Deák, Márton

Kohán, Balázs

Mészáros, János

Nagy, Balázs

Szabó, Judit

Szalai, Zoltán

Repository of the Academy's Library

AZ ELMÉLET ÉS A GYAKORLAT TALÁLKOZÁSAA TÉRINFORMATIKÁBANVII. THEORY MEETS PRACTICE IN GISSzerkesztette:Dr. Balázs BoglárkaTechnikai szerkesztők:Szentesi Andrea, Varga Orsolya Gyöngyi, Bertalan László, Barkóczi Norbert GáborISBN 978-963-318-570-4Lektorálták:Dr. Burai Péter, Dr. Csorba Péter, Kákonyi Gábor,  Dr. Kerényi Attila, Dr. Kozma Gábor, Pajna Sándor,  Dr. Pázmányi Sándor, Dr. Rózsa Péter, Dr. Sik András, Dr. Siki Zoltán,  Dr. Szabó György (DE), Dr. Szabó József (DE), Dr. Szabó SzilárdA kötet a 2016. május 26-27 között Debrecenben megrendezett Térinformatikai Konferencia és Szakkiállítás előadásait tartalmazza.A közlemények tartalmáért a szerzők a felelősek.A konferenciát szervezte:A Debreceni Egyetem Földtudományi Intézete,az MTA Földrajzi Tudományos Bizottság Geoinformatikai Albizottsága,az MTA DAB Környezettudományi Bizottsága,a HUNAGI és az eKÖZIG Zrt.Debrecen Egyetemi KiadóDebrecen University PressKészültKapitális Nyomdaipari Kft.Felelős vezető: ifj. Kapusi JózsefDebrecen2016229Ártéri domborzatfelmérés és elöntésszimuláció: gyorsan, hatékonyan és pontosan – a helyi árvízi védekezés érdekébenKohán Balázs1 – Deák Márton2 – Mészáros János3 – Nagy Balázs4 – Szabó Judit5 – Szalai Zoltán61 tanársegéd, ELTE TTK  Környezet- és Tájföldrajzi Tanszék, kohanb@caesar.elte.hu2 tanársegéd, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, dmarton@caesar.elte.hu3 tanársegéd, ELTE IK Térképtudományi és Geoinformatikai Tanszék, messer@map.elte.hu4 egyetemi docens, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, nagybalazs@caesar.elte.hu5 PhD hallgató, ELTE TTK Környezet- és Tájföldrajzi Tanszék, juciduck@caesar.elte.hu6 tudományos fĘmunkatárs, MTA űSFK Fcldrajztudományi Intézet, szalaiz@mtafki.huAbstractμ In order to plan lood prevention and adaptation to increasing water levels, it is essential to recognize the movement of water on loodplains, lood dimensions, and it is also important to quantify the lood-related risks. In order to prepare for lood events, it is indispensable to get more precise information about the topography of loodplains and the spatial connections between the loodplains, the loodless areas and the surrounding riverbeds. Our study presents a fast, precise and cost-effective survey and analysis method which helps to delineate the expected water pathways and the spatial extension of loods.BevezetésAz árvizek ártéri mozgásának, az elöntések nagyságának ismerete, a folyóink áradásai okozta fenyegetettség elemzése a magas vízszintekhez való alkalmazkodás és az árvízi védekezés megtervezése során elengedhetetlen. Minél pontosabban ismerjük az ár- és hullámterek domborzatát, kapcsolatukat az ármentes térszínekkel és a kcrnyezĘ medrekkel, annál pontosabban tudunk felkészhlni az áradások vízelöntésére. Esettanulmányunk olyan felmérés- és elemzéssort mutat be, melynek alkalmazásával gyorsan, igen kcltséghatékonyan, pontosan és ismétlĘdĘen vizsgálható a vízelöltések várható útvonala, mértéke, helyzete és a vízborítás mélysége is.A ncvekvĘ árvízszintek a beépített szegélyĦ ártéri cblczetek térségében ott jelentenek különösen nagy problémát, ahol az ártéri szintek és az ármentes részek (pl. teraszok) elkülönülése gyenge. Ezek a szintek folytonos átmenettel, igen kis szintkülönbséggel kapcsolódnak egymáshoz és a mesterséges feltöltések és elegyengetések révén a domborzat egyveretĦvé vált. Ráadásul az épített kcrnyezet közvetlenül ráhúzódott az árterekre, vagy ártérmellékekre is. Mindehhez társul a sorozatos áradások hordalékmozgatásának ártérfeltcltĘ szerepe is. Így a hagyományos térképhasználattal, légifotó- vagy Ħrfelvétel-elemzéssel, de terepbejárással, és még egyes pontok szintezésével-magasságmérésével sem khlcníthetĘek el a potenciálisan vízjárta területrészek. A megoldás az ártéri térségek és a szomszédos ármentes felszínek nagy pontosságe, teljes terhletre kiterjedĘ domborzati térképezésében 230rejlik, amelynek alapján elcntési modellek készíthetĘk, amivel akár ingatlanszinten is jelezhetĘ az aktuális árvízszinthez kapcsolódó elcntésnagyság. Mivel az árterek domborzata minden elöntés során változik, így olyan módszert kell a felméréshez választani, amely a kellĘ pontosság mellett az árvízi periódusokhoz kapcsolódóan megismételhetĘ, így hossze távon is nyomon kcvethetĘ a vízborítás változása. Mindezzel a védekezés hatékonysága, ill. az árvízi elcntést megelĘzĘ létesítmények telepítése is elĘsegíthetĘ. Eddigi tapasztalataink alapján néhány négyzetkilométeres terület vizsgálata esetén az UAV által készített felvételek alapján generált felszínmodell néhány centiméteres pontosságe, így az elcntési vizsgálatokhoz és elĘrejelzések készítéséhez is megfelelĘ alapot biztosít - akár egy dcntés elĘkészítés során árvízi veszélyhelyzetben is.Az elemzés célja tehát:n az ártéri öblözet vízelöntésének szimulálása az elkészült domborzatmodell segítségével az egyes dunai vízállásokat figyelembe véve,n a lakott terhleteket fenyegetĘ áradás etvonalának feltárása, a lakócvezet vízelöntésének vizsgálata a vízállások függvényében,n az árvízi elöntés mértékéhez kapcsolódó vízmélységek megadása a lakott területen,n a felmérés gyors és hatékony, széleskcrĦen alkalmazható módszerének kialakítása, a pontosság tesztelése a jól dokumentált 2013. júniusi elöntés alapján.1. ábra A mintaterület elhelyezkedése231MintaterületMintaterhlethnk a Dunakanyar „kijárati kapujábaný, a Duna bal partján fekvĘ VerĘce térsége. A telephléstĘl keleties irányban a Vác felé hezódó, mintegy 2 km hossze Duna-mezĘ nevĦ ártéri cblczet helyezkedik el (1. ábra). Az ártér északi határa a vaseti fĘvonal 6–10 méter magas tcltése. Az ártér déli, dunai szegélyén, a magas ártér peremén végighalad a 12. sz. fĘet, amely a kczelmelt (2002, 2006, 2010, 2013) dunai áradásai során víz alá kerhlt. Maga az et és alapozása nem tcltés jellegĦ, nem jelent gátat az áradó Duna számára – hivatalosan is árvízveszélyes útszakasznak minĘsített és jelclt. (ártéri elcntésszimulációnkon a fĘet nem szerepel, az ábrázolt terhlet ettĘl kczvetlenhl É-ra kezdĘdik). Az elemzés aktualitását a 2013-as áradás elöntése adja, amely váratlanul, az ártéri öblözet folyóhát mögötti laposaiban (valójában a magas ártéren keresztül) elérte a települést, és eddig soha nem tapasztalt helyszíneken okozott életveszélyt okozó elöntést. És bár itt a Duna mentén is lezajlott az árvízi kockázati térképezés (légi lézeres felmérést is használva) és megszülettek a stratégiai kockázatkezelési tervek (I–1) a helyi cnkormányzat csak a 2013-as áradás elĘtti tervezetre támaszkodhat.AdatfeldolgozásA légifényképezés területén a valós, háromdimenziós tárgyakról kétdimenziós felvételek készhlnek, amelybĘl egyenesen kcvetkezik, hogy egy felvételbĘl nem tudjuk a felmért tárgy alakját közvetlenül rekonstruálni. Ennek a problémának a feloldására tcbb khlcnbczĘ eljárás is szhletett a fotogrammetria terhleténμ egyképes (orto-) fotoszkópia és a sztereo fotogrammetria. Ez utóbbi egészen egyedi módon, a természetes térlátás elvét követve oldja fel a problémát, azaz egymást sorozatban kcvetĘ, átfedĘ, khlcnbczĘ álláspontokból készhlt felvételek segítségével kcvetkeztet a felmérendĘ tárgy harmadik dimenzió szerinti méreteire (Kඋൺඎඌ K. 2008). Hasonló módszernek tekinthetjhk a 2000-es évek kczepétĘl megjelenĘ, SfM (Structure-from-Motion) algoritmusokat is, amiket már korábban is használtak a robotika vagy az automatikus alakfelismerĘ algoritmusok terhletén (Kඈඎඍඌඈඎൽංඌ, A. ൾඍ ൺඅ. 2013). A módszer lényege az egymással átfedĘ, khlcnbczĘ álláspontból készhlt felvételek feldolgozása, pontosabban a kczctthk lévĘ parallaxisok alapján a fényképezett tárgy alakjának meghatározása. Ugyanazon tárgyat felépítĘ pont tcbb képen (legalább három-négy) kell szerepeljen, hogy felismerhetĘ legyen. Az adott képeken RGŰ intenzitás, szaturáció, textera, valamint a kcrnyezĘ pixelek hasonló értékei alapján minden pixelhez egyedi azonosítót társít, majd azt több képen is azonosítja. A pontokhoz adott képi koordináta-rendszerekben meghatározott x,y koordinátapárost társít, aminek a késĘbbi alakzat rekonstrukciónál lesz fontos szerepe. Az így megadott paraméterek segítségével, több képre alkalmazva, kiszámíthatók az adott pont háromdimenziós koordináta-rendszer szerinti koordinátái. A légi felmérés során egy DJI Phantom 2 távirányításe, tcbbmotoros 232helikoptert, valamint a rá erĘsített GoPro Hero 3+ Silver típuse kamerát használtunk, amellyel átlagosan 80 m-es repülési magasság mellett több ezer, egyenként 10 megapixeles felvétel készült. A modell létrehozásához végül 620 db felvételt használtunk fel, amelyeket az Agisoft PhotoScan 1.2.0-ás verziójú változatával dolgoztunk fel. Utóbbi során, egymást kcvetĘ lépésekben (fényképek egymáshoz képesti helyzetének meghatározása, ritka és sĦrĦ pontfelhĘ létrehozása), létrehoztunk egy ~32 millió pontból álló pontfelhĘt, amely késĘbb a domborzatmodell alapjául szolgált.A geoinformatikai kcrnyezetben tcrténĘ feldolgozás érdekében a pontfelhĘt terepi illesztĘpontok segítségével EOV/HD72 vethleti rendszerbe transzformáltuk. Ehhez a légifelvételeken könnyen azonosítható terepi elemeket (kerítés sarka, villanyoszlop, vaseti tcltés rézsĦjének sarka stb.) keresthnk, majd az említett vethleti rendszer szerinti háromdimenziós koordinátáikat RTK-GPS segítségével rögzítettük (a mérés során a vízszintes és fhggĘleges hiba max. 1 cm volt). Összesen 26 ilyen illesztĘpontot határoztunk meg, melybĘl véghl hetet használtunk fel a pontfelhĘ transzformálásához, a tcbbit a domborzatmodell pontosságának ellenĘrzéséhez. További feldolgozási lépésként a sĦrĦ pontfelhĘt ritkítottuk és a zajként megjelenĘ vegetációt is eltávolítottuk. Ezekhez a lépésekhez az ingyenesen elérhetĘ CloudCompare szoftvert használtuk, azon belül a Statistical Outlier Filter algoritmust. A domborzatmodell alapjául szolgáló pontfelhĘ véghl így kczel 30 millió pontból állt, erre alapozva egy 0,5 m rácsállandójú domborzatmodellt interpoláltunk Inverse Distance Weighting algoritmus segítségével. A késĘbbi elcntési szintek ábrázolásához az ArcGIS 10.2.2 szoftver khlcnbczĘ eszkczeit használtuk.2. ábra A 201v-as maximális vízállás (június 9.) a valóságban a Duna-mező területén (fotó: Selmeczi Kovács Ádám)233EredményekMivel Ver Ęcénél nincs hivatalos mérĘhely, így a nagymarosi és a váci vízmérce adatai alapján kcvetkeztetthnk az elcntési szintekre. A 2013-as tetĘzĘ érték Nagymarosnál 751 cm, Vácnál 804 cm volt, ami abszolút tengerszint feletti magasságra átszámítva 106,94 méteres illetve 106,16 méteres (mBf) vízszintet jelent (internet 2). A két érték felhasználásával, lineáris interpolációval becsülve ugyanez az érték VerĘcénél kcrhlbelhl 106,6 méter (mŰf) volt. A modell kalibrációjához a 2013-as árvíz tetĘzésekor készhlt légifelvételeket használtuk fel (2. ábra). A képek tanúsága szerint a modellezett és a valóságos elöntések jól egybeesnek, a maximális elöntés vizsgálatánál ingatlanszintre lebontva is egyezés volt! A khlcnbczĘ elcntési szinteket térképeken ábrázoltuk (3–5. ábra), illetve animációkat készítettünk, valamint a vízszintek magassági adataiból kivonva a fotogrammetriai feldolgozás eredményeként kapott felszínt, elöntési mélységeket is becsültünk (6. ábra).A modellszámítás során kapott eredmények szerint 102,24 méteres (mBf) vízállásnál kezd megjelenni a Duna-mezĘ legmélyebb pontján a víz. Ekkor a nagymarosi vízmérce mintegy 311 cm-t (±5 cm) mutat. 105 méteres abszolút vízállásnál azonban már a telephlés szélénél éphlt elsĘ nyaralót is eléri a víz, de a keleti faluszél alacsonyan fekvĘ utcáiban a pincékben is megjelenik. 10ő,7Ő méternél (mŰf) eléri az elsĘ utca, a Duna sor házait. 106 méternél (mŰf) már a telephlés szélén éphlt, alacsonyan fekvĘ ingatlanok kertjében is megjelenik a víz. Ennél 20 cm-el magasabb vízszint esetén pedig már az utca közepén is vízállás keletkezik, v. ábra Elöntés mértéke 105 méteres (mBf) vízszint esetén234valamint megjelenik a víz a második utcában (Váci Mihály utca) is. A 2013-ban mért legnagyobb vízszint (106,6 méter mBf) során az elöntés a Karinthy Frigyes utca legmélyebb pontjain is megjelenik. Ennél a magasságnál a Duna sor legmélyebb pontján csaknem 1 m mély víz áll!w. ábra Elöntés mértéke 106 méteres (mBf) vízszint esetén5. ábra Elöntés mértéke  106o6 méteres (mBf) vízszint esetén235w. ábra Elöntés mértéke 106 méteres (mBf) vízszint eseténÖsszegzésA mintaterhletnek választott dunai ártéri cblczet felmérésekor a célszerĦség, hatékonyság és gyorsaságra tcrekedve, a pontosságot mindvégig szem elĘtt tartva olyan elöntés-eredménytérképeket kaptunk, amelyek megfelelnek a 2013-as, utolsó (és egyben eddig legnagyobb, nem jeges típusú) áradás valós vízelöntéseinek. A terepmunka tavaszi idĘszakban (március végén) zajlott, hiszen a gyér ncvényzeti takarás mindenképpen feltétele a pontos domborzatmodellnek. A végsĘ feldolgozással együtt néhány nap alatt megvalósítható elemzés módszertana – hasonló pontos eredményeket ígérve – más ártéri öblözetek felmérésére és kockázati térképezésére is alkalmas. Mivel a jelentĘs kcltséghatékonyság miatt így egy adott terhlet feldolgozása rendszeresen, áradásonként megismételhetĘ, az árterek és a hullámterek domborzatfejlĘdésével párhuzamosan vizsgálható a változó elcntésnagyság.Felhasznált irodalomKඈඎඍඌඈඎൽංඌ, A.–Vංൽආൺඋ, Ű.–Iඈൺඇඇൺ඄ංඌ, G.–Aඋඇൺඈඎඍඈ඀අඎ, F.–Pൺඏඅංൽංඌ, G.–űඁൺආඓൺඌ, ű. (2013)μ Multi-image 3D reconstruction data evaluation, Journal of Cultural Heritage, http://dx.doi.org/10.1016/j.culher.2012.12.003Kඋൺඎඌ K. (1998): Fotogrammetria, Tertia Kiadó, BudapestI-1: httpμ//www.vizugy.hu/index.php? module=vizstrat& programelemid=1ŐőI-2: http://www.kdvvizig.hu/index.php/vizrajz/allomashalozat/209-hidrometeorologiai-tajekoztato-20130611-en

Ártéri domborzatfelmérés és elöntésszimuláció: gyorsan, hatékonyan és pontosan – a helyi árvízi védekezés érdekében

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository of the Academy's Library