ИСТИНА

Разработка методик создания моделей направлений поверхностного стока на различных типах сеток низкого пространственного разрешения

Creating low spatial resolution (small mapping scale) GIS-representations of objects and phenomena is necessary for modelling global processes, such as the hydrological cycle or climate change. One of the important components of any Earth system model is a flow direction model. Flow direction models are usually calculated on a regular grid of squares. In large- and medium-scale mapping, that is, for spatial data of high resolution, a metric grid is typically used; it is georeferenced in a projected coordinate system, e.g., Gauss-Krueger projection or UTM, and the computation itself uses digital elevation models (DEMs) as an input data: the water mass from a grid node is directed to the neighboring grid node towards the steepest slope direction. At small mapping scales, for low-resolution spatial data, we usially use a grid georeferenced in geographic coordinates (latitude-longitude). Since the extent of one degree of latitude decreases from the equator to the poles, such grids, although nominally square, have a more complex geometry, which can introduce distortions into the models of the calculated parameters. Also, for a low-resolution spatial grid one cannot use the same method of calculating flow directions from a DEM that is used at large scales. Instead, complex procedures are used to generalize raster or vector data with higher level of detail compared to the target grid cell size. Currently, several methods have been proposed for computing (or, rather, generalizing) flow directions on a conditionally square low spatial resolution latitude-longitude grid. These methods use different input data and aggregation procedures. Various criteria for evaluating the reliability are also proposed. However, each of the methods is characterized by a number of limitations, and this applies to both the initial data and the territorial suitability. A complete and comprehensive analysis of the methods considering various factors affecting the quality of the result has not yet been carried out. It is necessary to develop a universal method of flow directions computation that would produce the best possible result for any type of input data and any target grid resolution. The comparative analysis of generalization methods will help choosing the method that gives the most reliable result or suggest a way to combine the results given by different methods to increase overall reliability. Regardless of which technique(s) will show the best result on a "square" grid, such a representation will have all the limitations caused by the grid geometry in any case. To overcome these limitations we should abandon the "square-grid" data format and use an alternative data format–discrete global grid systems (DGGS). Grids used in DGGS can consist of different shapes (triangles, squares or hexagons) dividing the surface of the globe into cells of equal area and shape. But a more important aspect of using DGGS is that they allow hierarchical partitioning–each cell of the coverage is divided into several cells of a lower hierarchical level. The use of hierarchical partitioning allows, if necessary, refinement of spatial data and thus bypassing several limitations typical of square regular grids. To solve this problem it is necessary to adapt the current generalization techniques so that they can be used for DGGS.

2023 г. - программный модуль для расчёта направлений стока на квадратных регулярных сетках с использованием регулярно-сеточных исходных данных - программный модуль для расчёта направлений стока в ДГСС с использованием регулярно-сеточных исходных данных, преобразованных (конвертированных) в формат ДГСС - программный модуль для выполнения оценки достоверности результата расчёта на квадратных регулярных сетках - результаты тестирования алгоритмов, использующих регулярно-сеточные данные в качестве исходных, по расчёту направлений стока на квадратных регулярных сетках с разным размером ячейки. Указание методики, дающей наиболее достоверный результат 2024 г. - программный модуль для расчёта направлений стока на квадратных регулярных сетках с использованием различных типов исходных пространственных данных - программный модуль для расчёта направлений стока на базе ДГСС с использованием произвольных исходных данных, предварительно конвертированных в формат ДГСС - единое программное обеспечение для создания моделей направлений стока низкого пространственного разрешения - результаты тестирования алгоритмов, использующих регулярно-сеточные данные в качестве исходных, по расчёту направлений стока на квадратных регулярных сетках с разным размером ячейки. - рекомендации по применению методик и алгоритмов расчёта направлений стока для сеток низкого пространственного разрешения в различных направлениях исследований. - модели направлений стока глобального охвата в низком пространственном разрешении в виде регулярной сетки квадратов и в виде ДГСС.

А.Л. Энтин выполнил ряд исследований, направленных на повышение достоверности расчёта морфометрических параметров рельефа, в том числе направлений стока, по разным исходным данным: разработан алгоритм расчёта водосборной площади FLBA, моделирующий распространение поверхностного стока по склону на основе построения линий тока по условно-непрерывной поверхности. А.Л. Энтин также выполнил ряд работ по автоматизации построения границ бассейнов объектов гидрографии и произвольных створов с использованием специально подготовленных матриц направлений стока. Для этого при участии А.Л. Энтина и исполнителя проекта Т. Е. Самсонова была разработана методика согласования регулярно-сеточных данных о высотах земной поверхности (ЦМР) и объектах гидрографической сети, представленных векторно-топологическим набором данных. Среди других совместных работ А.Л. Энтина и Т. Е. Самсонова следует отметить разработку алгоритма предварительной обработки ЦМР для целей моделирования поверхностного стока. Т.Е. Самсонов — ведущий специалист одновременно в нескольких областях, релевантных проекту: цифровое моделирование рельефа, автоматизированное картографирование и картографическая генерализация, анализ и картографирование речного стока, дискретные глобальные сеточные системы. Ему принадлежит ряд результатов по анализу ЦМР, в том числе способ оценки гранулярности ЦМР для определения разрешения и целевого масштаба картографирования. В области автоматизированной генерализации Т.Е. Самсонов с соавторами разработал подходы к генерализации линейных объектов, предложил методы согласования ЦМР с объектами гидрографической сети (один из них — совместно с А. Л. Энтиным). Предложенные методики нашли своё применение в серии работ по моделированию и картографированию современного состояния речного стока Европейской части России, выполненных с участием Т. Е. Самсонова и А. Л. Энтина. Исполнитель проекта А.А. Шурыгина работает над общими вопросами применения ДГСС в географических исследованиях.