Просторове моделювання рельєфу

Джерелом даних послужила оцифрованна топооснова масштабу 1:50 000. Приводиться якісна і кількісна оцінка отриманої моделі. Задовільна точність побудованої поверхні дозволяє говорити про її придатність для наступного тематичного аналізу. Дана робота пропонує технологічне рішення по насиченню даними районів, слабо забезпечених спостереженнями. Вона може бути корисна для широкого кола дослідників, що займаються проблемами моделювання поверхонь різної природи за допомогою ГІС - технологій.

Моделювання рельєфу, його аналіз і вивчення по побудованих моделях

поступово стають невід'ємною частиною досліджень у науках про Землю (геологія, тектоніка, гідрологія, океанологія, кліматологія і т.д.), в екології, земельному кадастрі й інженерних проектах. Комп'ютерна обробка просторових даних знаходить широке застосування при аналізі поширення ділянок забруднень, у моделюванні родовищ, а також у багатьох проектах по стійкому розвитку територій.

Основою для представлення даних автоматизованої картографії є цифрові моделі. Під цифровою моделлю (ЦМ) географічного об'єкта розуміється визначена форма представлення вихідних даних і спосіб їхнього структурного опису, що дозволяє "обчислювати" (відновлювати) об'єкт шляхом інтерполяції, чи апроксимації екстраполяції. Щодо рельєфу така модель буде називатися цифровою моделлю рельєфу (ЦМР).

Під цифровою моделлю рельєфу (ЦМР) - розуміють цифрове уявлення у

вигляді растра або регулярної мережі комірок заданого розміру. Або інше більш точне визначення:

ЦМР - побудова дискретной моделі, яке основане на переході від аналогової моделі безперервної поверхні (рельєфу) до дискретної моделі набору точок, що оптимально відображає форму цієї поверхні.

Вимоги до ЦМР включають в себе:

- Систему аналізу просторових даних, призначену для введення і обробки просторово-розподілених даних в векторному і числовому форматах;

- Систему структурного аналізу, що забезпечує виділення повної ерозійної мережі, включаючи лінії тальвегів і межі водозбірних басейнів;

- Систему морфометричного аналізу, що дозволить визначати різноманітні морфометричні характеристики рельєфу, що має безперервний характер розподілу по території, що досліджується, включаючи ухили і азімути (експозиції) схилів, глибину і густоту розчленування рельєфу, а також структурну будову поверхні з використанням різноманітних методів інтерполяції і екстраполяції;

- Систему картографування з графічним редагуванням карт на основі результатів структурного і морфометрического аналізу рельєфу, а також візуализації в плоскому і трьохвимірному зображенні з можливістю відкривати на екрані будь-яку кількість інформаційних вікон.

Спосіб побудови ЦМР з дуже стислою характеристикою кожного способу

Відображають рельєф різними способами:

- Кольором;

- Штрихуванням;

- Горизонталями;

- Відмітками характерних точок з підписами;

- В вигляді гіпсометричної карти;

- В вигляді блок-діаграми і т. д.

Одним з найбільш розповсюджених засобів побудови рельєфу є спосіб горизонталей. Горизонталлю називають геометричне місце точок (лінія) з рівними відмітками (одинакова висота на рівнем моря). Рельєф являє собою окремий шар комп'ютерної карти, в свою чергу комп'ютерна карта є набором шарів. Шари являють собою прозору плівку, що лежать один на одному. Кожний шар містить різні види інформації: області, точки, лінії, тексти; а всі разом вони складають карту.

Рис.4.2.1 Зображення шарів

Наприклад, один шар може містити рельєф, інший - відмітки висоти, а на третьому - дороги, і т.д. Помістивши ці шари один поверх іншого, створюється повна карта.

Управляти всіма режимами шарів можна в діалозі команди Управління шарами з меню карта. Вибравши один шар зі списку можна регулювати його положення відповідно інших шарів, змінюваність і доступність, а також режими показу на екрані. Шари можуть бути видимими, змінними, доступними і підписаними. В діалозі Управління можна переміщати і виділяти, як окремі шари, так і групи шарів, а також міняти атрибути відразу для декількох шарів.

Відкриваючи таблицю, Марinfo оформлює області, лінії і точки на карті в діалозі «Оформлення».

Наприклад, щоб річки на Карті відображалися синіми лініями, для цього ми відкриваємо діалог «Управління шарами» вибираємо шар річки і натискаємо на кнопку «Оформлення», де з'являються відповідні кнопки, після цього змінюємо стилі ліній.

Кожне вікно Карти містить шар оформлення. Шар оформлення можна уявити собі як прозору плівку. Косметичний шар - це порожній шар, що лежить поверх всіх інших шарів. Він використовується для креслення. В ньому містяться підписи, заголовки карт, різні графічні об'єкти. Шар оформлення завжди є самий верхнім Шаром карти. Його не можна усунути з вікна Карти. Не можна також змінити і його положення по відношенню до інших шарів. Шар оформлення може бути або для виділення, або редагованим.

Зшиті шари: ідея зшиття шарів полягає в тому, щоб не загромаджувати карту безліччю шарів, що містять однотипову інформацію, таку як дорожні мережі різних областей, ґидромережі і т. д. Зшивши ці шари в один, ми позбавляємося від складності в роботі.

Вибірка: являють собою тимчасові таблиці. Коли робиться вибір, Маріnfo створює тимчасову таблицю і зберігає в ній вибрані записи.

Над таблицею вибірки можна проводити багато з тих операцій, що розв'язані для постійних (базових) таблиць, наприклад:

Рис. 4.2.2 Управління шарами

- Можна продивлятись в вікнах списку карти.

- Можна вирізати і копіювати в буфер обміну, а також вставляти в інші таблиці.

■

- Працюючи з вибіркою, можна редагувати вхідну таблицю.

- З вибірки в свою чергу можна вибирати записи.

В Марinfo вибірку можна створити з допомогою п'яти команд і інструментів. їх можна поділити на дві категорії:

- Вибір на екрані: інструменти стрілка, "вибір - в - радіусі", "вибір - в -області", "вибір-в-рамці", команда "вибрати повністю".

- Вибір з допомогою запитів: "Вибрати, SQL-запит".

Тривимірна візуалізація. Інструмент візуалізації тривимірної моделі дозволяє будувати тривимірні моделі на підставі таблиць поверхні у форматі Марinfo, а також за значеннями вертикального компонента картографічних об'єктів (точок, ліній, поліліній і полігонів). Крім того в тривимірному виді можна представити об'єкти (точки, лінії, чи полілінії полігони). Можна відобразити кілька об'єктів, що можуть бути як простими так і складними. Завдання тривимірної візуалізації не зважується коректно тільки у випадку полігона "з дірками" усередині.

Рис.4.2.3 відображення поверхні

Рис. 4.2.4. Відображення поверхні

Ш'г.'Щ¹'--.}/ .■'■_ '■'■.'•'.Д!■''':.;•■;-■ ',-■:■

Щоб оцінити параметри об'єктів (реальну довжину полілінії, площу полігонів, висоту точки) з обліком просторового представлення, то можна зберегти об'єкти в МІF-файлі.

Дозволяє зберегти поточний вид тривимірної моделі в наступних форматах: таблиця Марinfo (насправді зберігається растр у форматі ТІFF і таблиця прив'язки Маріfo), VRML 2.0, STL( TIN).

Створення файлу текстури

Ця команда дозволяє створити файл текстури (растр) для відображення на тривимірній поверхні об'єктів карти (всіх об'єктів обраних шарів). Як базову таблицю, на підставі якої буде створений файл текстури, може використовуватися як об'єкти Марinfo, що містять поле вертикального компонента, так і таблиця поверхні Марinfo. Для кожного типу базової таблиці необхідно створювати свій файл текстури. Побудувавши на підставі тієї ж базової таблиці тривимірну модель, Ви можете "натягнути" на неї текстуру (всі об'єкти обраної карти).

При проведенні тематичного аналізу ЦМР найбільш важливим є етап формалізації інформативних характеристик моделі. Для цього необхідно знати, яка інформація інформативна при аналізі, і як найбільше коректно витягти її, щоб екстрагована частина моделі зберегла всі її характеристики.

Методика побудови ЦМР дозволяє моделювати поверхню рельєфу складної будівлі, типову для гірських районів. Якісна і кількісна оцінка точності моделі підтверджує її однорідність і точна відповідність вихідним даним, у тому числі і на ділянках положистого рельєфу (розріджених вихідних даних). Отримана роздільна здатність моделі відповідає точності вихідної топографічної карти.