Цифровые модели местности
Развитие автоматизированных методов обработки пространственной информации привело к появлению нового направления в геодезии – цифрового моделирования. Основной элемент цифрового моделирования – цифровая модель местности (ЦММ).
Цифровая модель местности (ЦММ)– множество точек с координатами х, у, z иразличными кодовыми обозначениями для аппроксимации рельефа местности с ее природными характеристиками, условиями и объектами. В общем случае используют сочетание цифровых моделей, характеризующих ситуацию, рельеф, гидрологические, инженерно-геологические, технико-экономические и другие показатели.
Цифровые модели оперируют с различными типами информации:
· метрическая информация – передает метрическую (измерительную) характеристику объекта, т. е. координаты, размеры;
· атрибутивная информация – информация о свойствах и связях объектов (семантическая);
· синтаксическая информация – определяет последовательность работы при корректировке или обновлении ЦММ, правила построения и представления ЦММ.
При решении различных задач на ЭВМ используют математическую интерпретацию цифровых моделей, ее называют математической моделью местности (МММ). Под математической интерпретацией понимают представление ЦММ в виде математических зависимостей.
Частным случаем ЦММ является ЦМР – цифровая модель рельефа. Сбор данных для ЦМР осуществляется обычно путем цифрового преобразования горизонталей или расчета фотограмметрических измерений. ЦММ и МММ используют как исходную информацию при автоматизированном проектировании (продольные профили земли по оси трассы, поперечные профили, инженерно-геологические разрезы и т. д.).
При цифровом моделировании местности могут использоваться регулярные, нерегулярные и статистические ЦММ.
Регулярные ЦММсостоят из множества точек с известными координатами, расположенных в узлах геометрических сеток различной формы, чаще в виде сети квадратов (рис. 15.1а) или равносторонних треугольников (рис. 15.16). Используют также ЦММ на поперечниках к магистральному ходу (рис. 15.1в).
Если на район работ имеются крупномасштабные карты и планы, то создают ЦММ в виде массива точек, расположенных через определенные интервалы на горизонталях (рис. 1г).
Кроме того, используют массивы исходных точек, расположенных по характерным точкам рельефа местности (рис. 1д), когда между парой соседних точек возможна линейная интерполяция высот.
Рис. 15.1. Виды цифровых моделей местности
Статистические ЦММсостоят из массива исходных точек, полученных по законам случайного распределения, близкого к равномерному, с использованием нелинейной интерполяции высот поверхностями второго, третьего и т.д. порядка.
При наличии ЦММ или МММ облегчается построение профилей местности по заданному направлению и построение трехмерных проекций изображений местности, дающих более наглядное общее представление о проектируемом объекте, чем плоские проекции. Перечисленные задачи можно решать с помощью соответствующего программного обеспечения в зависимости от формы представленных исходных материалов.
Цифровая модель местности (ЦММ), может быть получена с помощью разнообразных технологий. Оптимальной является технология подготовки исходных топографических материалов на основе цифровых данных автоматизированных полевых работ, выполненных с помощью электронных приборов (теодолитов, тахеометров). В этом случае цифровые данные поступают непосредственно на компьютерную обработку с помощью специального программного обеспечения. В результате получают топографические планы или цифровые модели местности в электронном виде, которые являются исходными для разработки генеральных планов и других чертежей.
В случае использования топографической основы, полученной вручную, ее необходимо преобразовать в файловую форму путем сканирования или дигитализации (с помощью дигитайзера), что требует дополнительных затрат труда и вносит дополнительные искажения и ошибки.
Наибольшее распространение цифровые модели нашли в ГИС, строительстве, архитектуре. Цифровое и математическое моделирование существенно изменило методы изыскания и проектирования строительных объектов.