25. Цифровое моделирование рельефа. Источники данных для цмр. Использование цмр

ЦМР – это средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей) в виде трехмерных данных, образующих множество высотных отметок и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах сети или совокупность записей горизонталей или иных изолиний.

В зарубежной литературе принято различать собственно ЦМР (Digital Terrain Model – DTM или Digital Elevation Model – DEM) и «цифровую модель поверхности» (Digital Surface Model – DSM). Под последней понимается «рельефоид» – неоткорректированный набор высотных данных, отражающих внешнюю поверхность крон, зданий и любых надповерхностных рельефов.

Первые эксперименты по созданию ЦМР относятся к началу 1960-х годов. К настоящему времени созданы программные средства моделирования и анализа поверхностей, массивы данных о рельефе, накоплен опыт использования ЦМР при решении научных и прикладных задач.

Источники данных о рельефе. Существует множество источников данных о рельефе в силу многообразия способов получения первичных сведений и их производных.

Источники данных о рельефе – 1) результаты геодезических работ и топографическая съемка местности, 2) стереофотограмметрическая обработка аэро-, космоснимков, фототеодолитных снимков, 3) альтиметрическая съемка (рельеф суши), 4) эхолотирование подводного рельефа, 5) радиолокационная съемка небесных тел и ледникового ложа. При этом каждый из этих типов источников включает в себя набор различных вариантов получения и обработки исходных данных. Например, полевая топографическая съемка может выполняться методами тригонометрического нивелирования, тахеометрии, мензульной съемки, лазерного нивелирования, на основе глобальной системы позиционирования GPS и т.д.

Пространственная организация данных о рельефе – как правило, из множества опорных точек, тоже различна. Сеть может быть регулярной, структурной и хаотичной. Можно выделить системы высотных отметок рельефа в случайно расположенных точках, в упорядоченных множествах точек, в узлах регулярной решетки, в линейно упорядоченных множествах (обвод линии) и др.

4 типа исходных множеств точек: 1) нерегулярно расположенных точек, 2) нерегулярно расположенных точек, положение которых связано со структурой рельефа (структурные линии), 3) точек, регулярно расположенных вдоль линий, слабо связанных со структурой поля (галсы на профилях), 4) регулярно расположенных точек (прямоугольные, треугольные и др.сети). Эти исходные массивы в свою очередь преобразуются в регулярно расположенные точки, TIN-модель и далее в изолинии, матрицы высот, вторичные характеристики (уклоны и пр.).

Использование ЦМР

Готовая ЦМР способна обеспечить решение разнообразных задач благодаря развитым функциям цифрового моделирования рельефа, которые встроены в современные полнофункциональные ГИС. Модули обработки ЦМР обычно поддерживают следующие функции:

• расчет «элементарных» морфометрических показателей: углов наклона (уклонов) и экспозиций склонов;

• оценка формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечений;

• генерация сети тальвегов и водоразделов (сепаратрисс) 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 (светотеневая отмывка);

• трехмерная визуализация рельефа в форме блок-диаграмм и других каркасных, полутоновых и фотореалистичных изображений (в том числе путем драпировки поверхности цифровыми космо- и аэрофотоизображениями;

• оценка зон видимости или невидимости;

• интерполяция значений высот, другие трансформации исходной модели (сглаживание, генерализация …);

• ортотрансформирование аэро- и космических снимков.

Перечисленные функции стандартного коммерческого обеспечения ГИС не исчерпывают всех возможностей обработки данных о рельефе.

Использование ЦМР предполагает расчет разнообразных «частных» характеристик – производных от функции высот: углов наклона, экспозиции и формы склона. Так, экспозиция склона численно равна азимуту проекции нормали склона на горизонтальную плоскость и выражается в градусах, либо по 8, 16 или 32 румбам (экспозиция плоского склона с нулевой крутизной не определяется).