Konstruksiemetodes vir digitale terreinmodelle

Verskeie metodes vir die konstruksie van digitale terreinmodelle kom in die literatuur voor. Hoewel die basis van al die metodes een of ander interpolasietegniek is, is die wyse waarop die brondata hanteer word en die aard van die digitale terreinmodel belangrik in die keuse van `n metode. Beide raster- en vektorgebaseerde metodes word gebruik, maar reëlmatige ruitnette en Delauney-driehoeke is die meer algemene vorms van digitale terreinmodelle (Carrara et al., 1997:452). Die gebruik van reëlmatige ruite om oppervlakke voor te stel, is `n metode wat in die vyftigerjare van die vorige eeu saam met rekenaartegnologie ontwikkel is (McCullagh, 1998:99) en daar bestaan vele metodes om `n raster DTM van planimetriese data te konstrueer. Delaunay-triangulasie, `n proses wat reeds vroeg in die 20e _{eeu ontwikkel is, is deur}

onder andere McCullagh en Ross (1980) aangepas vir geoutomatiseerde kartering. In die proses word gebruik gemaak van die verwantskap tussen naburige punte in `n uitgebreide oppervlak van driehoekige fasette. Elke faset het `n konstante helling en aspek omrede die faset as `n entiteit in driedimensionele ruimte voorgestel word (Chrisman, 1997:164). Die oppervlak word dan voorgestel deur `n netwerk oneweredige driehoeke, `n getrianguleerde oneweredige netwerk (Triangulated Irregular Network – TIN). Hutchinson en Gallant (1999: 111) verwys na `n derde tipe, naamlik plaaslik aanpasbare ruite (locally adaptive gridding) waardeur terreinelemente geskep word deur `n kombinasie van kontoer- en stroomlyne. Eersgenoemde twee metodes word in hierdie studie gebruik.

Een van die eerste metodes vir die omskakeling van kontoerkaarte na DTM`e is dié van Leberl en Olson (1982). Die proses behels die volgende stappe: voorbereiding van analoë bronne (kontoerkaarte), rasterskandering en vektorisering van kontoere en waterskeidings, geokodering en redigering, geometriese transformasie en interpolasie, interselverwerking (aksonometrie en kontoere), kwaliteitsbeheer en finale produksie. Volgens Moore, et al. (1988:306) is ruit- of matriksgebaseerde modelle te vereenvoudig om die vloei van water in `n driedimensionele werklikheid voor te stel. Die rede is dat eenrigtingvloei deur `n ruitsisteem `n swak passing van vloeilyne veroorsaak. Hulle stel voor dat die landskap verdeel moet word in poligone gevorm deur ekwipotensiaallyne en loodlyne (ortogonale lyne). Hierdie lyne kan benader word deur van kontoere en hulle ortogonale lyne (vloeilyne) gebruik te maak. Vir elke kontoersegment word die vloeilyne getrek na `n hoogtepunt op die waterskeiding

Dietrich et al. (1993:265) beweer dat die geïnterpoleerde hoogtepunte vanaf die USGS se digitale terreinmodelle (30m uitmekaar) te grof is om valleie met `n “golflengte” van minder as 1 000m duidelik aan te toon. Vermoedelik is die data in die vorm van versyferde profiele wat 150m uitmekaar is met hoogtepunte elke 25m. Hulle gebruik inligting van lugfoto’s en gebruik `n hoogtepuntdigtheid van 10m x 10m. Datapunte word geselekteer om veranderinge in die terrein aan te toon in plaas van `n eweredige netwerk. Kontoere word getrek nadat vals putte (sinks) verwyder is en dan word lyne ongeveer loodreg op die kontoere (minimumafstande tussen kontoere) vanaf die laagste punte na die kruine getrek. Hierdie lyne stel die benaderde vloeilyne vir oppervlak- en grondwater voor. Twee aangrensende vloeilyne en twee aangrensende kontoere vorm `n oppervlakelement met `n kenmerkende vorm. `n Kontoerinterval van 5m en `n afstand van 20m tussen die vloeilyne word gebruik. Die elemente word in drie klasse verdeel: divergent, konvergent en gelyksydig (planar) ten opsigte van die verband tussen die lengte van die boonste en onderste kontoer (b2 - b1)/(b2 + b1) waar

b1 die boonste kontoersegment en b2 die onderste kontoersegment is. Waardes wissel

van <-0,10 vir konvergent, >0,10 vir divergent en tussen hierdie waardes vir gelyksydige elemente.

Die omskakeling vanaf hoogtelyne na `n TIN of na `n digitale terreinmodel via `n TIN veroorsaak probleme omdat die berekende driehoeke meesal op dieselfde hoogtelyn geleë is. Hierdie verskynsel veroorsaak vervlakking van veral valleie, nekke en rûe. Dit kan oorkom word deur ander hoogtepunte saam met die kontoere te versyfer. Weibel en Brändli (1995:13) gebruik daarom `n TIN waarvan die driehoeke gekorrigeer is. Die bepaling van dreineringslyne en rûe word gedoen deur die maksimumkromming in kontoere te identifiseer (Hutchinson, 1989) Daar kan ook hoogtepunte in kritieke gebiede toegevoeg word deur visuele beskouing van die kaart. Daarna word die TIN na `n rasterformaat geïnterpoleer. Desmet en Govers (1995:391) het `n liniêre interpolasiemetode gebruik om versyferde kontoere na raster om te skakel. Daarna is `n gemiddelde filter gebruik om die hoekigheid wat deur liniêre interpolasie veroorsaak word, te versag. Hierdie metode het, volgens hulle, `n goeie weergawe van die werklikheid gegee.

McCullagh (1998:98) noem enkele ongewenste eienskappe verbonde aan die gebruik van versyferde kontoere vir terreinmodellering:-

• `n diskrete stel hoogtewaardes;

• te min oppervlakdifferensiasie in gebiede met lae hellings;

• die uitermate groot hoeveelheid data op die versyferde lyn, maar niks tussenin lei tot swak ruimtelike verspreiding van data in die gebied;

• geen hoogtes op dreineringslyne; en dat

• kontoere reeds `n veralgemening vanaf die oorspronklike dokument (kaart) en dus nie `n getroue weergawe van die werklike oppervlak is nie.

Hy sê verder ook dat lyne verminder (uitgedun) kan word om die hoeveelheid data te beperk en `n beter ruimtelike verspreiding te verkry. Dit is egter moeilik om data in die vorm van versyferde hoogtepunte in gebiede met lae gradiënte by te voeg.

Roessner (1999) konstrueer `n TIN met behulp van versyferde kontoere, punthoogtes en kruine vanaf 1:50 000 kaarte en gebruik verder GPS-metings as “kontrolepunte” en gebruik liniêre interpolasie vir die omskakeling na `n ruitnet. Deur `n herhalende proses bereik sy `n akkuraatheid tot 0,5 maal die werklike hoogte met `n 30X30m ruitgrootte (vgl. die USGS se standaard). Sy stel verder voor dat “breeklyne” gebruik moet word om die vervlakking in reliëf (relief-levelling) as gevolg van die gebruik van kontoere in DTM-konstruksie te minimaliseer.

Uit bogenoemde oorsig is dit duidelik dat geen volmaakte metode vir die konstruksie van DTM’e nog ontwikkel is nie. Prosedures word ontwikkel na gelang van die behoeftes van die navorsing en dikwels is programme spesifiek geskryf om die taak uit te voer. In hierdie studie is die oppervlakte wat voorgestel moet word groter as in die voorbeelde hierbo genoem en is `n beduidende hoeveelheid data gegenereer. `n Belangrike oorweging in die keuse van `n metode was dan ook die hardeware wat vir die navorsing gebruik is. Verder is die beskikbare metodes in die sagteware wat gebruik word (ArcView), beperk. Binne die beperkings is besluit om Weibel en Brändli en Roessner se voorstelle te kombineer in die metode wat in die studie gevolg gaan word.