SRTM – Shuttle Radar Topography Mission

 

• 2000 februárban, az Endeavour űrrepülőgép küldetése során végezték a méréseket

• SAR elven működik

• Két érzékelő antenna

• Nem tételezi fel, hogy a felszín sík

• Az adatok feldolgozásával domborzati modell keletkezik

Az adatrendszer csaknem az egész Földre ingyenesen elérhető, 3" x 3" (kb. 90m x 90m) képpontmérettel.

 

 

A Föld domborzatának pontos, műholdas méréseken alapuló és nagyjából globális felmérése meglepően későn kezdődött el. Egy ideig igaz volt az az állítás, hogy a Mars felszínét globálisan pontosabban ismertük, mint a Földét. Ezen a helyzeten nyilvánvalóan változtatni kellett, hiszen a domborzat pontos ismerete nemcsak a geomorfológia (földfelszín-alaktan), de a geológia, a negyedkor-kutatás, a montanisztika mellett mérnöki és katasztrófa-elhárítási (pl. árvízvédelmi) jelentőséggel is bír. Mint később látni fogjuk, az adatok polgári életben is tág alkalmazást nyertek.

Az amerikai NASA (National Aeronautics and Space Administration) 1996-ban kezdte meg az SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) programot, amelynek célja a Föld felszíne mintegy 80%-ának digitális domborzati térképezése volt, az űrrepülőgép fedélzetén elhelyezett radarrendszer felhasználásával. A programot hosszú ideig készítették elő, ami nemcsak az olasz és német partnerek műszereinek integrálásához volt szükséges, hanem számos technikai problémát is le kellett küzdeni, például a fedélzeti adattárolás terén.

Halasztás után az Endeavour űrrepülőgépet, fedélzetén a méréshez szükséges berendezésekkel (1. ábra) 2000. február 11-én bocsátották fel. A teljes mérési kampány 11 napig tartott. Az űrbeli mérést kiterjedt felszíni GPS-mérésekkel és adott pozíciókon mesterséges visszaverő felületek elhelyezésével is támogatták. A mérést követő adatfeldolgozás 18 hónapot vett igénybe, amelyet az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma (US Department of Defense) intézménye, a NIMA (National Imagery and Mapping Agency) fővállalkozásában végeztek. A NASA és a NIMA közötti 2003-as együttműködési megállapodásnak megfelelően, a NASA engedélyével, az Egyesült Államok geológiai szolgálata, az USGS (United States Geological Survey) archiválja, és a világhálón elérhetővé teszi az adatokat. Fontos megjegyezni, hogy a díjmentes közzététel az Egyesült Államok állami kutatásfinanszírozásának egyik alapelve, melynek köszönhetően nemcsak az itt ismertetendő domborzati adatok, de számos más adatforrás (pl. űrfelvételek) is díjmentesen hozzáférhetőek.

A projekt során a térképezett terület digitális domborzati modellje két felbontásban készült el: a pontosabbnak 1 szögmásodperc, a kevésbé részletesnek 3 szögmásodperc a felbontása, amely utóbbi is tízszeres javulást jelent az addig elérhető legpontosabb globális domborzatmodellhez, a GTOPO30-hoz (GLOBE Task Team et al., 1999) képest (Farr & Kobrick, 2000; Rabus et al., 2003).

A részletes modellt csak az Egyesült Államok területére publikáltak, míg a világ többi részére a 3 szögmásodperc felbontású modellt tették nyilvánossá fokozatosan 2003. év végéig. A térségünket leginkább érintő Eurázsia-adatblokkot első verziójában 2003. november 1-jén publikálták az Interneten. Ezzel tágabb térségünket is ábrázoló olyan publikus adatbázis jött létre, amelynek létét és használhatóságát minden földtudománnyal vagy térinformatikával foglalkozó szakembernek célszerű ismerni.

 

A felhasznált technológia

A mérés során, az űrrepülőgép fedélzetén elhelyezett radarberendezést használtak. Mivel az űrrepülőgépek pályainklinációja 57 fok, a leképezés a poláris területeket nem érinti, így az SRTM-program keretében térképezhető és térképezett terület a 60  fokos északi, illetve az 57 fokos déli szélességi körök közötti régióra terjed ki. Ez a választás azért volt célszerű, mert így az Antarktisz kivételével az összes déli kontinens domborzata teljes egészében belekerült a felmérésbe. Az Északi-féltekén ezt a nagyon magas szélességekig felnyúló félszigetek és szigetek miatt csak nagyon magas pályahajlással (és ennek megfelően az űrrepülőgépénél lényegesen hosszabb misszióidővel) lehetett volna elérni. A 60 északi szélességi fokik nyúló adatrendszer nem tartalmazza tehát pl. Finnország, a Skandináv-félsziget jelentős részének domborzatát.

 A mérés 5,6 centiméter hullámhosszúságú radarjelekkel történő radar-interferometrián alapul. A jeleket két csatornán, a C- és az X-sávon vették. Az eredetileg német–olasz fejlesztésű, X-sávon működő berendezésnek kissé jobb a felbontása, azonban a repülési pályához, a satellite-vonalhoz képest csak negyedakkora szélességű sávot tud végigpásztázni, mint a 225 km-t átfogó C-sávos műszer. Az interferenciát két, egymástól fix 60 méteres távolságban elhelyezett vevő biztosítja: a nyitott űrrepülőgépből egy 60 méteres rögzített tartószerkezet nyúlt ki, amelynek végén volt a másik érzékelő (2. ábra). Az adatokat az űrrepülőgép fedélzetén rögzítették, így rádió-telemetriára nem volt szükség (Werner, 2001).

Az űrbeli méréseket mintegy 70000 kilométer hosszban, GPS-műszerekkel végzett geodéziai szelvényezés egészítette ki, amely a modell vertikális pontosságát volt hivatva megállapítani és javítani. Emellett a vízszintes pontosság ellenőrzésére és javítására, különösen ritkán lakott területeken, fix  pozíciókon jó visszaverő felületű lapokat helyeztek el, amelyek a radarfelvételeken jól láthatóak, és földi illesztőpontokként jól lehetett használni azokat.

 

Az elérhető adatok

Az eredményként kapott, 3 szögmásodperc felbontású (ill. az USA területét ábrázoló 1 szögmásodperc felbontású) adatok az Interneten bárki számára hozzáférhetők. Eredetileg az adatok földrajzi körzetek, kontinensek szerint voltak csoportosítva (kisebb, 30 szögmásodperc felbontású adatok is elérhetők egy alkönyvtárban). A klasszikus, a 2003-as publikáláskor használt formátum az adatokat alapvetően foktrapézokra bontotta mind a 3 szögmásodperces, mind az USA terülére elérhető 1 szögmásodperces adatoknál. Egy-egy állomány 1 fok x 1 fok kiterjedésű foktrapéz adatait tartalmazza a széleken átfedéssel. A (a height [= magasság] szóból eredő) *.hgt kiterjesztésű állományok a 3 szögmásodperces adatoknál foktrapézonként 1201x1201 pixelt tartalmaztak, míg az 1 szögmásodperces adatok értelemszerűen 3601x3601 képpontot. Egy képpont 2 byte-os egész számábrázolásban van tárolva, a nagyobb helyértékű byte van elöl. A hálózat tehát az ellipszoidi koordináták mentén egyenközű, az alkalmazott alapfelület a WGS84 földi ellipszoid. Az adatfájlok nevében megadott földrajzi szélességi és hosszúsági fokértékek az ábrázolt foktrapéz délnyugati sarkának – pontosabban a délnyugati sarokpixel középpontjának – koordinátáit jelentik. A pixelértékek – az alább tárgyalt kivételekkel – a magasságadatokat tartalmazzák.

A magasságok a szintezett magasság becslései, amelyek a mérésekből származtatott WGS'84 ellipszoidi magasság és egy globális modellből vett helyi geoidunduláció-érték különbségeként álltak elő. Az 1 szögmásodperc felbontású adatok csak külön megállapodás alapján és komoly biztonsági előírások betartása mellett férhetők hozzá, ill. vásárolhatók meg. Az adatok használatakor figyelembe kell  vennünk, hogy azok radar-technológia használatával készültek. Vízfelületekről – az elkerülhetetlen hullámzás hatása miatt – bizonytalan jelek érkeznek, emiatt a tengereken és tavakon, illetve folyókon hamis adatok jelennek meg. Ezek egy részét a feldolgozás során kiszűrték, és e pixeleknek NULL értéket (számszerűen 32768-at) adtak. Hasonló NULL értéket kapott számos hegyvidéki pixel is, leginkább az olyan mély völgyek területén, amelyek a felvételi geometriából adódóan radarárnyékban voltak, és ahonnan nem érkezett visszavert radarjel. Értelemszerűen magasabb hegyvidékeken gyakoribb az emiatt bekövetkezett adathiány. Szükség esetén más, gyengébb felbontású modellből pótolhatjuk az itt hiányzó értékeket.

Az 5,6 centiméter hullámhosszú rádiójelek nem hatolnak át a sűrű vagy akár a közepes sűrűségű  lombozaton, és természetesen visszaverődnek az épületek szilárd tetőzetéről, burkolatáról. Így a magasságértékek az 5,6 centiméteres hullámhosszú elektromágneses jel számára reflektorként viselkedő réteg szintezett magasságát adják: városokban, erdők területén az épületek, a fák magassága is megjelenik az adatokban! Az erdők fáinak magasság-többlete – az átlagos famagasság megbecslésével – szintén ingyenesen, szabadon hozzáférhető, bár az SRTM-mérésnél 8–11 évvel korábban készült Landsat TM űrfelvételek segítségével bizonyos mértékig korrigálható.

 

Az SRTM domborzati modell alkalmazása a geomorfológiában

Az adatbázis tág lehetőségeket nyit geomorfológiai vizsgálatokra. Távoli, külföldi területek jó felbontású domborzati modelljei csak kevés ország esetén és nagy költséggel voltak elérhetők, most viszont mindezekhez egyszerűen és ingyen hozzájuthatunk.

Hasonlóan új távlatok nyílnak a hazai alkalmazások esetén is. Hegy- és dombvidékeken (amennyiben a pontos felszínmagasság nem alapkövetelmény) az ingyenes SRTM-adatok jó alternatívát kínálnak (3. ábra). Még inkább újszerű az alkalmazás lehetősége az alföldi területeken. Szintvonal-alapú nagyfelbontású domborzat modellek ugyan elérhetők ilyen területekre is (Timár, 2003), azonban ezek az adatok nagyon drágák. Az SRTM-adatok (eltekintve az épületek és erdőrészletek magasságától) pontosabbak az eddigi, hasonló, pl. a Posta Kísérleti Intézete által fejlesztett (Koós, 1996) vízszintes felbontású modelleknél, és lényegesen jobb adatokat szolgáltatnak az Alföldről, mint pl. a HM Térképészeti Kht. 5–10 méteres alapszintvonalak felhasználásával készített DDM termékei – arról nem is szólva, hogy a határon túli területekre is elérhetőek (4. ábra). Itt elérkeztünk az SRTM domborzati modell egyik legfontosabb – ha nem a legfontosabb – előnyös tulajdonságához:  az adatbázis ország- sőt kontinens-független, hibatartományát kizárólag a felszín helyi reliefje, illetve – ahogy már említettük – kismértékben a növényzet határozza meg. Fontos, hogy a pontossága attól sem függ, hogy a térképezett terület sűrűn lakott (ezért gyakran felvételezett) vagy éppen ritkán lakott, nehezen megközelíthető régióról van szó.

Korábban, az utóbbi jellegű területek (pl. Afrika) domborzati modelljeit jelentős hibák terhelték, ezért kontinensnyi területeket átívelő elemzések kivitelezése, illetve a más térségekben készült digitális

geomorfológiai tanulmányok helyi adaptálása sokszor nehézségekbe ütközött.

Az SRTM-adatok alapján készült digitális domborzat modellek viszont jó lehetőséget nyújthatnak a kvantitatív geomorfológiai törvények érvényességének ellenőrzésére, paramétereik meghatározására.

Itt elsősorban a Horton (1945), és később Strahler (1952), majd Shreve (1966) nyomán kibontakozó

vízgyűjtő-analízist említhetjük, amely az egyes vízfolyás-szakaszok rendűsége, meredeksége, hossza, lokális vízgyűjtőterülete, vízhozama közötti kapcsolatokat jellemzi (pl. Tarboton et al., 1991). Az SRTM globális jellegéből fakadó előny, hogy ezeket a törvényeket azonos felbontás, azonos vizsgálati módszerek alkalmazásával akár egy kisebb kutatócsoport is megvizsgálhatja sokféle éghajlati és litológiai adottságú területen, így egységes adatbázis állítható össze, amelyből megalapozott következtetések vonhatók le a paramétereket meghatározó tényezők tekintetében. A felszínalaktani kutatások egyik kedvenc témaköre a különféle geomorfológiai szintek keresése. A domborzat modellek alapján szerkesztett hipszografikus görbék segítségével ezeknek a szinteknek a létét vagy éppen hiányát lehet feltérképezni. A magassági eloszlások természetesen tetszőlegesen lehatárolható területegységekre könnyen megkaphatók, illetve bizonyos esetekben arra is lehetőség nyílik, hogy a magassági eloszlást akár a digitális domborzat modellből levezethető formacsoportokra (pl. gerinchálózatra, völgyoldalakra, völgytalpakra stb.) határozzuk meg (pl. Ribolini,  2000; Székely, 2001).

 

Összefoglalás

Az űrtechnológia bázisán fejlesztett részletes, globális domborzat modell, az SRTM egyveretű, országokon átívelő adatbázis, amely független az egyes nemzeti geodéziai szolgálatok adataitól, módszereitől, vetületi rendszereitől. A radartechnika jelentette korlátokat természetesen az értelmezéskor figyelembe kell venni: a magassági adatok tartalmazzák az épületek, erdők, gátak stb. magasságát is. Hegyvidéki területeken ez kevéssé zavaró, azonban a kis természetes magasságkülönbségű alföldi területeken e hatások korrekcióba vétele szükséges. Az adatbázis ingyenesen, szabadon hozzáférhető, ezáltal kitűnő és költségkímélő lehetőséget nyújt mind a hazai tájak, mind pedig távoli területek geomorfológiai vizsgálatához.

 

 

 

Az SRTM domborzati modell a Budapest környékéről