Лекция 4. Цифровое моделирование рельефа
Цифровое моделирование рельефа (ЦМР) включает две основных операции:
- создание модели рельефа;
- обслуживание модели.
Под цифровой моделью рельефа принято понимать средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей или рельефов) в виде трехмерных данных, образующих множество высотных отметок (отметок глубин) и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной или нерегулярной сети или совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний.
Исходными данными для построения ЦМР геодезическая и топографическая съемка местности, стереофотограмметрическая обработка фототеодолитных, аэрокосмических и космических снимков, альтиметрическая съемка, промерные работы, эхолотирование подводного рельефа акваторий океанов и внутренних водоемов, радиолокационная съемка рельефа ледникового ложа, а также существующие карты, атласы, планы.
К картографическим источникам принадлежат топографические карты и планы. На обычных не числовых картах) рельеф представлен композицией трех средств графической выразительности : системой изолиний (горизонталей, изогипс), множеством отметок высот и совокупностью точечных внемасштабных линейных и площадных знаков, дополняющих изображение рельефа (знаки оврагов, промоин, сухих участков рек, обрывов, бровок, оползней, осыпных участков, скал, воронок, курганов, наледей, ледников и т.д.). Представление рельефа в виде горизонталей имеет свои недостатки:
- Точность и достоверность изображения рельефа зависит от масштаба карты. Мелкомасштабные карты в принципе не пригодны для создания цифровых моделей.
- ЦМР, построенная только на данных топографических карт, как правило, вносит определенные погрешности, в процессе аналогоцифрового преобразования.
- Топографические карты, как правило, не содержат отметок дна водоемов, обычно показывается только отметка уреза воды.
- Горизонтали имеют графические пределы по толщине линий (0,2 мм) и расстоянию между линиями, что понижает точность создания ЦМР.
Общая рекомендация к программным средствам создания ЦМР – это контроль геометрической корректности представления горизонталей, т.е. соблюдение двух условий:
- одноименные и разноименные горизонтали не должны пересекаться (сливаться, касаться);
- каждая горизонталь должна быть замкнута на самое себя или границу картографического изображения.
Недостатки топокарт, как основы для ЦМР, могут быть компенсированы другими графическими элементами – например, условными знаками или использованием других источников информации – аэрофотоснимков, космической съемки и т.д.
ТИПЫ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА.
Создание ЦРМ.
Наиболее распространены два вида моделей : растровые и модели TIN.
Растровая модель пространственных данных это разбиение пространства (изображения) на регулярную, обычно, квадратную сеть высотных отметок в ее узлах, расстояние между которыми и ее шаг определяет ее пространственное разрешение.
Суть модели TIN в ее наименовании (нерегулярная треугольная сеть). В пространственном выражении это сеть треугольников – элементов триангуляции Делоне с высотными отметками в ее узлах, что позволяет представить моделируемую поверхность как многогранную. Эта модель для практических приложений обладает набором оптимальных свойств:
- имеет наименьший индекс гармоничности как сумму индексов гармоничности каждого из образующих треугольников (близость к равноугольной триангуляции);
- свойства максимальности минимального угла (наибольшей невырожденности треугольников)
- минимальной площадью образуемой многогранной поверхности.
Недостатком модели является самопроизвольное образование «террас», плоских участков в местах, где их заведомо не может быть. Причина возникновения «террас» объясняется несоответствием между точками цифровой записи и горизонталями.
Устранить этот недостаток можно дополнительным введением «каркаса» - в виде линий, тальвега, водоразделов, перегибов склонов.
Использование ЦРМ
При использовании ЦРМ можно решить следующие задачи:
- выполнить расчет элементарных морфологических показателей: уклонов, экспозиций склонов;
- оценить формы склонов через кривизну их поперечного сечения;
- провести генерацию сети тальвегов и водоразделов и других особых точек и линий рельефа;
- выполнить расчет положительных и отрицательных объемов относительно заданного горизонтального уровня в пределах границ участка;
- построить профиль поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломанной линии
- провести оценку видимости/невидимости с данной точки обзора;
- выполнить интерполяцию значений высот;
- провести трехмерную визуализацию рельефа в форме блок-диаграмм