Vertical accuracy evaluation free access digital elevation models (DEMs): case Fergana Valley in Uzbekistan

Evaluación de precisión vertical de los Modelos Digitales de Elevación de acceso abierto: caso del Valle de Fergana, en Uzbekistán

En este estudio se evaluó estadísticamente la precisión vertical de los modelos digitales de elevación de la Misión Topográfica Shuttle Radar 2.0 (SRTM30), del sistema radiométrico de emisión y reflexión térmica espacial Terra Advanced 2.0 (ASTER GDEM2), y del Satélite de Observación Terrestre  Mundial 3D 2.1 (ALOS AW3D30). El Valle de Fergana, en Asia Central, fue elegido como la región de estudio porque la superficie terrestre puede reflejar los procesos tectónicos. Para este trabajo se determinaron los valores de alturas elipsoidales de 27 puntos de la red regional GPS como valores de referencia. Para el ajuste geoidal de la superficie de estudio se aplicó la aproximación geométrica con los datos de nivelación GPS y el modelo geopotencial global EGM96, basado en ondulaciones geoidales. El rango de corrección de la altura geoidal se establece entre -0.66 m y 0.87 m. Con los modelos SRTM30, ASTER GDEM2 y ALOS AW3D30 se obtuvieron los errores de raíz cuadrada media de ~10.0 m, ~16.4 m, and ~6.6 m, respectivamente. Al compararse con el modelo de referencia se encontró que todos los modelos digitales de elevación en las áreas montañosas por lo general sobreestimaban la elevación y el valor de precisión vertical de un 90 % de exactitud excedía entre 3 y 6 metros el margen declarado por los distribuidores. Sin embargo, el modelo ALOS AW3D30 fue el modelo digital de elevación más preciso y que mejor representa la topografía de la superficie terrestre y que, por lo tanto, podría ser usado para algunas aplicaciones ingenieriles en el Valle de Fergana.

1. Introducción

Los modelos digitales de elevación (MDE) son necesarios para la solución de muchos problemas prácticos en las áreas de las ciencias de la tierra y del medio ambiente (como la tectónica, el estudio de los deslizamientos de tierra, la exploración minera, la gestión de los recursos hídricos y terrestres, la prevención de desastres y otros) en Uzbekistán (Sayyidkosimov & Kazakov, 2018; Sabitova et al., 2020; Sharipov et al., 2020; Khasanov & Ahmedov, 2021). Los mapas topográficos, las mediciones del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), las técnicas de fotogrametría y el escaneo láser aerotransportado son las principales fuentes de datos para la producción de MDE utilizadas en Uzbekistán para áreas pequeñas (Takhirov et al., 2020; Shukina et al., 2022). A pesar de su precisión, los métodos tradicionales de generación de MDE son tediosos y requieren mucho tiempo para su uso en áreas extensas. Las modernas tecnologías de teledetección por satélite han permitido cartografiar grandes áreas con unos costes laborales y tecnológicos mínimos (Smith &Clark, 2005). El uso generalizado de MDE por satélite de acceso público, como SRTM, ASTER y ALOS, es un ejemplo de estas ventajas. Sin embargo, estos y muchos otros disponibles en código abierto tienen resoluciones más gruesas. Su precisión se ve afectada por el error de medición, el método de adquisición de datos, la capacidad del instrumento, la resolución, el tipo de terreno y el relieve, la pendiente, la rugosidad, la cubierta terrestre y otros (Mukherjee et al., 2011; Hu et al. 2017; Shetty et al., 2022).