Розділ 1 цифрові моделі, змістовні аспекти і перспективи використання в землеустрої

1. Загальні підходи та принципи цифрового моделювання

Термін «цифрове моделювання» в геоінформатиці використовується при використанні можливостей математичних методів і програмних засобів для моделювання об’єктів земної поверхні. Основним елементом даного моделювання є цифрова модель місцевості, яка отримується за допомогою різноманітних технологій. Цифрові моделі зберігаються двома способами: в базах даних або у вигляді незалежних файлових структур [10].

Цифрові моделі оперують з різними типами інформації. Метрична інформація визначає вимірювальні характеристики об’єктів, тобто координати, розміри. Ця інформація відносно проста і однорідна по структурі, в силу чого вона стає сильно типізованою. Атрибутивна інформація включає в себе атрибутивні дані та метадані. Вона може поділятися на семантичну, технологічну та інші види. Даний тип інформації визначає приналежність об’єктів до певного класу, описує властивості об’єктів ти їх частин, задає взаємозв’язки і умови обробки, умови відтворення тощо. Синтаксична інформація визначає послідовність роботи при коректуванні чи обновленні цифрових моделей, правила їх побудови і представлення.

Технологічно можна виділити наступні види моделювання: семантичне, інваріантне, геометричне, евристичне, інформаційне. Вони проявляються в різному степені на різних системних рівнях обробки інформації.

Семантичне моделювання взаємопов’язане з задачами кодування і лінгвістичного забезпечення, тому воно використовується в основному на рівні збору первинної інформації. Це зумовлено також великим об’ємом і різноманітністю вхідної інформації, складністю її структури, ймовірною наявністю помилок [12].

Чим біль різнорідна вхідна інформація, тим більший об’єм семантичного моделювання застосовується в підсистемі збору.

Інваріантне моделювання основане на роботі з повністю або частково уніфікованими інформаційними елементами чи структурами. Його ефективність доведена досвідом застосування передусім САПР та інших АС. Даний вид моделювання припускає використання групових операцій, що забезпечує більш високу продуктивність праці в порівнянні з індивідуальним моделюванням.

Крім того, інваріантне моделювання сприяє підвищенню продуктивності обробки інформації, особливо при моделюванні географічних об’єктів.

Геометричне моделювання полягає в зміні геометричних характеристик об’єктів чи в створенні об’єктів. Воно застосовується там, де появляється необхідність обробки метричних даних.

Евристичне моделювання полягає в інтерактивній обробці. Воно основане на експертній оцінці результатів кожного кроку обробки і наступному прийнятті рішень про вибір чергового методу обробки і етапу обробки. Евристичне моделювання дозволяє враховувати індивідуальні властивості нетипових об’єктів і при рішенні нетипових спеціальних задач [10].

Евристичне моделювання базується на реалізації спілкування користувача з ЕОМ по сценарію, що враховує, з одної сторони, технологічні особливості програмного забезпечення, з іншої – особливості і досвід обробки даної категорії об’єктів.

Інформаційне моделювання пов’язане зі створенням і побудові інформаційних моделей. Воно включає перетворення різних форм інформації у вигляд, що задає користувач. Це моделювання ефективне тільки при попередній розробці інтегрованої інформаційної основи і застосуванні баз даних.

Слідує відзначити, що ступінь використання перекислених видів моделювання в геоінформаційних технологіях різна і залежить від етапу обробки інформації.

2. Принципи побудови цифрових моделей рельєфу та методи інтерполяції поверхонь

Під цифровою моделлю рельєфу (ЦМР) – у геоінформатиці розуміють цифрове подання топографічної поверхні у вигляді регулярної мережі комірок заданого розміру або нерегулярної трикутної мережі. Ці дві форми подання цифрових моделей рельєфу є в наш час взаємно конвертованими і мають практично однакові можливості щодо подання і аналізу рельєфу. В поєднанні з даними про топологію місцевості створюється цифрова модель місцевості (ЦММ).

Рельєф може бути зображеним засобами ГІС у растрових або векторних системах. У векторних системах зображення поверхні провадиться за допомогою моделі нерегулярної тріангуляційної мережі, що є лише одним із способів подання Z-величин, які утворюють групу «цифрових моделей рельєфу» [12].

Моделі зображення рельєфу у векторних системах бувають двох типів: основані на точках і на лініях. Моделі створені на основі ліній – майже графічний еквівалент традиційного методу карт ізоліній. У багатьох випадках такі моделі створюються методом цифрування існуючих ізоліній. Після введення ці дані подаються або як лінійні об’єкти, або як полігони з визначеною висотою.

Оскільки на даних цього типу незручно проводити такі операції, як визначення ухилу, експозиції або створювати відмивку рельєфу, звичайно її перетворюють у растрову модель. У результаті отримуємо дискретну матрицю висот, яка відповідає методу растрового зображення рельєфу: кожна точка несе лише одне значення висоти.

Найчастіше висотні дані подані у вигляді регулярної чи нерегулярної мережі. Якщо регулярна сітка достатньо дрібна, то можна легко перетворити значення висоти в кожній її вершині безпосередньо в значення висот пікселів растра. Коли дані подані у формі нерегулярної мережі, виникає потреба оцінювати або проектувати всі відсутні значення. Цей процес, так звана інтерполяція, дає можливість кожному пікселю растра надати розраховане значення висоти.

Регулярна мережа звичайно призводить до надмірності даних на ділянках з мінімумом топографічної інформації та їх нестачі в місцях, що потребують високої детальності. У растровій моделі рельєфу кожен піксель може характеризуватися одним значенням, наприклад, висота дискретної ділянки території. По суті, це призводить до того, що безперервна поверхня одержує дискретне зображення. Крім того, піксель ще і займає деяку площу, зі збільшенням якої у растровій моделі даних знижується точність зображення поверхні.

Важливим, як і розміри пікселя, є розташування в його межах реального значення висоти. Воно може бути в центрі пікселя або в одному з чотирьох його кутів. При аналізі топографічних поверхонь вибір цих точок матиме вплив на результати обчислень.

Метою інтерполяції є розрахунок недостатніх значень у заданих точках поверхні. Найпоширенішими методами інтерполяції є : лінійна інтерполяція, метод зворотних зважених відстаней (ЗВВ), метод поверхні тренда, крікінг, сплайн.

Лінійна інтерполяція виконується на принципі розпізнавання послідовності значень, в якій кожне наступне число в них визначається простою математичною дією. Якщо можна розпізнати цю дію, то можливо й відновити пропущені значення. Візьмемо наприклад послідовність точок зі значенням висоти від 100 до 150 м. Якщо припустити, що поверхня змінюється лінійно, як в арифметичній прогресії, то стає очевидним, що чотири числа на рівних проміжках одне від одного можуть бути визначені як 110, 120, 130 і 140 м. З’єднавши плавними лініями ці точки, можна створити контури рівних висот для 100, 110, 120, 130, 140 і 150 м, тобто створити карту ізоліній, що дозволяє відобразити об’єкти за висотою.

Метод ЗЗВ припускає, що поверхня змінюється не тільки за лінійним законом. У деяких випадках послідовність відліків скоріше логарифмічна або моделюється складним поліномом високого порядку. Крім того, існують підходи до аналізу поверхонь, які потребують визначення загального закону зміни поверхні, а не детального її опису. Деякі з цих методів можуть бути дуже складними математично.

Метод ЗЗВ виходить із припущення, що чим ближче одна до одної розміщені точки вимірів, тим більше їх взаємний вплив. Для точнішого опису топографії потрібно вибрати точки окрути, що демонструють цю подібність поверхні. Це досягається кількома прийомами пошуку, включаючи визначення округи на заданій віддалі від кожної точки, попереднім завданням кількості точок вибірки даних або вибором визначеної кількості точок округи, що беруться в розрахунок [12].

Тренд застосовується у випадках коли більше цікавить загальна тенденція зміни поверхні в різних напрямках, ніж точне моделювання дрібних нерівностей. Як і в методі ЗЗВ, для поверхонь тренда використовують набори точок у межах заданої округи, за якими будується поверхня найкращого наближення на основі математичних рівнянь типу поліномів або сплайнів. Ці рівняння є нелінійними залежностями, що апроксимують криві чи інші форми числових послідовностей. Щоб побудувати поверхню тренда, кожне зі значень округи підставляється в рівняння. З рівняння, використаного для побудови поверхні найкращого наближення, виходить одне значення і присвоюється точці, що інтерполюється. Процес триває для інших цільових точок. Поверхня тренда може бути розширена на все покриття. Значення, що присвоюється цільовому пікселю, може бути простим середнім усіх значень поверхні в окрузі або залежним від визначеного напрямку, у якому орієнтований тренд. Поверхні тренда можуть бути плескатими, що дає уяву про загальну тенденцію ухилу всього покриття, чи більш складними. Тип використовуваного рівняння визначає хвилястість поверхні [10].

Крікінг оптимізує процедуру інтерполяції на основі статистичної природи поверхні. Крікінг використовує ідею перемінної, що змінюється від місця до місця з деякою видимою безперервністю, але не може бути адекватно описана тільки одним математичним рівнянням. Виявляється, багато топографічних поверхонь найкраще моделюється саме таким чином, наприклад, поверхні зміни якості руди, варіації якості ґрунтів і навіть деякі показники рослинності. Крікінг обробляє ці поверхні, вважаючи їх утвореними з трьох незалежних складових. Першою з них, що називається дрейфом або структурою поверхні, є загальний тренд території у визначеному напрямку. Далі крікінг припускає, що існують невеликі відхилення від цієї загальної тенденції типу маленьких піків та западин, що є випадковими, але все-таки просторово корельованими. Нарешті, отримується випадковий шум, що не пов'язаний із загальною тенденцією і не має просторової автокореляції. З кожною із трьох складових треба оперувати окремо. Дрейф оцінюється з використанням відносно простого математичного рівняння, що визначає загальні зміни поверхні подібно до тренда. Очікуване значення висоти вимірюється з використанням варіограми, на якій по горизонтальній осі відкладається відстань між відліками, що називається лагом, вертикальна вісь визначає так звану напівдисперсію між значенням висоти та його сусідів. Таким чином, напівдисперсія є мірою взаємозв’язку значень висоти, що залежить від того, як близько одне від одного вони розміщені. Потім через точки даних проводиться крива найкращого наближення, що дає міру випадкового компоненту [19].

Метод сплайн-аппроксимації у більшості випадків дає непогані результати, навіть коли щільність опорних точок зовсім невелика. У випадку великого розкиду значень параметра метод потребує початкового згладжування. Недоліком також є те, що в деяких випадках з’являються різкі піки та западини.

Урахування цих особливостей дає можливість успішно застосувати сплайни при моделюванні таких відносно спокійних явищ, як поверхня ґрунтових вод, поверхня розподілу температури, вологості, природного радіаційного фону тощо.

Для якіснішого моделювання поверхонь у цифрових моделях рельєфу пропонується використовувати відповідні методи інтерполяції для моделювання різних явищ.

3. Порівняльна характеристика властивостей та функціональних можливостей різних програмних продуктів для побудови цифрових моделей рельєфу

Найпотужніші можливості тривимірного моделювання мають ГІС InterGraph GeoMedia, ERDAS Imagine та ESRI ArcInfo (перше слово у назві продукту означає абревіатуру фірми-виробника, друге - назву продукту) (табл. 1.3.1). Інші ГІС мають тільки окремі засоби для роботи з тривимірними моделями (MapInfo, Panorama Map) або дуже обмежені можливості (Autodesk Map 3D, gvGIS, GRASS, MapXtreme, K-MINE, STAR-APIC, Tekla Xpower, Zulu, Дубль-ГИС, Manifold, IndorGIS, CityCom).

3D модулі GeoMedia, Imagine і ArcInfo мають візуалізатор, що для роботи використовує набір інструкцій відеокарти OpenGL (аналогічний DirectX, але кросплатформний). Цей набір інструкцій дозволяє швидко (до 30 раз за секунду) отримувати зображення, проте сама графіка є невисокої якості, на відміну від таких груп програм, як тривимірні редактори та генератори ландшафтів, візуалізатори яких використовують кілька методів побудови зображення. Процесори сучасних відеокарт підтримують OpenGL, що дає змогу формувати бульш-менш якісну картину. Цей недолік обмежує застосування ГІС для побудови тривимірних моделей. Невеликий перелік умовних позначень, що можуть візуалізуватись як тривимірні об'єкти, накладає додаткові обмеження. Наприк­лад, всі житлові будинки під час візуалізації інтерпретуються як паралелепіпеди, а шляхи сполучення є текстурою (растровим зображенням, що накладається на каркас рельєфу), тобто плоскими.

Таблиця 2.3.1

Порівняльна характеристика функціональних можливостей роботи з ЦМР найпоширеніших ГІС

Функції	ArcGIS	MapInfo	Autodesk Map 3D	GeoMedia
Підтримка векторної моделі із Z-координатою	+	-	+	+
Підтримка регулярної моделі	+	+	+	+
Підтримка тріангуляційної моделі	+	+	+	-
Введення даних із геодезичних приладів	+	-	+	-
Фототріангуляція	+	-	+	+
Автоматична векторизація	+	+	+	+
Тривимірна візуалізація	+	+	+	-
Інтерполяція висот	+	+	-	+
Побудова прпофілів	+	+	+	+
Побудова ізоліній	+	+	-	+
Розрахунок експозиції схилів	+	+	-	-
Розрахунок об’ємів земляних робіт	-	+	+	-
Аналіз видимості	+	+	+	-
Побудова тальвегів та водорозділів	+	-	+	-
Аналіз водостоку	+	+	-	-

Але саме за допомогою геосистем можна збирати і нагромаджувати ті дані, які так необхідні для побудови тривимірних моделей. Адже найбільшою проблемою, з якою стикається виконавець під час створення тривимірної моделі, є відсутність і складність введення даних. До цифрової карти (зокрема і до цифрової топографічної карти, ЦТК) ставляться ті самі вимоги, що й до паперової. Тобто ЦТК більш-менш досконало характеризує місцевість, чого достатньо для побудови каркасу 3D моделі. Подальше покращання художніх характеристик можна виконати зовнішніми засобами, зокрема в наведених нижче тривимірних редакторах .

Конвертована з геосистем тривимірна модель, повно характеризуючи місцевість, з прак­тичного боку, значно поступається ландшафту, з художнього боку. Природна місцевість несе значно більше інформації, яка не є критичною і була втрачена під час картографування. Це мікрорельєф, наявність атмосфери, грунти тощо). За допомогою внесення незначних локальних змін за випадковим законом, можемо отримати той самий мікрорельєф, неоднакову рослинність, ілюзію руху води, хмари на небі тощо).

Далі коротко перераховані найпоширеніші на території України геосистеми і їхні можливості тривимірного моделювання.

ArcGIS - сукупність програмних продуктів американської компанії ESRI (Environmental Systems Research Institute - Інститут досліджень систем навколишнього середовища) з 1982 р. Остання версія - 10.0 (рис. 1.3.1). Програма дає змогу обробляти великі обсяги статистичної інформації, що має географічну прив'язку [2].

Основними компонентами ArcGIS є: настільні інструментальні ГІС (ArcGIS Desktop), у тому числі ГІС-пакети Arclnfo, ArcEditor і Arc View з набором додаткових модулів (extentions), серверне програмне ГІС-забезпечення (Server GIS), до складу якого входять пакети ArcIMS, ArcSDK і ArcGIS Server, мобільні інструментальні ГІС (Mobile GIS), представлені пакетом ArcPad, і ГІС-інструменти, або вбудовані інструментальні ГІС (Embedded GIS), представлені пакетом ArcGIS Engine, а також програми-в'юери (viewers, Web-viewers), такі, як ArqReader і ArcExplorer Настільні інструментальні ГІС сімейства ArcGIS (ArcGIS Desktop) є різномасштабними програмними ПС-пакетами, функціональні і аналітичні можливості яких можуть бути істотно збільшені за рахунок великої колекції додаткових модулів, які називаються розширеннями (extentions) і поставляються окремо.

Рис. 1.3.1. Вигляд робочого вікна середовища ArcScena (ArcGIS)

Для роботи з тривимірними моделями місцевості компанія ESRI розробила модуль ArcGIS 3D Analyst. Він доповнює продукти ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) інструментами створення та аналізу поверхонь, а також двома додатками для створення та подання тривимірних моделей: ArcScene (локальні ділянки території) та ArcGlobe (моделі в планетарному масштабі). Як і вся лінійка ArcGIS, модуль 3D Analyst розроблений на основі COM-моделі і використовує базові компоненти ArcObjects. Це дозволяє скористатися готовими бібліотеками з аналітичними функціями та засобами тривимірної візуалізації при створенні як локальних, так і серверних ГІС-додатків. Наприклад, за допомогою інструмента розробника ArcGIS Engine, можна створювати власні додатки тривимірної візуалізації, що використовують компонент GlobeControl для інтерактивної візуалізації тривимірних сцен [2].

В області тривимірних ГІС одним з перших з'явився модуль ERDAS Virtual GIS (рис. 1.3.2). У подальшому він безперервно розвивався і вдосконалювався, забезпечуючи не тільки створення та аналіз тривимірної сцени, а й надання їй більшої реалістичності за допомогою спецефектів, анімації, гіперпосилань, а також запис відеороликів.

IMAGINE VirtualGIS дозволяє відображати розташування об'єктів у двох та тривимірному просторі, а також відслідковувати їх динаміку. Накладання географічних об'єктів на рельєф території дозволяє значно збільшити інформативність матеріалу [3].

Проектування оптимального розташування об'єктів транспорту, енергетики або водопостачання пов'язане з обробкою великих обсягів просторової інформації. IMAGINE VirtualGIS дозволяє аналізувати будь-яку кількість доступних даних в тривимірному просторі, включаючи рельєф, експозицію схилів, заболоченість території, щільність забудови, ступінь господарського освоєння та багато іншого.

Рис. 1.3.2. Вигляд робочого вікна середовища ERDAS VirtualGIS.

Картографічний програмний продукт AutoCAD Map 3D (рис. 1.3.3) призначений для планування інфраструктури та управління нею. Завдяки інтеграції даних САПР і ГІС користувачі мають можливість приймати більш обгрунтовані проектні й управлінські рішення. Завдяки інтелектуальності моделей та інструментів забезпечується відповідність галузевим і державним стандартам. Інтеграція просторової інформації в базу даних робить дані доступними всім фахівцям, допомагаючи підвищувати якість, продуктивність праці та ефективність управління об'єктами. Працюючи в звичному середовищі AutoCAD, існує можливість:

• отримувати доступ до інформації та редагувати її;

• інтегрувати і аналізувати інформацію про об'єкти;

• ефективно обмінюватися проектної інформацією.

AutoCAD Map 3D 2013 дозволяє фахівцям з ГІС, планувальникам і проектувальникам інфраструктури перетворювати дані ГІС та САПР в інтелектуальні галузеві моделі, а також керувати цими моделями. Створені моделі можна наповнювати даними з джерел даних FDO і файлів DWG ™, задаючи для них класифікацію та атрибути. Після того як всі перетворення завершені, модель зберігається в форматі DWG/DWT і може використовуватися в нових проектах.

Фахівці з ГІС, планувальники і проектувальники інфраструктури можуть працювати в AutoCAD Map 3D 2013 з галузевими моделями у форматі Microsoft SQL Server. Завдяки поліпшеному FDO-джерела методи роботи користувачів з моделями не відрізняються від прийнятих в системах Oracle[1].

Рис. 1.3.3. Вигляд робочого вікна середовища AutoCAD Map 3D

Мобільний додаток AutoCAD WS, що забезпечує роботу з кресленнями AutoCAD в Інтернеті і на мобільних пристроях, дозволяє переглядати, редагувати і передавати іншим користувачам DWG-файли за допомогою Autodesk Cloud. Фахівці, де б вони не знаходилися, можуть ефективно організувати спільну роботу. Креслення, виконані в продуктах сімейства AutoCAD, і файли проектів зберігаються в онлайновому робочому просторі, до якого забезпечений простий і зручний доступ. Перегляд і редагування проектів здійснюються або через браузер, або на мобільних пристроях. Це дозволяє спростити обмін даними та спільну роботу. Додаткове програмне забезпечення не вимагається, а для учасників програми Підписки Autodesk доступ є безкоштовним.

У AutoCAD Map 3D 2013 є можливість описувати лінійні системи координат (LRS), наприклад для залізничних і автомобільних доріг, за допомогою модуля Autodesk Infrastructure Administrator. Після того як користувацька класифікація створена, LRS налаштовується шляхом додавання взаємозв'язків між об'єктами. Шаблони LRS для автомобільних і залізних доріг відкриваються і обробляються в AutoCAD Map 3D [1].

AutoCAD Map 3D 2013 допомагає використовувати одні і ті ж дані в декількох продуктах. Забезпечується сумісність даних між AutoCAD Map 3D, Autodesk Infrastructure Modeler, AutoCAD Civil 3D і AutoCAD Utility Design. Спільний доступ до галузевих моделям даних допомагає групам фахівців працювати з більшою ефективністю.

У AutoCAD Map 3D 2013 є інструмент створення нових умовних позначень. З його допомогою, зокрема, можна додати в картографічну середу позначення, широко використовувані і зрозумілі споживачам.

ГІС Панорама відображає растрово-векторну плоску модель у перспективі. Присутня можливість навігації по моделі шляхом вибору точки на карті, яка стає видимою у вікні 3D навігатора (рис 1.3.4). Можна здійснювати обліт карти за траєкторією, що подібна до вісімки. Програма використовує для візуалізації режим DirectX [14].

Комплекс 3D аналізу призначений для створення моделей поверхонь і вирішення завдань просторового аналізу з використанням побудованих моделей. Комплекс 3D аналізу включає більше 50 завдань. Модель поверхні може відображати різні властивості місцевості, такі як висоти рельєфу, концентрацію забруднення, кількість опадів, рівень радіації та інші. Моделі поверхонь можуть бути створені за векторним даними форматів SHP, MIF, DXF, SXF, KML та інших, за інформацією з таблиць бази даних (DBF, XLS), а також можуть бути завантажені з форматів SRTM, GeoTIFF, XYZ, LAS та інших, всього більше 20 форматів. Моделі поверхонь використовуються для формування тривимірної карти місцевості, а також при вирішенні задач оцінки рельєфу: обчислення відстаней, розрахунок площ і об'ємів, профілювання, побудова зон видимості, визначення напрямків схилів. Комплекс 3D аналізу використовує моделі поверхонь в задачах побудови ізоліній, формування координати H (висота) об'єктів карти, при побудові зон затоплення і для моделюванні аварійних ситуацій. Комплекс 3D аналізу також включає в себе завдання прогнозування зони аварійного розливу нафтопродуктів та розрахунку обсягів земляних робіт [14].

Рис 1.3.4. Вигляд робочого вікна ГІС Панорама при роботі з тривимірними моделям.

Останній випуск GRASS 6 додає підтримку нових 2D/3D топологічних даних та аналіз векторних мереж (рис. 1.3.5). Атрибути даних зберігаються в dbf файлах або в основаних на  SQL СУБД. Система може застосовуватись для візуалізації 3D векторної графіки. GRASS підтримує обширний діапазон растрових і векторних форматів через використання бібліотеки GDAL/OGR[7].

GRASS підтримує обробку растрових і векторних даних в двох та трьох вимірах. Модель векторних даних ґрунтується на топології, що означає, що області визначаються границями та центроїдами; границі не можуть перекриватись на одному шарі. Такий підхід протилежний стандарту Simple Features консорціуму OpenGIS, який визначає вектори набагато вільніше, подібно до систем векторної графіки загального призначення.

Рис. 1.3.5. Вигляд робочих вікон при роботі в середовищі GRASS

GRASS розроблено як середовище, в якому виконуються різні інструменти, призначені для виконання специфічних для ГІС функцій. На відміну від звичайного прикладного програмного забезпечення, після запуску GRASS користувачу відображається модифікований командний процесор UNIXдля виклику команд GRASS. Середовище містить наступну інформацію: географічний регіон, застосованікартографічні проекції, тощо. Під час роботи всі модулі GRASS зчитують цю інформацію та отримують спеціальні параметри. В базову поставку GRASS включено приблизно 200 основних модулів, і понад 100 модулів доступні насайтіGRASS. Модулі GRASS створювались відповідно до філософії UNIX, і, тому, можуть комбінуватись в скриптах для створення нових модулів, що розв'язують специфічні задачі користувачів [7].

4. Перспективи використання цифрових моделей рельєфу в землеустрої

Розвиток ГІС-технологій дає можливість забезпечити новий рівень виконання робіт і дослідження проблем використання земельних ділянок. Їх використання суттєво зменшує затрати часу і збільшує якість результатів.

ГІС-технології, цифрові моделі стали переконливою альтернативою традиційним засобам картографічного моделювання, оскільки вони дозволяють оперувати великими об’ємами даних одночасно, зменшують вірогідність допущення помилок, забезпечують збереження, редагування, вивід великих об’ємів даних тощо.

Для дослідження проблем і особливостей використання земельних ділянок, найефективнішим методом є геоінформаційно-картографічне моделювання, а саме побудова цифрових моделей рельєфу.

Основним мотивом створення цифрових моделей рельєфу є визначення параметрів просторового положення (не тільки планового, а й висотного) будь-яких об’єктів на місцевості. Рельєф місцевості являється визначним фактором, що впливає на якісні властивості ґрунтів, що в свою чергу визначають вид використання певної земельної ділянки [4].

Дослідження рельєфу дають змогу визначити експозицію схилів, дані про яку активно використовуються при сільськогосподарському розподілі земельних ділянок.

В землеустрої такі моделі використовуються головним чином для цифрового подання географічної інформації, визначення просторового положення точок, обчислення і візуалізації зон видимості для однієї або системи точок, розрахунків об’ємів певних об’єктів чи явищ щодо заданого висотного рівня, побудови профілів, виділення структурних ліній рельєфу, у тому числі ліній ерозійної мережі, вододілів, оконтурювання водозборів, створення похідних моделей (крутизни та експозиції схилів).

Для глибшого аналізу рельєфу за цифровою моделлю рельєфу, на її основі складається модель крутизни схилів. Інформацію отриману з даної моделі можна використовувати під час протиерозійної організації території, розробки проектів кадастрового зонування (при наявності схилів крутизною понад вздовж прибережних смуг – розміри цих смуг подвоюються), при організації території землекористувань, враховуючи метричну модель оптимального використання угідь залежно від значення крутизни схилів [6].

Подібним чином створюється модель експозиції схилів. З експозицією схилів пов’язані як природа самих схилів, так і умови господарювання. Проте чи не найяскравіше вплив експозиції схилів проявляється в сільськогосподарському виробництві, впливаючи на терміни дозрівання культур та їх якісні показники, а в кінцевому рахунку – на врожайність. Звідси зрозуміла необхідність врахування просторової орієнтації схилів при проведенні землевпорядних робіт.

Експозиція схилів розглядається у тісному зв’язку із крутизною поверхні, адже чим крутіший схил, тим яскравіше проявляються особливості його просторової орієнтації. Розглядаючи дві дані моделі як єдину сукупність просторових даних, можна досягнути якісно кращих результатів аналізу поверхні території.

Визначення зон видимості може слугувати для вирішення проблем геодезичного забезпечення землеустрою на території даного адміністративного району, а саме для проектування мережі тріангуляції та полігонометрії.

Також для детальнішого дослідження рельєфу території на основі вже створеної цифрової моделі рельєфу створюється модель глибини розчленування рельєфу. Для дослідження річкової системи створюється модель річкових басейнів. Дані дві моделі також взаємопов’язані і розглядати їх потрібно в сукупності, а саме проводити глибину розчленування по річковим басейнам [20].

На основі цифрової моделі рельєфу як такої, та похідних від неї моделей можна створювати системи підтримки й прийняття рішень, які зможуть розглядати дані моделі в сукупності а не окремо. І вже на основі такого аналізу, отримувати принципово нові дані, більш якісно і швидше, ніж традиційними методами подібного аналізу.

Вся сукупність вирішуваних за допомогою ЦММ задач надає можливість швидкого та якісного аналізу проблемних ситуацій землеустрою та їх швидкого вирішення. (див. рис. 1.4.1)

Рис. 1.4.1. Структурно-графічна модель використання цифрових моделей рельєфу в землеустрої.