Цифровые модели рельефа

Под цифровой моделью рельефа (ЦМР) понимают некоторое количество (систему) точек с координатами X, Y,H , выбранных на земной поверхности таким образом, чтобы путем линейного интерполирования можно было получить отметки других точек с требуемой точностью. Главная цель ЦМР – при минимальном числе точек модели обеспечить максимально возможную точность построения рельефа. В простейшем случае ЦМР – это набор трехмерных координат точек рельефа и информация о связях между ними и способах восстановления поверхности по данным точкам. Точки для ЦМР могут располагаться по горизонталям, по профилям и по заданной регулярной или нерегулярной сетке, которую задают плановыми координатами. Основная трудность при построении ЦМР заключается в том, что реальная земная поверхность является нерегулярной, то есть имеет разрывы. Математические модели, как правило, описывают гладкую, регулярную поверхность.

Критериями выбора схемы расположения точек являются характер рельефа и точность получения по модели отметок точек. В соответствии с этим применяют следующие системы (схемы расположения): регулярную, нерегулярную, полурегулярную и статистическую.

В регулярной схеме точки располагают в вершинах (узлах) сеток различной геометрической формы – треугольников. квадратов, шестиугольников. В зависимости от масштаба съемки сторону сетки (шаг) принимают от 5 до 10м в масштабе 1:500, до 40 - 80м в масштабе 1:5000. Кроме того учитывают сечение рельефа, средний уклон местности и средний радиус кривизны горизонталей. Геоморфологические особенности рельефа не учитываются. Построение системы точек в виде правильной сетки упрощает определение их плановых координат. Высоты вершин сетки определяют геометрическим нивелированием. Регулярные сетки целесообразно использовать при проектировании вертикальной планировки городских улиц, площадей, проездов и внутриквартальных территорий, а также аэродромов и других площадных сооружений.

В нерегулярных системах точки располагают произвольно в пределах каждого однородного по рельефу участка местности, без какой-либо определенной системы, но с заданной густотой. Чем сложнее рельеф, тем больше должна быть густота точек. В равнинной местности расстояния между точками назначают 20-30м, на всхолмленных участках – 10 – 15м, для пересеченной местности 8-10 в горной – 5-7м.

Из нерегулярных систем точек выделяют построение в виде магистрали с поперечниками, например, при изысканиях линейных сооружений. На поперечниках точки располагают на перегибах рельефа. Плановые координаты осевых точек поперечников находят по пикетажу и дирекционному углу, а точек на поперечниках – по расстоянию от оси трасы и дирекционному углу профиля. Интерполирование высот по поперечникам производят по линейному закону, а между ними – по принятой аппроксимирующей поверхности. Такие системы называют полурегулярными.

СтруктурныеЦММ представляют собой систему треугольников или других простейших фигур, вершины которых совпадают с характерными точками рельефа, а стороны – с характерными (орографическими ) линиями рельефа (водоразделами и тальвегами). Кроме того, дополнительно выбирают точки в местах изменения углов наклона и кривизны склонов. В этой системе местность аппроксимируется системой многогранников, грани которых наилучшим образом аппроксимируют эту поверхность.

Плановые координаты точек в этой системе определяются довольно сложно. Для каждой структурной линии должны быть известны ее длина и дирекционный угол. Высоты точек легко определяются линейным интерполированием вдоль структурных линий внутри каждой грани.

Иногда используют статистические ЦММ, которые предполагают в своей основе нелинейную интерполяцию высот поверхностями второго, третьего и более высокого порядка. При создании массива исходных данных точки для ее формирования выбирают в зависимости от случайного распределения, близкого к равномерному.

Для построения цифровых моделей местности могут быть использованы данные, полученные путем фотограмметрических измерений аэрофотоснимков, полевых геодезических работ, а также топографические карты и планы, преобразованные в цифровой вид. Процесс перевода графического изображения в цифровой вид называют цифрованием или дигитализацией. В настоящее время аэрогеодезическими предприятиями производится цифрование ранее созданных карт и планов. Наиболее эффективным методом создания цифровых карт является фотограмметрический метод с использованием цифровых фотокамер и современных высокоточных стереофотограмметрических приборов с автоматической регистрацией фотограмметрических координат и высот характерных точек ситуации и рельефа, и кодовых названий. Результаты измерений вводят в ЭВМ, в которой по программе преобразуются в геодезическую систему координат по опорным пунктам и накапливаются в памяти ЭВМ для дальнейшего использования, либо для аналитического проектирования, либо для графических построений.

-*-