Trasformazione di Sistemi di Riferimento e rigrigliatura di un DTM: l

XV meeting degli utenti italiani di
GRASS e GFOSS
Palermo, 12 - 14 febbraio 2014
Polo Territoriale di Como
Laboratorio di Geomatica
Trasformazione di Sistemi di
Riferimento e rigrigliatura di un DTM:
l'approccio inverso utilizzando
GRASS
Ludovico Biagi, Laura Carcano, Marco Negretti
[email protected]
Unificare DTM
2
✔ Problema generale: unificare DTM con
caratteristiche diverse
➢ diversa risoluzione
➢ diverso Sistema di Riferimento
✔ Convergere verso un unico S.R. e risoluzione
➢ rigrigliatura del DTM
✔ Ad esempio
➢ DTM transfrontalieri
Riproiettare un DTM in un altro S.R.
3
✔ Trasformazione di un DTM dal suo sistema di
riferimento ad un altro
➢ trasformazione delle coordinate planimetriche di
ogni nodo
 lista di punti, trasformati nelle coordinate X,Y con le
relative quote
 distribuiti in modo quasi regolare, ma non possono
comunque essere utilizzati come nodi della griglia
nel nuovo sistema di riferimento
➢ rigrigliare il DTM
Rigrigliare un DTM
4
✔ È quindi necessario "rigrigliare" il DTM sui nodi
della griglia del nuovo S.R.
➢ ottenere la quota in corrispondenza di nodi del
DTM finale
Punti nel S.R. finale
(Nodi del S.R. iniziale)
Nodi del S.R. finale
Rigrigliare un DTM
5
✔ Due approcci:
1. Trasformazione Diretta
 la trasformazione di coordinate applicata ai nodi del
S.R. iniziale => punti nel S.R. finale
 interpolare le quote sui nodi del S.R. finale
Punti nel S.R. finale
(Nodi del S.R. iniziale)
con quota nota
Nodi del S.R. finale
in corrispondenza dei
quali si interpola la
quota
Rigrigliare un DTM
6
✔ Due approcci:
1. Trasformazione Diretta
 la trasformazione di coordinate applicata ai nodi del
S.R. iniziale => punti nel S.R. finale
 interpolare le quote sui nodi del S.R. finale
➢ Interpolazione
 bilineare, bicubica
➢ Problemi:
 punti maldisposti
 processo di selezione dei punti da utilizzare
potenzialmente dispendioso
Rigrigliare un DTM
7
✔ Due approcci:
2. Trasformazione Inversa
 la trasformazione di coordinate applicata ai nodi del
S.R. finale => punti nel S.R. iniziale
 interpolo le quote per ottenere i valori in
corrispondenza dei punti
Punti nel S.R. iniziale
(Nodi del S.R. finale)
con quota
da calcolare
Nodi del S.R. iniziale
con quota nota
Rigrigliare un DTM
8
✔ Due approcci:
2. Trasformazione Inversa
 la trasformazione di coordinate applicata ai nodi del
S.R. finale => punti nel S.R. iniziale
 interpolo le quote per ottenere i valori in
corrispondenza dei punti
➢ Interpolazione
 bilineare, bicubica
➢ Vantaggi:
 interpolo a partire da un grigliato regolare e non da
punti sparsi
 esecuzione potenzialmente più veloce
Caso studiato
✔ Progetto HELI-DEM: unione DTM
➢ Lombardia
 S.R. Roma40 Cartografiche
 risoluzione: 20m
➢ Svizzera
 ETRF 2000 Geografiche
 risoluzione: 1"
➢ Piemonte
 ETRF89 Cartografiche
 risoluzione: 50m
➢ FINALE
 ETRF 2000 Geografiche
 risoluzione: 0"76 (circa 20m)
9
Caso studiato
10
✔ Realizzazione script in Matlab
➢ conversione planimetrica utilizzando i parametri
precisi IGM
➢ realizzazione trasformazione diretta e inversa
✔ Valutare l'implementazione di procedure simili
con GRASS 7.0
➢ confronto dei risultati ottenuti con i DTM generati
con Matlab
r.proj
11
✔ GRASS utilizza le librerie PROJ4
➢ r.proj
 -104.1, -49.1, -9.9, 0.971, -2.917, 0.714, -11.68
Italy (Peninsular Part) Accuracy 3-4m
 -168.6, -34.0, 38.6, -0.374, -0.679, -1.379, -9.48
Italy (Sardinia) Accuracy 3-4m
 -50.2, -50.4, 84.8, -0.690, -2.012, 0.459, -28.08
Italy (Sicily) Accuracy 3-4m
➢ diversi metodi di interpolazione a disposizione
 nearest neighbor - prossimo più vicino
 linear interpolation - interpolazione lineare
 cubic convolution - interpolazione bicubica
 lanczos
➢ trasformazione diretta o inversa?
r.proj
✔ GRASS
➢ r.proj
➢ trasformazione diretta o inversa?
12
r.proj
✔ GRASS
➢ r.proj
➢ trasformazione inversa!
13
Trasformazione Lombardia andata-ritorno
✔ da R40 a ETRF
✔ da ETRF a R40
✔ Le differenze tra i
due DTM in R40
intervallo
-200 -50
-50 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 50
50 130
numero punti %sul totale
8
0.00%
36168
0.12%
1140256
3.80%
6658123
22.17%
14242338
47.43%
6786972
22.60%
1132603
3.77%
33247
0.11%
9
0.00%
92.2%
Metodo di interpolazione: bicubica
14
Trasformazione Lombardia andata-ritorno
✔ da R40 a ETRF
✔ da ETRF a R40
15
Confronto
✔ Le differenze tra i
due DTM in R40
intervallo
-200 -50
-50 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 50
50 130
numero punti %sul totale
8
0.00%
36168
0.12%
1140256
3.80%
6658123
22.17%
14242338
47.43%
6786972
22.60%
1132603
3.77%
33247
0.11%
9
0.00%
GRASS
92.2%
intervallo
-211 -50
-50 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 50
50 223
numero punti %sul totale
14
0.00%
260471
0.86%
6777455
22.29%
5733835
18.86%
6006062
19.76%
5192621
17.08%
6184996
20.35%
244582
0.80%
12
0.00%
altro SW GIS closed
source
Metodo di interpolazione: bicubica
55.7%
Confronto GRASS - Matlab
✔ da R40 a ETRF
➢ Lombardia
intervallo
-94 -10
-10 -5
-5 -1
-1-0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 10
10 67
numero punti %sul totale
17112
0.05%
86857
0.25%
5453783
15.60%
7858795
22.48%
8089861
23.14%
7897032
22.59%
5455906
15.61%
85077
0.24%
17008
0.05%
68.2%
Errori di trasformazione
planimetrica
(utilizzo di parametri
nazionali)
Metodo di interpolazione: bicubica
16
17
Confronto GRASS - Matlab
✔ da R40 a ETRF
Confronto
➢ Lombardia
intervallo
-94 -10
-10 -5
-5 -1
-1-0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 10
10 67
numero punti %sul totale
17112
0.05%
86857
0.25%
5453783
15.60%
7858795
22.48%
8089861
23.14%
7897032
22.59%
5455906
15.61%
85077
0.24%
17008
0.05%
GRASS
68.2%
intervallo
-114 -50
-50 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 50
50 112
numero punti %sul totale
9
0.00%
310397
0.89%
7152553
20.46%
5521491
15.79%
6715196
19.21%
6429590
18.39%
8496331
24.30%
339932
0.97%
3
0.00%
altro SW GIS closed
source
Metodo di interpolazione: bicubica
53.4%
Confronto GRASS - Matlab
✔ da R40 a ETRF
➢ Lombardia
➢ griglie per la
conversione
(Datum shift grids)
intervallo
-36 -10
-10 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 10
10 38
numero punti %sul totale
14991
0.04%
40570
0.12%
207677
0.59%
5297450
15.15%
24230610
69.30%
4939115
14.13%
183465
0.52%
34231
0.10%
15263
0.04%
98.6%
Metodo di interpolazione: bicubica
18
Confronto GRASS - Matlab
✔ da ETRF carto a ETRF geografiche
➢ Piemonte
intervallo
-11 -10
-10 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5 10
10 13
numero punti
5
375
292860
4300062
16139353
4218518
295427
425
10
%sul totale
0.00%
0.00%
1.16%
17.03%
63.93%
16.71%
1.17%
0.00%
0.00%
97.7%
Metodo di interpolazione: bicubica
19
Confronto GRASS - Matlab
20
✔ da risoluzione 1" a 0".72
➢ Svizzera
intervallo
-7 -5
-5 -1
-1 -0.1
-0.1 0.1
0.1 1
15
5-7
numero punti %sul totale
9
0.00%
29945
0.08%
4486510
11.66%
29469835
76.60%
4456666
11.58%
30384
0.08%
9
0.00%
99.8%
Metodo di interpolazione: bicubica (r.resamp.interp)
Conclusioni
21
✔ Verificato il buon funzionamento del comando
r.proj
✔ Interessante verifica per risoluzioni diverse
➢ DTM ad alta risoluzione (1m)
✔ Controllare le aree con gli errori maggiori
(zona del Garda)
GRAZIE!!!
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
22

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