Цифровое моделирование рельефа
Цифровое моделирование рельефа как одна из важных моделирующих функций геоинформационных систем включает две группы операций, первая из которых обслуживает решение задач создания модели рельефа, вторая – ее использование.
Под цифровой моделью рельефа (ЦМР) 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.
Первые эксперименты по созданию ЦМР относятся к самым ранним этапам развития геоинформатики и автоматизированной картографии первой половины 60-х годов XX в. С тех пор разработаны методы и алгоритмы решения различных задач, созданы программные средства моделирования, крупные, в том числе национальные и глобальные, массивы данных о рельефе, накоплен опыт решения с их помощью разнообразных научных и прикладных задач.
Схема создания ЦМР
Типы цифровых моделей рельефа
Обычно первичные данные существуют или с использованием тех или иных операций приводятся к одному из двух наиболее широко распространенных представлений поверхностей (полей) в ГИС: растровому представлению (модели grid) и модели TIN.
Математические алгоритмы, используемые для цмр
Создание ЦМР и пересчет их из одного вида в другой базируется на использовании математического аппарата. От правильного его применения зависит не только адекватность построенной модели, но и оптимальность затрат ресурсов машинной памяти и времени вычисления.
Среди основных групп алгоритмов выделяют:
вычисление отметок высот в произвольных точках по исходному множеству нерегулярно расположенных точек;
вычисление отметок высот в произвольных точках по исходным точкам, заданным триангуляцией Делоне;
вычисление отметок высот в произвольных точках по исходным точкам, заданным на матрице высот Готовая цифровая модель способна обеспечить решение самых разнообразных задач благодаря развитым функциям цифрового моделирования рельефа, которые встроены в современные универсальные полнофункциональные инструментальные программные средства ГИС.
Обычно функционально обособленные модули обработки ЦМР в составе таких программных продуктов поддерживают следующие группы функций:
расчет «элементарных» морфометрических показателей: углов наклона (уклонов) и экспозиций склонов;
оценка формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечений;
генерация сети тальвегов, водоразделов и других особых точек и линий рельефа, нарушающих его «гладкость»;
подсчет положительных и отрицательных объемов относительно заданного горизонтального уровня в пределах границ участка;
построение профилей поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломаной линии;
аналитическая отмывка рельефа;
оценка зон видимости или невидимости с заданной точки (точек) обзора (анализ видимости/невидимости);
трехмерная визуализация рельефа в форме блок-диаграмм и других объемных каркасных (нитяных), полутоновых (светотеневых) и фотореалистичных (текстурированных) изображений, в том числе виртуально-реальностных, например, путем драпировки поверхности рельефа цифровыми космо- или аэрофотоизображениями;
построение изолиний по множеству отметок высот (например, генерация горизонталей);
интерполяция значений высот, другие трансформации исходной модели (например, осреднение, сглаживание, генерация, фильтрация и т.п.);
ортотрансформирование аэро- и космических снимков.