8
statističkih parametara, grafički prikazi (dvodimenzionalni i trodimenzionalni), izračun i
usporedba profila i mjere strukture za odabrani geomorfometrijski parametar (nagib). Utvrđen
je utjecaj vertikalne raščlanjenosti, gustoće uzoraka, veličine piksela, metoda interpolacije
(tehnika), vertikalne rezolucije i algoritama na izlazne rezultate digitalnih analiza reljefa.
Izrađena je prva batimetrijska karta Vranskog jezera u Republici Hrvatskoj na temelju
batimetrijske izmjere pomoću RTK-GPS i jednosnopnog dubinomjera. Prikazani su novi
znanstveno-metodološki utemeljeni podatci o batimetrijskim značajkama, površini i
volumenu Vranskog jezera.

(187 stranica, 103 grafička priloga, 39 tablica, 288 bibliografskih referenci, 8 izvora podataka,
3 internetska izvora podataka; izvornik na hrvatskom jeziku)

Ključne riječi: digitalni model reljefa, determinističke i geostatističke metode interpolacije,
geomorfometrijski parametri, GIS, metode prikupljanja podataka, prostorna rezolucija, Park
prirode Vransko jezero

Mentor: dr. sc. Sanja Lozić, doc.

Povjerenstvo: dr. sc. Mladen Pahernik, doc., dr. sc. Danijel Orešić, izv. prof., dr. sc.
Aleksandar Toskić, izv. prof., dr. sc. Nenad Buzjak, doc.

Rad prihvaćen: 4. lipnja 2013. godine

Rad je pohranjen u: Središnjoj geografskoj knjižnici na Geografskom odsjeku
Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, Marulićev trg 19/II, Zagreb i u
Nacionalnoj i sveučilišnoj knjižnici u Zagrebu, Ulica Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb.
BASIC DOCUMENTATION CARD

University of Zagreb Doctoral Thesis
Faculty of Science
Department of Geography

DIGITAL TERRAIN MODEL IN THE ANALYSIS OF GEOMORPHOMETRICAL
PARAMETERS – THE EXAMPLE OF NATURE PARK LAKE VRANA

Ante Šiljeg

One of the most important tasks of geomorphometry is the development and analysis of
digital terrain models. The model - which can be used for various purposes, such as
predictions, risk calculations, decision making in environmental management etc. – is the
main factor which determines the quality of the output results. The aim of this research is to
determine the optimal interpolators for the purpose of geomorphological researches, by the
means of comparison of 9 deterministic and 8 geostatical methods of interpolation. For the
model development and interpolation method comparison, three sets of height data are used,
which are acquired by various methods, techniques and procedures: bathymetric
measurements, aerial survey (aerophotogrammetry), stereo-restitution analysis and
vectorization of contour lines from the HOK database. For the selection of the best methods
of interpolation, 8 statistical parameters and graphical representations (two-dimensional and
three-dimensional) are used. The research aims to explain the effects of relief of the terrain,
sample density, pixel size, methods (techniques) of interpolation, vertical resolution and
algorithms in relation to the output results. The bathymetric map of Lake Vransko presented
in this thesis is based on bathymetric surveys using RTK-GPS and singlebeam echosounder.
It is also the first bathymetric map made using this methodology in Croatia. The new data on
bathymetric features, surface and volume of Lake Vransko are presented in the thesis.

(187 pages, 103 figures, 39 tables, 288 references, 8 data sources, 3 internet sources; the
original is in Croatian language)

Key words: digital terrain model, deterministic and geostatistical interpolation methods,
geomorphometrical parameters, GIS, data gathering methods, spatial resolution, nature park
Lake Vrana

Supervisor: Sanja Lozić, PhD, Assist. Prof.

Reviewers: Mladen Pahernik, PhD, Assist. Prof., Danijel Orešić, PhD, Assoc. Prof.,
Aleksandar Toskić, PhD, Assoc. Prof., Nenad Buzjak, PhD, Assist. Prof.

Thesis accepted: 4 June, 2013

Doctoral thesis is deposited in: Central Geographical Library, Faculty of Science, University
of Zagreb, Marulićev trg 19/II, Zagreb, Croatia and in Nacional and University Library, Ulica
Hrvatske bratske zajednice 4, Zagreb, Croatia.
ZAHVALA

Zahvaljujem svojoj mentorici i prijateljici doc. dr. sc. Sanji Lozić na usmjeravanju,
savjetima, pomoći i podršci tijekom pisanja moje doktorske disertacije.
Zahvaljujem članovima povjerenstva za ocjenu i obranu doktorske disertacije prof. dr. sc.
Danijelu Orešiću, prof. dr. sc. Aleksandru Toskiću i doc. dr. sc. Mladenu Paherniku na
stručnim savjetima i susretljivosti.
Hvala i djelatnicima PP Vransko jezero na ustupljenim podatcima bez kojih bi izrada ove
disertacije bila otežana, te Geodetskom uredu Teodolit, posebno kolegi Marku Fabuliću na
stručnim savjetima i ustupljenoj opremi kojom je izvršeno istraživanje.
Veliko hvala mojim profesorima, radnim kolegama i prijateljima prof. dr. sc. Martinu
Glamuzini, prof. dr. sc. Draženu Perici, prof. dr. sc. Željki Šiljković, prof. dr. sc. Branku
Cavriću na prenesenom znanju, potpori i poticaju mojem znanstvenom radu.
Hvala svim mojim dragim prijateljima na podršci i beskrajnom povjerenju, a posebno
prijateljici Ivani Soče na objašnjenju svih matematičkih formula i pojmova.
Veliko hvala i mojim dragim roditeljima, bratu i sestri na potpori, podršci i vjeri u moj uspjeh.
Na kraju, najveće hvala mojim ljubavima, sinu Karlu i supruzi Silviji na svakom radosnom
trenutku koji su mi pružili tijekom pisanja moje doktorske disertacije.
Digitalni model reljefa u analizi geomorfometrijskih parametara – primjer PP Vransko jezero Ante Šiljeg
SADRŽAJ

1. UVOD.....................................................................................................................................1
1.1. Ciljevi istraživanja ........................................................................................................ 6
1.2. Temeljne hipoteze istraživanja .................................................................................... 7
1.3. Pregled dosadašnjih istraživanja ................................................................................ 7
2. TEORIJSKA OSNOVA ..................................................................................................... 15
2.1. Digitalni model reljefa (digital terrain model) .......................................................... 15
2.2. Metode i tehnike prikupljanja podataka za izradu DMR ...................................... 16
2.3. Osnovne strukture organizacije visinskih podataka ............................................... 20
3. METODE ISTRAŽIVANJA..............................................................................................22
3.1. Interpolacija ................................................................................................................ 22
3.1.1. Determinističke metode interpolacije .................................................................... 23
3.1.1.1. Triangulacijska nepravilna mreža (triangulated irregular network) .............. 23
3.1.1.2. Inverzna udaljenost (inverse distance weighting) .......................................... 24
3.1.1.3. Prirodni susjed (natural neighbor) ................................................................. 26
3.1.1.4. Lokalna polinomna interpolacija (local polynomial interpolation) ............... 27
3.1.1.5. Radijalne osnovne funkcije (radial basis functions) ...................................... 29
3.1.1.6. ANUDEM (Australian National University DEM) ili Topo to raster............ 30
3.1.2. Geostatističke metode interpolacije ....................................................................... 31
3.1.2.1. Kriging ............................................................................................................ 32
3.1.2.2. Kokriging (cokriging) ..................................................................................... 39
3.2. Određeni interpolacijski programi i moduli ............................................................ 40
3.3. Metode usporedbe i procjene kvalitete interpolacijskih metoda ........................... 41
3.4. Metode određivanja veličine ćelije (piksela) DMR .................................................. 43
3.5. Metode batimetrijskog istraživanja .......................................................................... 45
3.6. Metode vektorizacije .................................................................................................. 46
3.7. Izrada DMR-a ............................................................................................................. 46
4. BATIMETRIJSKO ISTRAŽIVANJE..............................................................................47
4.1. Metode i tehnike batimetrijske izmjere .................................................................... 48
4.1.1. Jednosnopni dubinomjeri ....................................................................................... 48
4.1.2. Višesnopni dubinomjeri ......................................................................................... 49
4.1.3. Zračni laserski dubinomjeri ................................................................................... 50
4.2. Princip rada dubinomjera ......................................................................................... 51
4.3. Plan batimetrijske izmjere ......................................................................................... 52
1