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Improving pluvial flood simulations with a multi-source digital elevation model super-resolution method

Zhu, Yue und Burlando, Paolo und Tan, Yok Puay und Geiß, Christian und Fatichi, Simone (2025) Improving pluvial flood simulations with a multi-source digital elevation model super-resolution method. Natural Hazards and Earth System Sciences (NHESS), 25, Seiten 2271-2286. Copernicus Publications. doi: 10.5194/nhess-25-2271-2025. ISSN 1561-8633.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://nhess.copernicus.org/articles/25/2271/2025/

Kurzfassung

Accurate flood simulation remains a significant challenge in many flood-prone regions, particularly in developing countries and urban areas, where the availability of high-resolution topographic data is especially limited. While publicly available digital elevation model (DEM) datasets are increasingly accessible, their spatial resolution is often insufficient for reflecting fine-scaled elevation details, which hinders the ability to simulate pluvial floods in built environments. To address this issue, we implemented a deep-learning-based method, which efficiently enhances the spatial resolution of DEM data, and quantified the effect of the improved DEM on flood simulation. The method employs a tailored multi-source input module, enabling it to effectively integrate and learn from diverse data sources. By utilising publicly accessible global datasets, such as low-resolution DEM datasets (i.e. 30 m Shuttle Radar Topography Mission, SRTM) in conjunction with high-resolution multispectral imagery (e.g. Sentinel-2A), our approach allows us to produce a super-resolution DEM, which exhibits superior performance compared to conventional methods in reconstructing 10 m DEM data based on 30 m DEM data and 10 m multispectral satellite images. We evaluated the performance of the super-resolution DEM in flood simulations. Compared to conventional methods (e.g. bicubic interpolation), the simulation results demonstrated that our approach significantly improved the accuracy of flood simulations, with a reduction in the mean absolute error of floodwater depth of about 13.1 % and an increase in the intersection over union (IoU) for inundation area predictions of about 46 %. Accordingly, this study underscores the practical value of machine learning techniques that leverage publicly available global datasets to generate DEMs that allow for the enhancement of flood simulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217976/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Improving pluvial flood simulations with a multi-source digital elevation model super-resolution method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zhu, YueSingapore-ETH CentreNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Burlando, PaoloETH ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tan, Yok Puay3Department of Architecture, National University of Singapore, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Geiß, ChristianChristian.Geiss (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7961-8553NICHT SPEZIFIZIERT
Fatichi, SimoneNational University of SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Natural Hazards and Earth System Sciences (NHESS)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:25
DOI:10.5194/nhess-25-2271-2025
Seitenbereich:Seiten 2271-2286
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1561-8633
Status:veröffentlicht
Stichwörter:DEM Super-resolution; Flood Simulation
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HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Georisiken und zivile Sicherheit
Hinterlegt von: Geiß, Christian
Hinterlegt am:27 Okt 2025 10:01
Letzte Änderung:03 Nov 2025 13:48

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