Назвать способы представления цмр

Способы представления цифровлй модели рельефа

Известно, что топографическая поверхность в общем случае может Г)ыть представлена как в аналоговой форме, так и в цифровой. В пер-иом случае имеют в виду изображение поверхности горизонталями или отмывками, а во втором — каталог координат определенным обра­зом упорядоченных точек, описание связей между ними и алгоритм определения высот точек в заоисимости от их местоположения. С уче­том этого можно дать следующее определение цифровой модели рель­ефа (поверхности):

Цифровая модель рельефа (ЦМР) представляет собой математи­ческое описание земной поверхности как совокупности расположен­ных па ней точек, связей меэюду ними, а такэюе метода определения высот произвольных точек, принадлежащих области моделирования, по их плановым координатам.

Применяемые в настоящее время способы построения цифровой модели рельефа, в зависимости от принятой схемы размещения точек и типа математической модели, можно условно разделить на две группы.

Первая группа объединяет способы, основанные на нелиней­ной интерполяции высот с использованием полиномов, сплайнов, кор­реляционных функций и т. п., различающиеся видом используемой функции, способом отбора исходных пунктов и пр.

Параметры применяемой математической модели вычисляют по опорным точкам, а затем используют для интерполяции высот произ­вольных точек области моделирования по их плановым координатам.

Полиномиальные способы предполагают представление модели­руемой поверхности полиномом второй — пятой степени вида

Для отыскания неизвестных коэффициентов полинома для каждой опорной точки составляют одно уравнение поправок, неизвестными в котором являются коэффициенты полинома а^. а^\ коэффициенты при неизвестных определяют как функции координат в соответствии с уравнением (14.14), а свободные члены находят как разности между отметками опорных точек и их вычисленными значениями при на­чальных значениях неизвестных. Полученную систему решают по­следовательными приближениями, в каждом из которых неизвестные находят методом наименьших квадратов, под условием \pv 2 ] = min. Найденные таким образом коэффициенты ао-.-Яб используют для ин­терполяции высот произвольных точек области моделирования в соот­ветствии с уравнением (14.14).

Кусочно-полиномиальные способы предполагают деление области моделирования на участки, подбор для каждого участка своего ло­кального полинома вида (14.14) и последующую связь локальных по­линомов с помощью переходных уравнений. Во всех случаях возни­кают переопределенные системы, решение которых выполняют методом наименьших квадратов, под условием минимума суммы квадратов рас­хождений высот точек реальной и аппроксимирующей поверхностей.

Сходные по характеру решения используют способы, основанные на применении рядов Фурье (разложений по сферическим гармони­кам), различного рода сплайнов (кубических, бикубических, на много­образиях и др.) и т. и.

Вторая группа объединяет способы, основанные на построе­нии геометрически упорядоченной (регулярной или нерегулярной) модели, элементами которой являются либо определенным образом упорядоченные линии, либо поверхности различных многогранников (треугольников, четырехугольников или иных фигур). Во втором слу­чае поверхность задается точками в вершинах геометрических фигур (треугольников, квадратов и др.) исходя из предположения, что огра­ничиваемая ими поверхность имеет одинаковый и однообразный ук­лон.

Различия между способами связаны со схемой расположения исход­ных точек и характером связей между ними и иллюстрируются на рис. 14.15-14.17, где перечисленные модели наложены на изображение рельефа горизонталями.

Источник

Операции пространственного анализа (для векторных объектов)

1)Выбор объекта — позволяет находить объекты на карте и работать далее с ними.

Выбрать объекты можно:

-с помощью мыши (указывая на них или растягивая прямоугольник поверх них);

-по названию (по текстовому значению атрибута);

-с помощью графики (выбираются объекты, которые целиком попадают внутрь или пересекаются нарисованной графикой);

-с использованием атрибутивного запроса к слою, если необходимо выбрать объекты по значениям их атрибутов;

-с помощью выбора записей в атрибутивной таблице (при этом на карте выбираются объекты, к которым относятся эти записи).

2)Поиск объектов по пространственным критериям (пространственный запрос) — используется для решения задач соседства, смежности и вместимости.

Типы пространственных связей (отношений), устанавливаемых между объектами в ГИС:

•полностью располагаются внутри,

•имеют свой центр внутри другого объекта,

•содержат центр другого объекта,

•пересекают (т.е. у них есть хотя бы одна общая точка),

•находятся в пределах заданного расстояния от других объектов.

3)Операции наложения (оверлей) — пространственные операции, возвращающие новые геометрические фигуры, получаемые в результате наложения исходных фигур (их наборов точек).

-Создает новую фигуру с набором точек исходной, которые находятся внутри или на границе области вырезания.

-Новая фигура — того же типа, что и исходная.

-Вычисляет геометрическое пересечение двух фигур и возвращает новую фигуру, присутствующую одновременно в 2-х исходных.

-Вычисляет геометрическое объединение двух фигур (одной размерности) и создает новую фигуру, образованную всеми точками 2-х исходных.

4)Буферизация – создание буферной зоны — области, граница которой отстоит на заданном расстоянии от границы исходного объекта (или объектов).

Используется для анализа размещения объектов в пределах буферных зон (анализ окрестности).

5)Агрегирование объектов – построение новых более крупных объектов (зон), однородных по выбранному критерию путем объединения объектов с одинаковыми значениями указанного атрибута.

6)Анализ сетей – это операции, исследующие топологические и геометрические свойства линейных пространственных объектов, образующих сети (гидрографическая сеть, сети коммуникаций).

Анализ сетей включает:

-поиск наикратчайшего пути между двумя точками,

-расчет маршрута движения с минимальными издержками (например временными),

-выбор оптимального маршрута между несколькими узлами сети,

-нахождение ближайшего сервисного центра и т.п.

Методы создания тематических карт в ГИС:

1)Отдельный символ — все объекты темы изображаются одним цветом и символом. Метод полезен, когда необходимо показать только расположение объектов в теме, а не их атрибуты.

2)Уникальное значение — в этом методе каждое уникальное значение выбранного для отображения на карте атрибута представляется уникальным символом. Наиболее эффективен при изображении качественных данных (типов почв, типов землепользования, типов дорог).

3)Цветовая шкала — объекты изображаются символами, цвет которых представляет диапазоны изменения выбранного атрибута. Метод полезен для отображения количественных данных, имеющих непрерывную последовательность значений.

4)Масштабируемый символ — объекты изображаются символами, размер которых представляет диапазоны изменения значений атрибута. Используется только для точечных и линейных данных.

5)Плотность точек — объекты полигональной темы изображаются точками, число которых, умноженное на вес точки, соответствует значению выбранного для отображения на карте атрибута. Используется для демонстрации распределения какого-либо явления по площади.

6)Локализованная диаграмма — объекты изображаются диаграммами (круговыми или столбчатыми; компоненты диаграмм соответствуют выбранным атрибутам данных). Метод полезен для одновременного изображения значений нескольких атрибутов.

29. ГИС-технологии: картографический калькулятор, операции растрового пространственного анализа.

Картографический калькулятор вычисляет значения ячеек для нового растрового слоя посредством создания логических выражений, основанных на одном или нескольких растровых слоях.

Для создания выражений используются математические операторы и математические функции. Выражения могут быть простыми с единственной функцией, либо сложными с множеством операторов и функций.

Доступны логарифмические, специальные математические (абсолютное значение, целочисленная часть и т.п.), тригонометрические и степенные функции.

Существует три группы математических операторов: арифметические, операторы сравнения и логические операторы.

Операции растрового пространственного анализа:

1)Анализ близости — создается растр, хранящий для каждой ячейки идентификатор или атрибут ближайшего к этой ячейке объекта.

Объектами, по отношению к которым определяется близость ячеек растра, могут быть точки, линии, полигоны или ненулевые ячейки другого растра.

Анализ близости может быть использован для нахождения:

-области, привязанной к каждому исходному объекту,

-объектов одного слоя, ближайших к объектам другого слоя.

2)Анализ расстояния — создается растр, содержащий для каждой ячейки расстояние до ближайшего объекта.

Объектами, используемыми для нахождения расстояния, могут быть точки, линии, полигоны или ненулевые ячейки другого растра.

Прямолинейное расстояние вычисляется от каждой из выходных ячеек, не содержащей объект, до ближайшего объекта. Выходным ячейкам, содержащим объект, присваивается 0.

Растр расстояний может быть использован:

-для создания одной или набора буферных зон вокруг объектов (в растровом представлении);

-нахождения объектов в пределах заданных расстояний от других объектов.

3)Анализ видимости — операция обработки цифровых моделей рельефа, обеспечивающая оценку поверхности с точки зрения видимости или невидимости отдельных ее частей с некоторой точки (или точек) обзора.

Два типа анализа видимости:

•расчет линии взгляда — определение видимости вдоль указанной на поверхности линии с конкретной точки наблюдения;

•расчет зон видимости — определение областей поверхности, которые видны с одной или более точек наблюдения. В результате получается растр, каждой ячейке которого присваивается атрибут, обозначающий количество точек наблюдения, из которых видна данная ячейка.

30. Цифровая модель рельефа:определение; способы цифрового представления рельефа; источники данных,анализ ЦМР.

ЦМР(DEM)-цифр. представление 3-мерных пространственных объектов в виде 3-мерных данных с координатами x,y,z, расположенных:

— в узлах регулярной сетки с образованием матрицы высот(растровая модель);

— в узлах нерегулярной треугольной сети(TIN-модель);

— или вдоль горизонталей или иных изолиний(векторная модель).

Наиболее распространенный способ построения ЦМР — растровая модель.

Источники данных для создания ЦМР:

1) топографические карты;

2) данные дистанционного зондирования (ДДЗ);

ЦМР SRTM получена посредством радарной топографической съемки в рамках Shuttle Radar Topograthic Mission. Целью SMRT было получить ЦМР с высоким разрешением, покрывающую большую часть земной поверхности(>80%).

Анализ ЦМР включает:

1)получение производных данных:

-уклон (угол наклона склона);

-экспозиция склонов (направление уклона);

-профиля поперечного сечения;

-гидрологического анализа (определение водосборных бассейнов, сетей поверхностного стока).

31. Интерполяция поверхностей(что собой представляет; основное предположение, на котором базируется интерполяция;сутьпонятияпространственной автокорреляции; основные классы и разновидности методов интерполяции; 4 основные метода интерполяции, используемые в ГИС (только перечислить с указанием, к какой разновидности методов интерполяции принадлежат).

Интерполяция поверхностей — процесс прогнозирования значений для точек, где нет измеренных значений, по ограниченному набору опорных точек с известными значениями.

Чтобы создать модель непрер. поверхности, берется выборка точек, для которых опр-ся значения:

Затем исп-ся разл.методы интерполяции, чтобы предсказать значения во всех точках растра по огранич. набору опорных точек с известными значениями.

1)Чем больше опорных точек и чем шире они распространены по поверхности, тем достовернее результаты интерполяции.

2)Интерполяция основана на предположении, что чем ближе расположены точки, тем больше похожи их св-ва и наоборот.

Пространственная автокорреляция определяет зависимость между близкими и отдаленными пространст. объектами.

-положительная (близкие объекты имеют сходные атрибуты);

-нулевая (атрибуты объектов не зависят от их положения);

Методы интерполяции поверхностей:

-используют для интерполяции мат.функции и не имеют случ.компоненты;

-основ-ся на мат. и стат. моделях;

-позволяют оценить точность интерполяции, построить поверхность.

Четыре основных метода интерполяции:

Источник

Что такое цифровое моделирование рельефа и его виды: создание 3D модели местности

Исследовать каждый сантиметр заданной территории невозможно. Поэтому исследователям приходится интерполировать значения неизведанного пространства по соседствующим дискретным данным, координатам. Для таких целей и требуется цифровое моделирование рельефа местности. Это позволяет предоставить гипотетические сведения о том или ином участке поверхности, его геопространственных координатах, характеристиках и возможных реакциях на то или иное воздействие.

Такой инструмент необходим не только геологам и географам, но и строителям, архитекторам. Без точных сведений о рельефе на участке строительства невозможно начать проектирование.

Обычно такая подготовительная работа поручается специалистам, которые затем передают данные в другие руки.

Трехмерные 3D цифровые модели рельефа и местности (ЦМР и ЦММ): что это такое

Англоязычный термин – Digital Elevation Model (DEM) или Digital Terrain Model (DTM). Моделирование представляет собой создание растрового образца или топографической карты местности, выполненной в виде мелких ячеек – сети. Она образована массой дискретных чисел, координат, которые определяют местонахождение важных объектов, в том числе рек, возвышенностей и пр.

Такой метод используется в картографии. Он позволяет восстанавливать порядок чисел на тех участках, которые не были досконально исследованы. Это делается с помощью двух процедур:

интерполирование – величины ищутся по уже известным показателям;

экстраполирование – значение находится не в заданном интервале, а в определенной точке.

Во втором случае применяется также формула, которая обуславливает построение цифровой модели рельефа (ЦМР) и местности (ЦММ).

Для работы с такими растрами используется технология ГИС. Это требуется как для природно-охранительных мероприятий, так и для сельскохозяйственных нужд. Кроме того, с появлением и развитием электронных онлайн-карт, навигаторов, способами DEM заполняются неизведанные пустоты на территории.

Топографическая информация об уже известных точках получается путем исследований на местности, а также благодаря спутникам. На участке проводятся следующие инженерные изыскания:

Все они проводятся с занесением всех данных в предпроектную документацию. Исследователи-геодезисты предпочитают использовать для работы компьютерную программу Geonium. Она автоматизирует все изыскательные работы, делает выпуск всех чертежей в соответствии с регулярно обновляющимися нормами. Софт содержит 6 модулей, которые в комплексе позволяют создать подробную топографическую карту с нанесением сечений, размеров.

Цифровая модель рельефа местности представляет собой результат сложения всех работ на местности и дистанционного зондирования. Он их достоверности зависит правильность выстраиваемого объекта.

Расположение точек на сетке

Модель обычно представлена в двух или трех координатах. Классические карты содержат только две линии, они определяются соответственно по функциям: Z=f(X, Y), где координаты X, Y – это горизонтальное и вертикальное расположение единиц. Им характерны различные значения, их может быть настолько много, насколько качественно проведены исследования – температура в различные периоды, влажность, давление, расположение над уровнем моря, почвенные показатели, уровень грунтовых вод и многое другое.

Когда появляется третья величина, говорят о создании объемной цифровой модели местности – 3D ЦММ. Такое моделирование можно проводить исключительно на компьютерной платформе, которая поддерживает трехмерное проектирование, например, ZWCAD.

Расположение координат зависит от способа получения данных – более подробные и менее. Как могут располагаться точки:

Регулярно, часто на квадратных, треугольных или шестиугольных ячейках – если были проведены исследования с помощью тахеометрической съемки или нивелирования.

Линейно, когда значения могут распределяться по одной прямой – если были проведены картометрические изыскания.

Разбросано (изолинейно). Такие узоры получаются при особенностях рельефа.

В зависимости от этого используются такие типы интерполяции цифровых моделей рельефа:

способ порций Кунса;

применение ортогональных и неортогональных полиномов, рядов Фурье;

скользящее взвешенное осреднение и пр.

Подробность и адекватность результатов зависят не только от способа построения формул, но и от размера ячеек. Если берутся крупные шестигранники или четырехугольники, то вероятность достоверности минимальна.

Если есть возможности укрупнить изображение и взять за единицу минимальный отрезок, то точность ЦМР повысится. Но для сверки обычно используют реальный взгляд на топографию местности.

Виды структур для представления поверхности цифровой модели рельефа местности

TriangulatedIrregularNetwork – это неровность, которая состоит из непрерывающих связь треугольников. Так ребро каждого элемента – это часть соседствующей фигуры. Вершины каждого пазла – точки координат с известным значением. Они соединяются не линейно, а по принципу триангуляции Делоне. Для этого через вершины проходят окружности, а ребра ставятся по соответствующим точкам пересекающихся кругов.

Минусом является возможная погрешность из-за неполных данных. Но несомненный плюс такой модели в том, что исследования не содержат изменений исходных значений. Также это самый быстрый способ интерполирования. Раньше все ГИС работали по такому принципу, сейчас более популярным становится следующий.

Дословный перевод с английского – сетка. Она действительно представляет собой сеть со значением высот. Матрица преобразует, интерполирует исходные значения, заполняя полученными результатами ячейки. Особенность системы в том, что показатели могут бесконечно преобразовываться и уточняться, в зависимости от приближения.

Выбор интервала между точками зависит от местности. На территории с низким уровнем пересеченности (равнины) работа с цифровой моделью рельефа имеет укрупненный шаг. В то время как для показателя неровности – холмы,овраги, водоемы – используются частотные полосы с минимальным отступом координат друг от друга.

TGRID

Triangulatedgrid – сетка сочетает принципы двух предыдущих программ. Основное преимущество в том, что такая технология идеально подходит для описания сложных топографических карт, мест с трудным рельефом. Математические вычисления помогают предугадывать, на первый взгляд неожиданные, изменения поверхности, такие как валуны и небольшие впадины. Используется не один, а несколько методов интерполяции:

метод обратных взвешенных расстояний;

Так, кроме формул и закономерностей, появляются статистические данные, которые учитывают возможность непредвиденного появления неровностей.

Этапы создания цифровой модели рельефа по данным топографических карт

В электронные системы ГИС до настоящего момента еще заносят данные, которые представлены в многообразных топографических картотеках. Это делается следующим образом:

Сканирование. При этом процессе должно учитываться оптимальное разрешение. Оно определяется исходя из нужд ЦММ. Слишком детальная информация может не пригодиться, зато основа будет долго загружаться, а ее проработка потребует длительного времени.

Стыковка и наложение. Этот этап позволяет склеить все элементы будущей модели, сделать швы незаметными, дополнить имеющиеся погрешности в данных, например, если на одном источнике не было что-либо отмечено, а на втором было.

Векторизация. Чтобы отметить горизонтальные линии, необходимо программное обеспечение, которое сделает это в автоматическом режиме. Если самостоятельно, вручную к этому приступать, то потребуется много времени.

Интерполяция растрового изображения по одному из выше представленных методов. Этот момент и делает из электронной карты полноценную ЦМР.

Объемная визуализация. Если цифровая модель рельефа загружена в ГИС, то с этим не будет проблем. Работать с ней будет удобно во многих САПР, в том числе в ZWCAD. Программа поддерживает большинство форматов. Если создание ЦММ было необходимо для последующего проектирования, то можно сразу пользоваться программными продуктами от «ЗВСОФТ».

Для чего нужно создание модели местности – область применения

В совокупности значений такая технология необходима для детального изучения рельефа на любой территории. Его можно познавать как на плоскости, так и в объеме. Кроме того, при желании можно спрогнозировать разрез почвы, определить уровень грунтовых вод и прочее. Так что, правильнее всего будет сказать, что ЦММ необходимы для изучения местности буквально вдоль и поперек. Такими широкими возможностями пользуются во многих отраслях:

В целях картографирования. Это направление положило истоки оцифровки данных, а также дало множество исходного материала. Теперь уже оно само пользуется возможностями топографических моделей.

Ландшафтный дизайн. Для обустройства обширной местности потребуется узнать обо всех особенностях грунта и рельефа – где будет скапливаться вода, в каком месте лучше посадить растения.

Проектирование зданий и сооружений. Эта цель сейчас одна из основных, которые обслуживают ЦММ. Растровые изображения переносятся в системы CAD, а могут там и создаваться. На такой подложке создаются модели будущих строений. Учитываются не только координаты тех или иных точек, но и характеристики строительной площадки.

Строение автомобильных дорог, магистралей и развязок. Перед тем как приступить к ремонтным работам, а тем более до начала масштабного строительства, необходимо подробно изучить ту основу, на которой будет стоять дорога. Исследуется не только рельеф, но и уровень возможной просадки, нахождение грунтовых вод, которые могут размыть основания и пр.

Природоохранительные задачи. Особые точки на сетке ставятся в тех местах, где располагаются водоемы. Когда перед глазами сотрудника растровая картинка, намного легче ориентироваться на местности, отмечать все достопримечательные или особые места.

Научные изыскания: биологи, экологи, географы, геологи и многие другие ученые в качестве исследований выбирают ЦММ.

Бытовое использование цифрового моделирования в ГИС – электронные карты, навигаторы. Без карты в гаджете многие пользователи не смогут ориентироваться в городе, не говоря уже о незнакомых местах.

Источник