Felszíni karsztformák vizsgálata térinformatikai eszközökkel

Átírás

1 Felszíni karsztformák vizsgálata térinformatikai eszközökkel Dr. Imecs Zoltán Antal József Attila 1. Bevezető A jelenkori földrajzi kutatás számára igen jelentős segédeszközt nyújt a térinformatika. A számítógéphez szokott kutatók sok esetben hajlamosak tartózkodás nélkül elfogadni a számítógépes feldolgozás során kapott eredményeket. A figyelmesebb vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy célszerű alaposabban megvizsgálni a számítógép munkáját. El kell dönteni, hogy elfogadhatók e az eredmények vagy komolyabb beavatkozásra van szükség. A domborzat vizsgálata sok természetföldrajzi kutatás, megfigyelés esetében alapvető fontosságú. A térinformatikai eszközök lehetővé teszik a domborzat digitális modellezését alapvetően a meglévő topográfiai térképek digitális feldolgozása útján. Ez egy munkaigényes feladat és potenciális hibaforrást is jelent. Dolgozatunk célja alapvetően annak a vizsgálata, hogy a különböző méretarányú szintvonalas térképek feldolgozásával mennyire tudjuk azonosítani a tagolt domborzati formákat. Főleg arra voltunk kíváncsiak, hogy a karsztos felszínek ahol a számtalan dolina és zárt medence igencsak tagolt domborzatot eredményez mennyire megbízhatóan vizsgálható a jelenlegi topográfiai térképek digitális feldolgozása alapján. Azonban az utóbbi időben más lehetőségek is kínálkoztak az említett tevékenység megkönnyítésére. Ide sorolható az űrsiklóról, radartechnikával készült domborzatmodell amely kiküszöböli a térképfeldolgozás során jelentkező szubjektív hibákat. A fenti gondolatok alapján dolgozatunk célkitűzései a következőképpen fogalmazhatók meg: megvizsgálni, hogy a különböző léptékű topográfiai térképek szintvonalas domborzatábrázolása mennyire alkalmas a karsztos felszínek vizsgálatára; megvizsgálni, hogy a radar módszerrel nyert digitális domborzatmodell mennyire alkalmas a karsztos felszínek vizsgálatára; eldönteni, hogy a különböző módszerrel készült digitális domborzatmodellek milyen legkisebb mérető domborzati forma, karsztforma vizsgálatára alkalmasak; megvizsgálni, hogy a közepes felbontású műholdfelvételek alkalmasak-e a karsztos felszínformák vizsgálatára; E célkitűzések megvalósítása érdekében olyan területeket választottunk ki amelyek a tagoltság szempontjából alkalmasak a feladat végrehajtására. Véleményünk szerint ilyen jellegű vizsgálatra a legalkalmasabbak az olyan karsztos domborzatú felszínek ahol a karsztosodás során különböző méretű felszíni főleg negatív formák jöttek létre. Ilyen terület többek között a Zichy karsztfennsík, ahol főleg kisebb mérető dolinák és zárt medencék találhatók. A Dámes-plató, amelyen már nagyobb méretű dolinák és zárt, lefolyástalan medencék jelennek meg. Mindkét térség az Erdélyi Szigethegységen belül a Királyerdő-hegységben található. Egy másik vizsgált terület Pádis vidéke, amely a Biharhegységben található. Itt már nagyobb méretű, szinte poljénak tekinthető zárt medencék vannak. Az első ábrán a vizsgált területek elhelyezkedése látható az Erdélyi Szigethegység modelljén. 1

2 1. ábra: A vizsgált területek elhelyezkedése a Szigethegység területén 2. Térképi adatok feldolgozása Első lépésként a topográfiai térképek domborzatábrázoló képességét vizsgáltuk meg. Többféle sajnos nem egységes minőségű topográfiai térképpel rendelkeztünk. Ezek legfontosabb adatait az 1. táblázat szemlélteti. 1. táblázat: A felhasznált térképlapok fontosabb jellemzői Terület Méretarány Szelvényezés Minőség Alapszintköz L B-b fekete-fehér 5 m 1:25000 L B-d fekete-fehér 5 m Zichy-fennsík 1:50000 L B színes 10 m 1: L színes 20 m 1:25000 L A-c fekete-fehér 5 m Dámes-fennsík 1:50000 L A színes 20 m 1: L színes 40 m L A-b fekete-fehér 10 m 1:25000 L A-d fekete-fehér 10 m Pádis 1:50000 L A színes 20 m 1: L színes 40 m 2

3 A térképek digitalizálásának megkezdése előtt elég bonyolult műveleteket kellett elvégeznünk. A később a vizsgálatba bevont SRTM domborzatmodell valamint a műholdfelvétel UTM koordinátarendszerben van, a mi térképeink pedig Gauss-Krüger rendszerben. Mivel a vizsgálatok elvégzéséhez elengedhetetlenül fontos a vizsgált állományok azonos koordinátarendszere, ezért az UTM rendszer mellett döntöttünk. A térképlapokat szkenneléssel raszteres digitális formába alakítottuk majd több segédprogram segítségével helyeztük UTM rendszerbe. A kiválasztott mintaterületekről az ArcView program segítségével digitalizáltuk be a szükséges szintvonalakat. A munka ellenőrzéséhez készítettünk minden mintaterületről a legnagyobb méretarányú térkép alapján egy-egy olyan állományt amely az egyértelműen azonosítható és ismert dolinák és zárt medencék körvonalát tartalmazza. A továbbiakban a szintvonalas állományokat beimportáltuk az IDRISI programba mert a további elemzéseket itt végeztük el. Korábbi tapasztalataink alapján (Imecs 2004) a domborzatmodell elkészítéséhez a TIN modult használtuk. Ez tulajdonképpen egy TIN modellt készít és sokkal jobban modellezi a felszínt mint a másik, közvetlenül raszteres eredményt nyújtó INTERCON. Ezután a TINSURF modul segítségével alakítottuk ki a raszteres domborzatmodellt, amely minden esetben 10 méteres felbontású volt. Szintén korábbi tapasztalataink alapján úgy döntöttünk, hogy minden modellt szűrünk az IDRISI képfeldolgozó moduljában található GAUSSIAN 7 7-es szűrőjével egymásután 4-szer. Ennek hatására a felszín egy kicsit lesimul, véleményünk szerint a terepi valósághoz közelebbi képet eredményezve. A szűrés hatását a következő ábra szemlélteti. A felső részen a nyers DEM-en készült, az alsón a szűrt DEM-en készült szelvény látható a Dámes-plató esetében. 2. ábra: A nyers (fent) és a szűrt (lent) domborzatmodellen készült szelvények 3

4 3. A radartechnikával nyert domborzatmodell elkészítése Valójában a közismert SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) modellről van szó, amit nem nyersen hanem két módon feldolgozva használtunk fel. Első esetben a Global Mapper segítségével generáltunk szintvonalakat 5 méteres alapszintközzel, majd ezekből a már leírt módon készítetünk domborzatmodellt. Megpróbáltunk egy másik lehetőséget is. A nyers SRTM modellt USGS DEM formátumon keresztül beimportáltuk az IDRISI-be, majd ott megváltoztattuk a felbontását szintén 10 méteresre és szűrtük a már leírt módon. 4. A domborzatmodellek vizsgálata A különböző nyersanyagból és különböző technikával készült domborzatmodellek ábrázoló képességét többféle módszerrel vizsgáltuk. Minden esetben használtuk a dolinák helyét jelölő vektoros állományokat. Először egy úgynevezett vizuális vizsgálatot végeztünk, vagyis megnéztük, hogy a domborzatmodell színskálája segítségével látható-e valamilyen negatív domborzati forma (3. ábra). 3. ábra: A domborzatmodell vizuális vizsgálata balra 1:25000 jobbra 1: A vizuális megfigyelés során látható, hogy a 1:25000 méretarányú térképen a dolina körvonalakon belül valóban mélyedés található. A kisebb méretarányú térképeken ezek a különbségek eltompulnak. Ugyanez a megfigyelés az SRTM modellre is érvényes. A nagyméretarányú térképen sokkal több finomabb részlet vehető ki mint az SRTM nyers modellen. A negyedik ábrán a 1:25000 méretarányú térképről készült domborzatmodell illetve a nyers SRTM modell azonos részlete látható. A továbbiakban megpróbáltuk az általunk digitális vizsgálatnak nevezett lehetőséget. Ez valójában azt jelenti, hogy megpróbáljuk a térinformatikai szoftver lehetőségeit kiaknázni. Az IDRISI rendelkezik olyan modulokkal amelyek segítségével a felszín különböző tulajdonságai vizsgálhatók. Ilyen például a TOPOSHAPE modul amely 11 eltérő típusú felszínt képes azonosítani. Ezek között van a pit is amely mélyedést, gödröt jelent. Mindegyik modellen kipróbáltuk ezt a modult, arra számítva, hogy a dolinák mint gödrök szépen kirajzolódnak. De nem történt így. Tapasztalatunk szerint a pit csak igen kis kiterjedésű gödröket talál meg, a mi dolináink lejtős területként jelentek meg. Mivel a felszín 4

5 nagyon tagolt, a különböző típusú lejtőkből nagyon nehéz kiválogatni azokat amelyek egy dolinára jellemzőek. 4. ábra: Az 1:25000 méretarányból készült domborzatmodell és a nyers SRTM összehasonlítása. Megpróbáltuk az ArcView hidrológiai kiterjesztésének is az Identify Sinks in DEM parancsát, de ez sem járt túl sok sikerrel. Néhány dolinában talált mélyedést, de ezek nem töltötték ki a dolinát a pereméig (5. ábra). 5. ábra: Az ArcView hidro modulja által talált mélyedések (pirossal) Végezetül a képfeldolgozás által kínált szűrőkhöz folyamodtunk. A HIGH PASS szűrő a hirtelen értékváltozásokat, jelen esetben a hirtelen magasságváltozásokat találja meg. Ennek a műveletnek a hatására, illetve a kapott kép figyelmes osztályozása útján igen érdekes eredményt kaptunk (6. ábra). Megfigyelhető, hogy szinte vonalas, körvonalszerű alakzatok jelölik a hirtelen váltás helyét, de ezek közül nem mindegyik dolina vagy medence. Ez azt jelenti, hogy az automatikus dolinakeresés itt sem működik, továbbra is az ember kell kiválassza a keresett helyet. 5

6 6. ábra: A High Pass szűrő által kimutatott körvonalak Tovább próbálkoztunk a lejtés és a kitettség vizsgálattal. A kettő közül a kitettség nyújt érdekes látványt. Amint a következő ábrán jól látható, a dolinák és mélyedések nagyon szépen kirajzolódnak. Ha figyelmesen értelmezzük a kitettség értékeit, rájövünk, hogy hol van negatív és hol van pozitív forma. Pozitív forma Negatív forma 7. ábra: A dolinák megjelenése a lejtőkitettség térképén Hasonló eredményekhez jutunk ha egy árnyékolási képet készítünk. Sajnos az IDRISI programon belül nem találtunk olyan modult amely egyértelműen képes legyen lehatárolni a dolinához és medencéhez hasonló negatív formákat. A továbbiakban egy kezdetlegesebb, de elég látványos próbálkozást végeztünk. Mi ezt szelvényes elemzésnek neveztük. A módszer lényege, hogy az általunk meghatározott és 6

7 ismert helyeken szelvényvonalakat húzunk és ezek mentén vizsgáljuk tulajdonképpen a domborzatmodell oldalnézeti képét. Minden területen elvégeztük ezt az összehasonlítást, helyszűke miatt azonban csak a leglátványosabb eredményeket mutatjuk be. A következő ábrán a Dámes-platón található Ponoras víznyelő zárt medencéjén és a mellette lévő dolinákon keresztül húzott szelvény látható m 300 m 8. ábra: Dolinákon keresztül készített szelvények különböző méretarányú térképből készült domborzatmodelleken (felső 1:25000, középső 1:50000, alsó 1:100000) Megfigyelhető, hogy a legnagyobb méretarányú térképen ahogyan ez jogosan elvárható volt részletesebben nyomon követhetők a negatív formák. A több mint 1 km hosszú Ponoras medencében a valóságnak megfelelően alakul a medence alja, hiszen jelenleg 7

8 a víz egy az eredeti végétől feljebb elhelyezkedő pontban nyelődik el. A medence után következő dolinasor szépen kirajzolódik. Az 1:50000 méretarányú térképről készült modellen a kisebb bár több 100 m átmérőjű dolinák nem különülnek el. Az 1: méretarányú térképről készült modellen a medence és a dolinasor eleje egybeolvad. Ehhez hasonló eredményt kapunk a Zichy-plató esetében is. Pádis esetében kissé más a helyzet mivel itt egy nagyméretű zárt medencével Ponorrét illetve egy nagy mélységű beszakadásos dolinarendszerrel a Csodavárral találkozunk. A teljes szelvény hossza itt 2300 m. Ezek mindegyik méretarányon megjelennek, bár a részletek tekintetében nyilván a nagyobb méretarány jobb. A 9. ábrán az 1:25000 és az 1: méretarányból készült domborzatmodellek szelvényei láthatók a Ponor-réten és a Csodaváron keresztül. 9. ábra: A Ponor-réten és a Csodaváron át készült szelvények (felső 1:25000, alsó 1:100000) Érdekes eredményt nyújt az SRTM modell vizsgálata. A nyers raszteres modell érdes, cakkos felületével tűnik ki ami nyilvánvalóan a felbontásából adódik (65,69 93,80 m). Ha a 8

9 modellt a már leírt módon javítjuk vagyis a felbontását megváltozatjuk és szűrjük, akkor valamivel jobb eredményt kapunk, legalábbis az élek eltűnnek és a felület finomabb lesz. De alapjában véve az így kapott modell nem lesz részletesebb, vagyis a kisebb méretű formák azonosítása nem válik lehetségessé. A 10. ábrán a nyers SRTM modellen, illetve a javított felbontású és szűrt modellen készült szelvények láthatók a Dámes-platón. Ezeket a szelvényeket a 8. ábra szelvényeivel érdemes összehasonlítani. 10. ábra: Az SRTM modellen végzett elemzések (felső: nyers modell, alsó: javított és szűrt modell) 5. Műholdfelvétel elemzése A felhasznált műholdfelvétel a Landsat 7-es pankromatikus felvétele, amelynek felbontása 14,25 m. Mivel ez a felvétel nem tartalmaz magassági információt, hanem visszaverődési értékeket, ezért nem lehet domborzatmodellként vizsgálni. Mindenképpen érdemes vizuálisan elemezni, hiszen a fény-árnyék hatások miatt a felszín tagoltsága azonnal felismerhető tehát legalábbis figyelemfelkeltésre alkalmas (11. ábra). A vizsgált területeken a dolinák nagy része nyitott, füves területen helyezkedik el, így még színes kompozitokon is 9

10 látható a tagoltság. A dolinák helyzetének meghatározására, esetleg méreteik közelítő megállapítására ezek a felvételek is alkalmasak. 11. ábra: Zichy-plató részlete Landsat 7 pankromatikus felvételen 6. Következtetések A vizsgálatok, elemzések eredményeképpen az alábbi következtetések vonhatók le: Az IDRISI beépített moduljai nem alkalmasak a dolinák azonosítására Csak az 1:25000 méretarányú térképről nyert domborzatmodell alkalmas a dolinák és zárt medencék megfelelő azonosítására, de csak ha ezek nagyobbak mint 200 m. Az SRTM adatból nyert modell csak a nagyméretű formák azonosítására alkalmas, minősége jól javítható a leírt módon A közepes felbontású műholdfelvételről csak tájékoztató információ nyerhető a felszín tagoltságáról Irodalomjegyzék Imecs, Z. (2004) A digitális domborzatmodell pontosságának vizsgálata IDRISI szoftverrel HUNDEM 2004 Konferencia CD, Miskolc. Telbisz, T. Karsztos felszínformák vizsgálata digitális domborzatmodellek segítségével HUNDEM 2004 Konferencia CD, Miskolc. Timár, G., Molnár, G., Păunescu, C, Pendea, F. (2004) A második és harmadik katonai felmérés erdélyi szelvényeinek vetületi és dátumparaméterei. Geodézia és Kartográfia, 2004/5, oldal, Magyar Földmérési, Térképészeti és Távérzékelési Társaság, Budapest. 10