GIM2 – Viikko 2

Heippa!

Tällä viikolla aiheena olivat korkeusmallit ja hydrologinen mallinnus. Korkeusmalleja on monenlaisia, mm. DEM eli digital elevation model, jolla useimmiten tarkoitetaan yleisintä grid-muotoista rasterimallia. DTM:llä eli digital terrain modelilla sen sijaan tarkoitetaan yleisesti kaikkia maanpintaa kuvaavia aineistoja. DSM:ssä eli digital surfice modelissa ovat mukana maanpinnan lisäksi mm. puut ja rakennukset. CHM eli canopy surfice model puolestaan on puuston pituusmalli. Itselleni aivan uusia sanoja tällä viikolla olivat konveksisuus ja konkaavius. Konveksisuudella tarkoitetaan korkeusprofiilin kuperuutta, eli pintavalunta tehostuu tällaisella pinnalla. Konkaavius sen sijaan on korkeusmallin koveruutta kuvaava käsite, eli pintavalunta hidastuu konkaavilla pinnalla. (Muukkonen, 2023)

Tesselaatio oli myös minulle uusi käsite. Sillä tarkoitetaan solujen peittämää pintaa, jossa solut eivät ole päällekkäin. Yleisimpiä tesselaatiotapoja on juuri tuo edellä mainittu rasterimuotoinen grid, sekä TIN, eli vektorikolmioihin perustuva korkeusmalli.  Korkeusmallin lähtöaineistona ovat yleensä joko pistemittaukset tai korkeuskäyrästö. Korkeuskäyrästön tapauksessa on hyvä käyttää myös tietoja ”kriittisten kohteiden” sijainnista (kuten korkeimmat kohdat), muuten tulee tasainen / keskiarvoistunut lopputulos. Korkeusmallista laskettavia tunnuslukuja ovat mm. rinteen jyrkkyys ja suunta, kuopat, ensisijainen tai satunnaistettu ensisijainen valumasuunta, sekä valuman leveys. Veden virtauksen malleissa on periaatteessa kahdenlaisia algoritmejä: single direction (SDA), jossa vesi voi virrata vain yhteen naapuriruutuun, ja multiple direction (MDA), jossa vesi voi virrata useampaan naapuriruutuun. Menetelmä antaa kuitenkin aina lähinnä teoreettiset uomat. (Holopainen ym., 2015)

Viikon harjoitus: Korkeusmallin tarkastelua

Tässä koottuna hieman metatietoja tämän viikon harjoituksessa käytetystä Kevon kanjonin DEMistä eli korkeusmallista.

• Projisoitu koordinaattijärjestelmä: EUREF FIN TM35FIN
• Korkeusmallin yksiköt: metrit
• Korkeusmallin spatiaalinen resoluutio: 2m x 2m
• Alueen koko: 6000 m eli 6 km
• Korkeimmillaan: 423 m
• Matalimmillaan 146 m

Kuva 1. Kevon kanjonin korkeusmalli.

Kuva 2. Kevon kanjoni vinovalovarjosteessa.

 

Kuva 3. Kevon kanjonin korkeuskäyrät (käyräväli 10m).

Metatietoihin tutustumisen jälkeen tutkailin DEMin lisäksi rinnevarjostetta ja korkeuskäyriä alueesta. Vertaillaanpa niitä. Kuvaa 1 tutkimalla voi huomata, että korkeusmallissa korkeuserot erottuvat varsin havainnollisesti (etenkin jos värit on valittu hyvin). Tässä tapauksessa tummanvihreä ja tummanruskea kertovat alueella olevan suuria korkeuseroja: tummanvihreät ovat matalimpia kohtia ja tummanruskeat korkeimpia. Vinovalovarjosteessa (kuva 2) erottuvat puolestaan tarkemmin maaston muodot. Kanjonin jyrkkyys tulee selvemmin esille, ja myös pieniä yksityiskohtia erottuu paljon enemmän kuin kuvassa 1. Korkeuskäyrät (kuva 3) tuovat esille myös yksityiskohtaisempaa tietoa kuin DEM (käyrien väli tässä on 10 metriä). Kanjonin jyrkkyys tulee siis tässäkin hyvin selkeästi esiin. Itseasiassa jyrkkyys on sitä tasoa, että 10 metrin käyrävälit sulautuvat paikoitellen toisiinsa ja lopputulos on hieman epäselvä.

Seuraavaksi tutkin rinteen jyrkkyyttä Slope-työkalulla. Tuloksena on alla oleva kuva 4. Kuvasta näkee, että jyrkkyys vaihtelee alueella paljon. Image informationia ArcGIS Prossa tutkiessa saa tietoonsa, että alueen jyrkkyys vaihtelee lähes tasaisista alueista enimmillään 79 astetta jyrkkiin rinteisiin.

Kuva 4. Kevon kanjonin rinteiden jyrkkyys.

Seuraavaksi loin rinteen suuntaa kuvaavan tason Aspect-työkalulla. Tuloksena on alla oleva hyvin psykedeelisen näköinen visualisointi. Eri värit kuvaavat tässä eri ilmansuuntia vasemman yläreunan taulukon mukaisesti.

Kuva 5. Kevon kanjonin rinnesuunnat.

 

Viikon harjoitus: Hydrologista mallinnusta

Tutkin myös alueen valuma-alueita (kuva 6, jossa myös mielestäni selkein jokiuomaesitys, josta lisää kohta). Valuma-alueet keskittyvät alueen pohjois- ja eteläpuolille. Moni valuma-alue näyttää myös epärealistisen pieneltä. Näin ollen epäilen, ettei tämä analyysi anna kovin realistista kuvaa Kevon kanjonin valuma-alueista. Tutkimalla Paikkatietoikkunan valuma-alue-karttatasoa näkeekin, että valuma-alueet ovat siinä hyvinkin erinäköisiä kuin tässä harjoituksessa saadut. Ne ovat suurempia ja halkovat aluetta, yhtyen jokiuoman keskellä (kuva 7).

Kuva 6. Kevon kanjonin korkeusmalli, uomat (sinisellä) sekä valuma-alueet (harmaalla).

Kuva 7. Kevon kanjonin alueen valuma-alueet (Paikkatietoikkuna)

 

Tutkin myös alueen uomia erilaisilla valunnan raja-arvoilla (kuvat 8-10). Kuvassa 8 on oletettu, että vain niistä pikseleistä, joihin virtaa vettä yli 2000 muusta pikselistä, muodostuu uoma. Kuvassa 9 oletusarvo on 10 000 pikseliä, ja kuvassa 10 oletus on 100 000 pikseliä. Mielestäni paras lopputulos on 10 000 pikseliä: siinä ei ole liikaa tai liian vähän uomia, joten lopputulos näyttää varsin selkeältä ja havainnolliselta. Uomat näyttävät näissä kaikissa kuitenkin mielestäni varsin loogisilta, seuraten paljolti maaston muotoja.

Kuva 8. Uomat, oletusarvo 2000 pikseliä

Kuva 9. Uomat, oletusarvo 10000 pikseliä

Kuva 10. Uomat, oletus 100000 pikseliä.

 

Lähteet:

Holopainen et al. (2015). Geoinformatiikka luonnonvarojen hallinnassa. Helsingin yliopiston metsätieteiden laitoksen julkaisuja 7

https://kartta.paikkatietoikkuna.fi/

Muukkonen, Petteri (2023). Geoinformatiikan menetelmät 2. Luentosarja Helsingin yliopistossa