Цифровая модель местности (ЦММ). Описание и технология создания
1. Понятие цифровой модели местности (ЦММ).
В общем случае местность, как объект топографической съемки, можно рассматривать как совокупность двух компонентов:
— поверхности Земли, представленной в трехмерном пространстве и обладающей только геометрическими свойствами;
— множеством природных и антропогенных объектов, представленных их
семантическими свойствами и сочетаниями линий и точек на топографической поверхности, являющимися следами ее сечения объектами.
Таким образом, при цифровом моделировании земная поверхность должна быть представлена моделями ситуации и моделями рельефа, на основе растровой и векторной моделей данных, каждая из которых имеет преимущества, недостатки и область целесообразного использования.
Цифровая модель местности (ЦММ) – цифровая картографическая модель, содержащая данные об объектах местности и ее характеристиках.
Цифровая модель местности (ЦММ) — совокупность информации о положении, характеристиках объектов местности, связях между ними и топографической поверхности, представленные в форме, доступной для обработки на ЭВМ.
ГОСТ — Цифровое представление пространственных объектов, соответствующих объектовому составу топографических карт и планов, используемое для производства цифровых топографических карт; «множество, элементами которого являются топографо-геодезическая информация о местности и правила обращения с ней».
При решении тех или иных задач достаточно часто используют либо плановую часть соответствующей карты, либо высотную. Аналогично в составе цифровой модели местности можно выделить цифровую модель объектов (ситуации, контуров) и цифровую модель рельефа.
Цифровая модель объектов (ЦМО) — совокупность информации о плановом положении, характеристиках объектов и связях между ними.
Иногда в технической литературе ее называют также цифровой моделью ситуации (ЦМС) или контуров (ЦМК).
1. Цифровая модель рельефа (ЦМР) — информация о рельефе местности, представленная совокупностью точек с известными координатами и высотами, связей между ними и способа определения высот новых точек по их известным плановым координатам. Под термином цифровая модель рельефа (ЦМР) понимают математическое представление участка земной поверхности, полученное путем обработки материалов топографической съемки.
Таким образом, цифровая модель местности:
— представляет собой упорядоченную по определенным правилам информацию об объектах местности;
— обладает рядом свойств (точность, адекватность, однозначность и др.);
— характеризуется набором параметров;
— создается путем сбора и преобразования топографической информации по определенным математическим правилам.
На основе ЦММ Вы сможете:
— вести дежурные планы застраиваемой территории;
— формировать данные для кадастровых (землеустроительных, градостроительных и других) систем;
— проводить работ по проектированию и мониторингу состояния объектов и местности
— использовать в качестве основы для построения карт и планов.
Цифровые модели местности могут быть: растровые, векторные, гибридные.
— Растровая модель данных основана на использовании регулярной решетки, элементы которой отображают определенные участки исходного объекта (в частности — местности), называются пикселами и характеризуются цветом и яркостью.
Построение автоматизированных систем крупномасштабного картографирования или проектирования на основе растровой модели данных затруднено, так гак не допускает выделения конкретных объектов (дорог, зданий, иных элементов или объектов). Поэтому такая модель используется для представления аналоговых карт и планов с целью последующего преобразования и создания на их основе цифровой модели местности или рельефа, либо в качестве обзорного материала.
— Векторная модель данных ориентирована на описание пространственного положения объектов с помощью примитивов первых четырех типов: точек, линий, контуров и поверхностей и содержит как координаты соответствующих элементов, так и некоторые другие параметры.
— Регулярная модель данных также основана на использовании регулярной решетки, но ее элементы представляют собой формализованные описания свойств соответствующих им фрагментов территории или содержат ссылки на эти описания.
Источник
Виды цифровых моделей местности
Цифровой моделью местности (ЦММ) называется совокупность её точек с известными пространственными координатами и различными кодовыми обозначениями, предназначенная для аппроксимации местности с её природными характеристиками, условиями и объектами.
Кодовые обозначения характеризуют связи между соответствующими точками ЦММ.
Общая ЦММ – это многослойная модель, которая в зависимости от назначения может быть представлена сочетанием частных цифровых моделей (слоев): рельефа (отметки или глубины точек с известными плановыми координатами), ситуационных особенностей (наличие сооружений), почвенно — грунтовых, гидрогеологических, инженерно-геологических, гидрометеорологических условий, технико-экономических показателей и других характеристик.
Все известные типы ЦММ можно разделить на три группы: регулярные, нерегулярные и статистические.
Регулярные ЦММ создают путем размещения точек в узлах геометрических сеток различной формы (треугольных, прямоугольных, шестиугольных), накладываемых на аппроксимируемую поверхность с заданным шагом. Наиболее часто применяют ЦММ с размещением исходных точек в узлах сеток квадратов (рис. 10.1, а) или равносторонних треугольников (рис. 10.1, б).
Рис. 10.1. Виды цифровых моделей местности: а – в узлах прямоугольных сеток; б – в узлах треугольных сеток; в – на поперечниках к магистральному ходу; г – на горизонталях (изобатах); д – на структурных линиях; е – статистическая.
Массив исходных данных для регулярных ЦММ может быть представлен в следующем виде:
где F шаг сетки; m — число точек по горизонтали; n — число точек по вертикали, X0, Y0 – абсолютные координаты начала относительной системы координат, H11,…, H1m,…, Hnm – отметки (глубины) точек в узлах сетки.
Опыт использования ЦММ с регулярным исходным массивом показал, что точность аппроксимации рельефа достигается лишь при очень высокой плотности информации, которая в зависимости от типа рельефа должна быть в 5 – 20 раз выше по сравнению с нерегулярными ЦММ.
Появление высокопроизводительных дигитайзеров и коордиметров с автоматической регистрацией информации по заданному интервалу длины или времени, тем не менее, делает использование регулярных моделей (10.1.1) весьма перспективным.
Нерегулярные ЦММ(рис. 10.1. в, г, д) часто строятся по поперечникам к магистральному теодолитному ходу или промерному створу (рис. 10.1 в). Массив исходных данных этого типа ЦММ представляется в следующем виде:
где Y1, Y2, Yi – расстояния между фиксированным началом магистрального хода и точками его пересечения соответствующими поперечниками; X11, X12, Xil – расстояния между исходными точками ЦММ на поперечниках и магистральным ходом; H11, H12, Hil – высоты (глубины) точек ЦММ.
Поскольку магистральный ход в общем случае может иметь углы поворота, для представления нерегулярно массива (10.1.2) необходимо еще задавать и координаты вершин углов поворота и их значения.
При наличии крупномасштабных топографических планов и карт часто оказывается весьма эффективным создание ЦММ с массивом исходных точек, размещаемых на горизонталях (изобатах) с регистрацией их плановых координат дигитайзером через определенные интервалы длины (рис. 10.1 г). Массив исходных данных модели записывают в следующем виде:
Массив точек (10.1.3) может быть сформирован также в ходе рисовки горизонталей на стереофотограмметрическом приборе. Весьма перспективным для создания ЦММ данного типа является использование сканирующих дигитайзеров — автоматов и коордиметров.
Структурные ЦММразмещают по характерным изломам местности с учетом ее ситуационных особенностей. Эти ЦММ обладают наименьшей исходной информационной плотностью точек местности (рис. 10.1 д). Массив исходных точек структурной ЦММ задается в явном виде:
где Xi, Yi, Hi – координаты i – й точки массива характерных точек рельефа и ситуации; J, K, L – номера других точек того же массива, в направлении которых можно вести линейную интерполяцию горизонталей (изобат).
где ПР — признак, определяющий ту или иную последовательность исходных точек той или иной структурной линии рельефа.
Структурные ЦММ используются, главным образом, при невысокой степени автоматизации процесса сбора и регистрации исходной информации.
В зависимости от вида исходного материала, используемого для формирования ЦММ, в практике автоматизированного проектирования применяют и другие виды нерегулярных цифровых моделей, например, построенных на линиях, параллельных координатным осям стереофотограмметрического прибора, при использовании для формирования массивов точек материалов аэрофотосъемок.
Статистические ЦММ предполагают в своей основе нелинейную интерполяцию высот поверхностями второго, третьего и т. д. порядков. При создании массива исходных данных статистической ЦММ точки для ее формирования выбирают в зависимости от случайного распределения, близкого к равномерному (рис. 10.1 е).
Статистические модели являются во многом универсальными. Сфера их применения весьма широка и не ограничивается какими-либо категориями рельефа местности, наличием того или иного исходного материала для создания ЦММ и наличием тех или иных приборов.
Массив исходных точек статистической ЦММ представляется в виде:
Источник
