In questo articolo ti parlo di DTM e DSM, di DEM e delle differenze tra questi modelli digitali di elevazione che spesso si confondono uno con l’altro.

DTM vs DSM vs DEM

DTM – DSM – DEM: se lavori un po’ con strumenti GIS, se ti sei mai addentrato nei portali cartografici online, da cui puoi consultare e scaricare i dati territoriali a varia scala locale (regionale, provinciale, comunale), se ti sei scontrato con  analisi cartografiche o hai ricevuto elaborazioni topografiche da rilievi fotogrammetrici o LiDAR avrai già sentito questi acronimi.

Ma che cosa significano?

DTM sta per Digital Terrain Model (Modello Digitale del Terreno);

DSM sta per Digital Surface Model (Modello Digitale della Superficie – o delle superfici);

DEM sta per Digital Elevation Model (Modello Digitale di Elevazione).

LE SUPERFICI STATISTICHE

Lo scopo di questo articolo è quello di dirti le differenze tra i tre modelli ma non posso non aprire questa parentesi.
Sarò breve.

DTM e DSM, così come il DEM, sono superfici statistiche.

“Una superficie statistica è una rappresentazione della distribuzione dei valori di un determinato fenomeno definito, per ogni coppia di coordinate (X, Y), da un valore di Z, misurato o calcolato” (Robinson et al., 1995; DeMers, 1997).

Le superfici statistiche più facili da capire sono quelle che si riferiscono alla topografia terrestre: entità geografiche che cambiano nello spazio: l’elevazione, la quota piezometrica di una falda o la superficie di scorrimento profonda di una frana…

Ma ci sono altri esempi di superfici statistiche: la rappresentazione delle temperature o delle precipitazioni su un’area, la diffusione di inquinanti, i parametri socio-demografici ed economici…

L’aspetto importante di queste superfici è l’aggettivo che le qualifica: statistico.

Il termine statistico, associato al concetto di superficie, deriva dal fatto che questo tipo di rappresentazione si ottiene attraverso la stima del valore di una variabile dove non è stata fatta nessuna misura.
Le tecniche statistiche di stima si usano quando una variabile è calcolata in ogni punto di una superficie a partire da dati misurati solo in alcune posizioni.
Per calcolare i punti sconosciuti ci si affida a processi di interpolazione o estrapolazione.
L’interpolazione usa algoritmi che calcolano i punti incogniti da misure esistenti attorno ad essi.
L’estrapolazione invece stima le informazioni oltre il limite dei dati disponibili.

Non ti aggiungo altro sui metodi statistici che si usano in questi campi perchè non sarebbe di valore per gli scopi di questo post.
Ti porto solo due casi di superficie statistica.

Un modello digitale che rappresenta la profondità di una falda nel sottosuolo è una superficie continua generata statisticamente dalle letture localizzate dei piezometri nell’area di indagine.
L’andamento dell’elevazione di un versante è calcolata interpolando le misure topografiche di un numero finito di punti al suo interno.

“Chiusa parentesi“.

I MODELLI DIGITALI DI ELEVAZIONE

DTM, DSM e DEM sono confusi uno con l’altro.

Anche se possono sembrare simili sono in realtà pittosto diversi tra loro.

Alcune persone utilizzano indistintamente le tre sigle per riferirsi alla solita cosa.

Ma non è proprio così…

DEM

Il Modello Digitale di Elevazione (Digital Elevation Model) – DEM – è una generica superficie statistica in cui ad un numero finito di coppie (X,Y) viene attribuita un’elevazione, una Z, corrispondente..

Nell’uso comune il DEM è riferito alla topografia terrestre ma può riguardare anche altre superfici.
Ti ho scritto poco prima della superficie piezometrica di una falda o del piano di scorrimento profondo di una frana ma ci sono anche la superficie delle chiome degli alberi di un bosco, il top o il bottom di un orizzonte stratigrafico.

Nel caso di applicazione del concetto di DEM alla superficie del suolo c’è un po’ di confusione sulla sua definizione.
Anche in letteratura.

I diversi significati che le parole inglesi ground, height, elevation, terrain possono assumere non aiutano davvero a fare chiarezza.

Se poi oltre a DEM si parla anche di DTM e DSM ti lascio immaginare il risultato…

DTM e DSM

DTM e DSM non sono la stessa cosa!
Prenderne uno per l’altro può portare ad errori grossolani.

Te lo spiega bene l’immagine che ti metto qui sotto:

Con DSM (Digital Surface Model) si intende la superficie terrestre comprenstiva degli oggetti che ci stanno sopra: edifici, alberi ed altri manufatti.

Il DTM (Digital Terrain Model), rappresenta l’andamento della superficie del suolo senza gli elementi antropici e vegetazionli (gli oggetti che ti ho citato qui sopra).
Il DTM lo puoi trovare affiancato anche al termine bare earth (che vuol dire terra spoglia).

Capirai certamente che DTM e DSM sono piuttosto diversi uno dall’altro!

Qui sotto vedi in tratto nero continuo il DTM ed in tratto rosso tratteggiato il DSM.

DTM e DEM

Può capitare di leggere DEM e DTM con riferimento alla solita superficie.

Una parte della letteratura considera il DTM come un DEM a cui sono stati aggiunti particolari elementi morfologici (linee di scarpata e di impluvio, specchi d’acqua, …).
I DEM sarebbero quindi un sottoinsieme non interpretato dei DTM.
I DTM rappresenterebbero dunque la superficie terrestre in modo più naturale e accurato.

Un’altra interpretazione poi differenzia DTM e DEM in base alla struttura dei dati associando i DEM alla rappresentazione raster grid ed i DTM al dominio vettoriale, sotto forma di triangoli tridimensionali o punti nello spazio.
Masenza entrare nel merito di raster e vettori questa interpretazione crea, a mio avviso, ancora più confusione nell’utente medio non addetto ai lavori.

IN CONCLUSIONE

A conclusione di quello che ti ho scritto fino a qui ti dico come io interpreto i tre modelli digitali:

DEM – è un modello di elevazione generale che comprende DTM e DSM

DSM – è il modello che descrive l’andamento della superficie terrestre con gli oggetti che ci stanno sopra

DTM – è il modello della superficie terrestre filtrata dagli elementi antropici o vegetazionali

USARE DTM E DSM

I modelli digitali di elevazione (DEM) sono un dato sorgente potente e si usano in parecchie eleborazioni di analisi spaziale.
La maggior parte delle quali si può fare utilizzando un software GIS.

Ti elenco alcune applicazioni pratiche:

• Elaborazione di carte di pendenza, curvatura ed esposizione dei versanti;
• Generazione di profili topografici e curve di livello;
• Analisi di visibilità;
• Analisi volumetriche;
• Analisi idrologiche e di geomorfologia fluviale;
• Definizione delle carte di rischio (idraulico, geomorfologico, valanghivo, …)
• Analisi vegetazionali e di uso del suolo;
• Analisi di supporto alla pianificazione urbanistica e territoriale.

DTM E DSM IN PRATICA

Concludo questo articolo con un riferimento alle tecniche di rilievo usate dai topografia (avevo scritto un articolo sugli strumenti che si usano sul campo a questo link) avvicinandole a DTM e DSM.
Lascio stare il DEM che, per come lo intendo, include DTM e DSM.

STAZIONE TOTALE E GPS

Con una stazione totale puoi costruire un DTM stando attendo a battere punti che siano a terra.
Quindi niente palazzi!

Anche con i punti rilevatu da un ricevitore satellitare puoi fare un DTM.
Anche qui devi stare con l’asta del ricevitore rover, o il treppiedi dell’antenna, a terra.
Niente marciapiedi, pontili in legno e alzate di calcestruzzo.

(Qui un articolo sull’utilizzo del GPS nel rilievo topgrafico)

AERFOTOGRAMMETRIA E LiDAR

Nel rilievo aerofotogrammetrico ed in quello LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging), laser scanner, il rischio di male interpretaree DTM e DSM è maggiore…

Per il principio che sta alla base della fotogrammetra (informazioni da immagini) il dato grezzo che ottieni dall’elaborazione dei dati acquisiti è un DSM, un modello digitale della superficie, che ha dentro informazioni sul terreno, ma anche sugli alberi, edifici, tralicci, autovetture, …

Si può ottenere un DTM da un rilievo aerofotogrammetrico?
Sì ma non sempre.
Se gli elementi antropici e vegetazionali sono piuttosto isolati e le riprese fotografiche sono state fatte in modo accurato, si può filtrare la nuvola di punti per avere solo le informazioni sul terreno.
Se fai fare un volo aerofotogrammetrico sopra un bosco fitto ed esteso non puoi sperare di avere in output un DTM.

Da un rilievo LiDAR si può ricavare un DTM a condizione che lo strumento usato nelle misure possa registrare i diversi impulsi che provengono dai raggi laser riflessi da quello che incontrano.
Il primo impulso (first return) definisce il DSM, l’ultimo impulso (last return) il DTM.

Se un laser scanner è in grado di registrare solo il primo impulso è talvolta comunque possibile, con accorgimenti pratici durante il rilievo, fare più scansioni che permettano di acquisire informazioni ridondanti da usare per filtrare la nuvola di punti ed escludere gli elementi antropici o vegetazionali, ottenendo un DTM.

Spero che questo articolo ti abbia aiutato a fare chiarezza nelle differenze tra DTM, DSM e DEM.
Se pensi che possa essere di aiuto a qualche tuo collega mi fa piacere se vorrai condividerlo!

Per qualsiasi dubbio o chiarimento non esitare a contattarmi.

A presto!

Paolo Corradeghini

NOTA

I contenuti di questo articolo provengono, in parte, dal testo “GIS Open Source per geologia e ambiente – Analisi e gestione di dati territoriali con QGIS” di Valerio Noti, socio fondatore di Terre Logiche s.r.l.

Puoi ascoltare i contenuti di questo post anche in questa puntata del podcast di 3DMetrica!
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