Понятие о цифровой модели местности

Цифровые модели рельефа и их построение

 

Под цифровой моделью рельефа - ЦМР (в англоязычной научной ли­тературе Digital Elevation Model-DEM или Digital Terrain Model-DTM) в технологии географических информационных систем обычно понима­ют цифровое представление топографической поверхности в виде растра или регулярной сети ячеек заданного размера. Однако, суще­ствуют и другие подходы к трактовке данного понятия. Так, И. Г.Череванев цифровой (точнее, структурно-цифровой) моделью релье­фа называет модель, образованную дискретным массивом чисел, ха­рактеризующих пространственное положение характерных точек ске­летных линий (тальвегов и водоразделов) одного порядка. В картогра­фии под ЦМР любого географического поля, в том числе и рельефа, понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий вычислять (восста­навливать) значения поля в заданной области путем интерполирования и/или экстраполирования. В последнем случае в круг определе­ния ЦМР, таким образом, включаются форма задания исходных дан­ных и способ вычисления значений поля в заданных точках.

Представляется, что с точки зрения исследования территориаль­ных природных или природно-хозяйственных комплексов средствами ГИС-технологии, предпочтительным является первое определение, трактующее ЦРМ как один из слоев информационного блока ГИС, со­держащий цифровую информацию об отметках топографической по­верхности в виде растра. В этом случае форма представления исход­ных данных о рельефе и способ восстановления значений топографи­ческой поверхности по ячейкам растра заданного размера с использо­ванием методов интерполяции и экстраполяции составляют основу ее построения.

Данные о рельефе могут быть получены путем натурных измере­ний, включая топогеодезические работы на местности, промерные ра­боты на водоемах, дистанционное зондирование, а также на основе картометрических работ. В связи с этим возможны существенно раз­личные формы задания этих данных:

1) с регулярным расположением точек на прямоугольных, треуголь­ных и шестиугольных (гексагональных) сетках (полученные, например, при тахеометрической съемке или специальных видах площадного ни­велирования);

2) с нерегулярным представлением точек по структурным линиям, профилям, центрам площадей, локальным точкам (полученные в результате картометрических работ);

3) с изолинейным (уроненным) заданием точек, расположенным по изолиниям равномерно или с учетом сложности их рисунка (получае­мым, например, при цифровании горизонталей).

Форма задания исходных данных о рельефе, их детальность и достоверность определяют способ пространственной интерполяции и экстраполяции в пределах исследуемой территории, а также степень адекватности построенной модели рельефа.

Пространственная интерполяция точечных данных основывается на выборе аналитической модели топографической поверхности. В общем случае топографическая поверхность представляет собой функцию двух переменных Z=f(X, Y), заданную в некоторых точках исследуемой об­ласти пространства, количество и взаимное расположение которых может быть, как отмечено выше, различным. Задача интерполяции заключается в том, чтобы построить по этим данным эту функцию для всей области, то есть задать алгоритм вычисления функции f(X, Y) в любой точке с координатами Х и Y. В связи с невозможностью описа­ния Топографической поверхности в пределах всей территории одной функцией, для пространственной интерполяции поверхностей с регулярным расположением опорных точек обычно используют кусочную полиномиальную и сплайновую интерполяцию с применением в последнем случае кубических сплайнов (в том числе, так называемых В-сплайнов, а также способ "порций", введенный Кунсом). Пос­ледний применяется в том случае, когда опорные точки расположены на профилях разрезов. При нерегулярной схеме расположения опор­ных точек используется кусочная полиномиальная интерполяция с при­менением как ортогональных, так и неортогональных полиномов, рядов Фурье, аналитическая сплайн-интерполяция (с использованием D-сплайнов), скользящее и скользящее взвешенное осреднение и некоторые другие методы

Количество используемых методой аналитического описания топог­рафических поверхностей, лежащих в основе пространственной ин­терполяции данных опорных точек и построения цифровых моделей, как следует даже из приведенного краткого обзора, достаточно вели­ко. При этом результаты пространственной интерполяции различными методами отличаются друг от друга, иногда существенно. Отдельную проблему составляет выбор размера ячейки растра, определяющий степень генерализации рельефа при его моделировании. Оценка адек­ватности того или иного способа построения ЦМР и выбор оптимально­го для данного характера рельефа и сути решаемых задач должны основываться на результатах сопоставления реального рельефа (либо его картографического представления) и построенных цифровых моде­лей.

 

 

Понятие о цифровой модели местности

 

Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве её точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. В последнем случае элементы ситуации могут быть заданы только плановыми координатами Х и Y. Цифровая модель рельефа обязательно задаётся одновременно плановыми координатами и высотами Н.

Цифровая информация о местности очень удобна для представления и хранения в электронном виде.

ЦММ эффективно пользоваться при аналитических проектных работах. В этом случае такие модели строят с помощью топографических карт. Очевидно, что при построении дискретной картины местности (количество точек ограничено) криволинейные контуры необходимо заменять отрезками ломаных линий. При этом отклонение криволинейного контура от сглаживающей ломаной линии не должно быть больше 0,3 мм. Точки контуров (углы зданий, углы поворота линейных объектов и т.п.) определяют их координатами, измеренными непосредственно по карте, либо используют их значения, полученные в процессе топографической съёмки.

Цифровая модель местности: а) представление ситуации; б) представление рельефа.

Аналитическая форма представления ситуации (рис. 8.1 а) имеет вид таблицы с номерами точек (1 – 26), их координатами Х, У и указанием взаимосвязи точек контура, например, 1-2-3-4 – сплошной контур дома, 25- 24-26 – контур леса. Такая информация записывается в кодированном виде в таблице.

При задании рельефа в аналитической форме используют два метода. В первом, в зависимости от сложности рельефа, координаты и высоты точек определяют в узловых точках сплошной равномерной сети равносторонних треугольников и квадратов. В каких-то местах эта сеть может быть гуще, в других – реже. Такой метод имеет недостаток, определяемый рассогласованностью выбора координируемой точки с характером рельефа местности. Во втором методе (рис. 7.1 б) выбор координируемых точек определяется особенностями рельефа в тех или других частях местности. Точки выбирают на характерных линиях (линиях водослива и водораздела), на вершинах возвышенностей и по дну котловин (ям), в седловинах, в местах перегибов рельефа с выделением фрагментов с однородным склоном и т.п. Таким образом, во втором методе используется подход, соответствующий методике топографической съёмки рельефа, например, при тахеометрической съёмке.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: