Korkeusmallit

Korkeusmalliksi (Digital Elevation Model, DEM) kutsutaan maanpinnan muotojen numeerista esitystä, joka sisältää sekä varsinaisen pinnanmuotoja kuvaavan korkeuspisteiden joukon että menetelmän laskea arvoja korkeuspisteiden väliin. Tyypillisesti korkeusmalli tallennetaan tietojärjestelmään joko tasavälisenä hilana tai epäsäännöllisenä kolmioverkkona (TIN). Korkeusmalleista puhuttaessa esiin nousevat usein myös termit maastomalli (Digital Terrain Model, DTM) ja pintamalli (Digital Surface Model, DSM). Maastomallilla tarkoitetaan maanpintaa kuvaavaa mallia, joka sisältää korkeustiedon lisäksi muutakin tietoa esimerkiksi maan peitteestä, rinteiden kaltevuuksista ja viettosuunnista. Maastomallin tärkein elementti on korkeusmalli. Pintamalli taas on laserkeilauksen myötä käyttöön tullut termi, joka kuvaa maaston ylimmälle korkeustasolle asetettua pintaa. Näin ollen pintamalli sisältää maanpinnan korkeuksia ainoastaan avomaalla, mutta muilla alueilla pinta noudattaa esimerkiksi metsän latvustoa ja rakennusten kattoja.

Korkeusmalli on keksintö, joka on vapauttanut korkeustiedon keräämisen ja tallentamisen perinteisen kartografian periaatteista. Ennen korkeusmallien käytön leviämistä valtakunnalliset korkeustiedot oli tallennettu paperikarttojen korkeuskäyräesityksiin ja karttojen valmistamisessa käytettyihin painolevyihin. Korkeuskäyräesitys on edelleen käyttökelpoinen tapa visualisoida pinnanmuotoja, mutta tiedon tallentamisen näkökulmasta niihin sisältyy kaksi puutetta: 1) Käyrät on pinnanmuotojen epäjatkuva esitystapa, jossa käyrien välissä olevista pinnanmuodoista ei saada mitään tietoa. 2) Käyrät joudutaan luomaan visualisoinnin ehdoilla, jolloin maanpinnan muodot esitetään kartografisen yleistyksen sääntöjen mukaisesti. Tässä prosessissa osa pinnanmuotojen yksityiskohdista hävitetään ja osa ylikorostetaan tarkoituksellisesti. Nykyään korkeustiedon tallentaminen ja visuaalinen esittäminen ovat aidosti erillisiä asioita ensimmäistä kertaa kartografian historian aikana, koska laserkeilaus on yleistynyt korkeusmallien tuotantomenetelmänä.

Kuva 1. Jäätikköjoen kasaama reunamuodostuma ja sen rinteillä näkyviä rantamuodostumia Ensimmäisellä Salpausselällä Lohjalla, esitettynä Maanmittauslaitoksen (a) Maastokartalla, (b) KM25-korkeusmallilla ja (c) KM2-korkeusmallilla.

Kuva 2. Virtaavan veden savikkoalueelle aiheuttamia muodostumia Siuntiossa, esitettynä Maanmittauslaitoksen (a) Maastokartalla, (b) KM25-korkeusmallilla ja (c) KM2-korkeusmallilla.

Korkeusmalleja pidetään yleisesti erittäin merkittävinä paikkatietovarantoina ennen kaikkea niiden monikäyttöisyyden vuoksi. Niitä käytetään ilmakuvien orto-oikaisuun, kartografisiin esityksiin, 3D-visualisointeihin, geomorfologisiin, biogeografisiin, hydrologisiin sekä hydraulisiin analyyseihin ja malleihin, vesienhoidon suunnitteluun, maiseman dynamiikan analysointiin, ilmasto- ja ilmastovaikutustutkimuksiin, geologisiin sovelluksiin, maa- ja metsätalouden sovelluksiin, paleomaantieteellisiin kartoituksiin, suunnittelun tukena esimerkiksi maaston näkyvyysanalyyseihin, tie- ja patosuunnitteluun, massojen laskentaan, automaattiseen valuma-aluerajaukseen, tulvariskianalyyseihin, telekommunikaatioverkkojen suunnitteluun ja geofysiikan mallinnuksiin.

Suomessa saatavilla olevia korkeusmalleja ovat Maanmittauslaitoksen valmistamat laserkeilaukseen perustuva KM2 (2 metrin hila) sekä Maastotietokannan korkeuskäyriin ja muihin korkeustiedon sisältäviin kohteisiin perustuvat KM10 (10 metrin hila), KM25 (25 metrin hila) ja KM200 (200 metrin hila). Uuden sukupolven valtakunnalliset korkeusmallit tuotetaan pääasiassa käyttäen laserkeilausta, mutta pitkälle tulevaisuuteen käytössä on rinnakkain myös kartta-aineistoista johdetut korkeusmallit. Laserkeilaukseen perustuvien korkeusmallien laatu ja yksityiskohtaisuus ovat erinomaisia verrattuna edellisen sukupolven korkeusmalleihin.

Kuva 3. Reunamoreeneja Karkkilan Siikalassa, esitettynä Maanmittauslaitoksen (a) Maastokartalla, (b) KM25-korkeusmallilla ja (c) KM2-korkeusmallilla.

Kuva 4. Lopen Keihässuo, esitettynä Maanmittauslaitoksen (a) Maastokartalla, (b) KM25-korkeusmallilla ja (c) KM2-korkeusmallilla. Keidassuolle tyypillinen kuljujen ja kermien kehärakenne näkyy ainoastaan tarkimmassa laserkeilaukseen perustuvassa korkeusmallissa (c).

Korkeusmalleihin liittyviä linkkejä
Korkeusmallien virheet ja virheenkasautuminen maastoanalyysissä - http://urn.fi/URN:ISBN:952-10-3350-9
Maanmittauslaitoksen Korkeusmalli 2 m (KM2)
Maanmittauslaitoksen Korkeusmalli 10 m (KM10)
Maailmanlaajuinen maanpinnan ja merenpohjan kattava ETOPO1 - http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html
Maailmanlaajuinen ASTER GDEM Versio 2 - http://www.ersdac.or.jp/GDEM/E/4.html
Maailmanlaajuinen GTOPO30 - http://www1.gsi.go.jp/geowww/globalmap-gsi/gtopo30/gtopo30.html
Lähes maailmanlaajuinen SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM - http://eros.usgs.gov/#/Find_Data/Products_and_Data_Available/SRTM