Построение цифровых моделей рельефа по данным радарной топографической съёмки SRTM
Курсовой проект - Геодезия и Геология
Другие курсовые по предмету Геодезия и Геология
»и совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. ЦМР - это особый вид трёх мерных математических моделей, представляющих собой отображение рельефа как реальных, так и абстрактных поверхностей [2].
.1 История создания ЦМР
Изображение рельефа издавна интересовало людей. На древнейших картах крупные формы рельефа отображались как неотъемлемая составляющая ландшафта и как элемент ориентирования. Первым способом отображения рельефа были перспективные знаки, показывающие горы и холмы; однако еще с восемнадцатого столетия началась активная разработка новых, все более сложных способов. Перспективный способ с штриховой прорисовкой представлен на карте Пиренейских гор (1730 г.). Цвет для оформления пластики рельефа впервые был применен в Атласе кампании российских войск в Швейцарии (1799 г.). Первые эксперименты по созданию ЦМР относятся к самым ранним этапам развития геоинформатики и автоматизированной картографии первой половины 1960-х гг.. Одна из первых цифровых моделей рельефа местности была изготовлена в 1961 г. на кафедре картографии Военно-инженерной академии. Впоследствии были разработаны методы и алгоритмы решения различных задач, созданы мощные программные средства моделирования, крупные национальные и глобальные массивы данных о рельефе, накоплен опыт решения с их помощью разнообразных научных и прикладных задач. В частности, большое развитие получило применение ЦМР для военных задач [3].
.2 Виды ЦМР
Наиболее широко распространённые представления поверхностей в ГИС являются растровое представление и модели TIN. Исходя из этих двух представителей исторически выделились две альтернативные модели ЦМР: основанные на чисто регулярных (матричных) представлениях поля рельефа отметками высот и структурные, одной из наиболее развитых форм которых являются модели на основе структурно-лингвистического представления.
Растровая модель рельефа - предусматривает разбиение пространства на далее не делимые элементы (пиксели), образуя матрицу высот - регулярную сеть высотных отметок. Подобные цифровые модели рельефа создаются национальными картографическими службами многих стран. Регулярная сеть высот представляет собой решетку с равными прямоугольниками или квадратами, где вершины этих фигур являются узлами сетки (рис 1-3).
Рис. 1.2.1 Увеличенный фрагмент модели рельефа показывающий растровую структуру модели [1].
Рис. 1.2.2 Отображение регулярной модели сети высот на плоскости [1].
Рис. 1.2.3. Трёхмерная модель рельефа окрестностей пос. Коммунар (Хакасия), построенная на основе регулярной сети высот /1/
Одним из первых пакетов программ, в котором была реализована возможность множественного ввода различных слоёв растровых ячеек, был пакет GRID (перевод с англ. - решетка, сетка, сеть), созданный в конце 1960-х гг. в Гарвардской лаборатории машинной графики и пространственного анализа (США). В современном широко распространённом ГИС-пакете ArcGIS растровая модель пространственных данных также носит название GRID. В другой популярной программе для расчёта ЦМР - Surfer регулярная сеть высот также именуется GRID, файлы такой ЦМР имеют формат GRD, а расчёт подобной модели называется Gridding.
При создании регулярной сети высот (GRID) очень важно учитывать плотность сетки (шаг сетки), что определяет её пространственное разрешение. Чем меньше выбранный шаг, тем точнее ЦМР - выше пространственное разрешение модели, но тем больше количество узлов сетки, следовательно, больше времени требуется на расчет ЦМР и больше места на диске. Например, при уменьшении шага сетки в 2 раза объём компьютерной памяти, необходимой для хранения модели, возрастает в 4 раза. Отсюда следует, что надо найти баланс. К примеру, стандарт на ЦМР Геологической съемки США, разработанный для Национального цифрового картографического банка данных, специфицирует цифровую модель рельефа как регулярный массив высотных отметок в узлах решетки 30х30 м для карты масштаба 1:24 000. Путем интерполяции, аппроксимации, сглаживания и иных трансформаций к растровой модели могут быть приведены ЦМР всех иных типов. [4]
Среди нерегулярных сеток чаще всего используется треугольная сеть неправильной формы - модель TIN. Она была разработана в начале 1970-х гг. как простой способ построения поверхностей на основе набора неравномерно расположенных точек. В 1970-е гг. было создано несколько вариантов данной системы, коммерческие системы на базе TIN стали появляться в 1980-е гг. как пакеты программ для построения горизонталей. Модель TIN используется для цифрового моделирования рельефа, при этом узлам и ребрам треугольной сети соответствуют исходные и производные атрибуты цифровой модели. При построении TIN-модели дискретно расположенные точки соединяются линиями, образующими треугольники (рис 4).
Рис. 1.2.4. Условие триангуляции Делоне. [4]
В пределах каждого треугольника модели TIN поверхность обычно представляется плоскостью. Поскольку поверхность каждого треугольника задается высотами трех его вершин, применение треугольников обеспечивает каждому участку мозаичной поверхности точное прилегание к смежным участкам.
Рис.1.2.5. Трёхмерная модель рельефа построенная на основе нерегулярной триангуляционной сети (TIN). [1]
Это обеспечивает непрерывность поверхности при нерегулярном расположении точек (рис 5-6).
Рис. 1.2.6. Увеличенный фрагмент модели рельефа на рис. 5, показ