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

Дата добавления: 2014-01-03