Анализ поверхностей

В данном разделе мы рассмотрим набор операций, позволяющих выполнять анализ поверхностей, используемых в ГИС в качестве моделей рельефа и представленных в виде регулярной или триангуляционной сети.

1. Интерполяция высот. Эта операция позволяет вычислить значение высоты поверхности для любой заданной плановой точки.

2. Построение профилей. Эта операция строит продольный вертикальный разрез вдоль некоторой заданной линии (рис. 34). Дополнительно при отображении профиля можно задать степень его растяжения по вертикали.

3. Построение горизонталей (изолиний). Эта операция строит изолинии – линии одинакового уровня (рис.35, а). Результат сохраняется в векторной модели данных в виде полилиний. Изолинии можно также трактовать как разрез поверхности горизонтальной плоскостью, расположенной на заданной высоте.

4. Построение изоконтуров. Эта операция строит изоконтуры – области между изолиниями смежного уровня (рис.32, б). Результат сохраняется в векторной модели данных в виде полигонов.

5. Построение изоклин. Эта операция строит изоклины – линии одинакового уклона. Результат сохраняется в векторной модели данных в виде полилиний. Вариантом этой операции является построение изоклин в виде контуров, которые образуются как области между смежными изоклинами. построенные с определенным шагом. Уклон в данной точке поверхности измеряется как отклонение нормали к поверхности в этой точке от вертикали. Уклон может измеряться в градусах, однако наиболее часто он измеряется в процентах или промилле.

Величина уклона поверхности в процентах указывает, на сколько метров изменится высотная отметка на поверхности при перемещении вдоль поверхности на 100 м. Например, проценты используются для обо-значения уклона на дорожных знаках. Так, значение уклона 5 % означает перепад высот в 5 м на 100 м дороги.

6. Расчет экспозиций склонов. Эта операция вычисляет нормали к каждому элементу поверхности и определяет, в какую сторону света повернута нормаль. Результат отображается на карте различными цветами (рис.36, а).

Рис. 34. Построение продольных разрезов

поверхности в IndorGIS 5.0

7. Отображение экспозициями склонов. Данный способ позволяет визуально определить, в какую сторону света наклонена поверхность. Обычно все стороны света делят на 8 частей секторами по 45° (север, юг, запад, восток, северо-запад, северо-восток, юго-запад и юго-восток), а затем для каждой ячейки модели поверхности определяют направление уклона поверхности и выбирают один из 8 цветов отображения ячейки (рис.36 б).

Рис. 35.Отображение модели рельефа изолиниями (а) и изоконтурами (б)

Рис. 36.Отображение модели рельефа векторами уклонов (а)

и экспозициями склонов (б)

8. Расчет объемов земляных работ. Эта операция предполагает, что имеется модель существующего рельефа и задано, какую форму должен принять данный рельеф. Требуется определить объемы грунта, которые следует переместить для получения проектируемого рельефа.

В простейшей постановке этой задачи требуется выровнять дно котлована, заданного в виде многоугольника, до заданной высотной отметки.

В другой (более сложной) постановке явно задается вторая модель рельефа. При этом требуется вычислить разность между существующей и проектируемой поверхностями. Результатом вычислений является некоторая новая поверхность (которую уже нельзя интерпретировать как рельеф).

Результаты вычислений отображаются на карте в виде отдельных областей, показывающих, где требуется выполнить срезку рельефа, а где требуется засыпать (рис. 37).

8. Анализ видимости. Данная операция определяет, какие области на карте видны из заданной в трехмерном пространстве точки. Результат представляется на карте в виде областей, из которых видна указанная точка. На рис. 38 показан пример расчета зон видимости.

В некоторых случаях данная задача решается только вдоль некоторой одной отдельно взятой прямой. Например, так считается видимость автомобильной дороги из автомобиля. В качестве точки зрения берется точка над дорогой на высоте 1,20 м. Результатом расчета является расстояние, начиная с которого видимость дороги пропадает.

9. Построение сети тальвегов и водоразделов. Данная операция предназначена для анализа формы рельефа местности (рис. 39) и выделения таких структурных элементов, как линии тальвегов и водоразделов, а также особых элементов (вершин, седловин, хребтов, оврагов).

Эта операция анализирует каждую ячейку модели поверхности и определяет направление, куда будет течь вода с этой ячейки. Затем определяются тальвеги – линии, соединяющие самые низкие точки дна речной долины, оврага, промоины и пр. Оконтурив все ячейки, образующие водосбор для каждой отдельно взятой реки и водоема, мы получаем линии водоразделов. Данная операция используется обычно в гидрологии при анализе рельефа на мелкомасштабных картах.

Рис. 37.Расчет объемов земляных работ в IndorGIS 5.0

а) б)

Рис.38. Расчет зон видимости (б – исходная модель и точка наблюдения на

поверхности; а – зона видимости показана белой областью с черным контуром)

Рис. 39.Рельеф местности и различные его элементы

(вверху – трехмерный вид; внизу – те же элементы на карте)

10. Анализ водостока. Данная операция предназначена для анализа рельефа местности в крупном масштабе и определения мест скопления воды. Для этого вначале на рельефе находятся все точки локального минимума, а затем эти места постепенно наполняются водой до тех пор, пока лужи не переполнятся и не станут переливаться через край (рис. 40).

Это используется, например, при проектировании автомобильных дорог и генеральных планов для обнаружения потенциальных мест образования луж. Для исключения возможности образования луж следует перепроектировать рельеф или установить в центре этих луж ливневые колодцы.

а)

б)

Рис. 40. Расчет потенциальных мест образования луж

(а – изображение луж на плане, б – трехмерная визуализация луж)

Контрольные вопросы

1. Какие основные операции сетевого анализа существуют в ГИС?

2. Какие операции анализа поверхностей есть в ГИС?

3. Перечислить измерительные операции, которые осуществляются в ГИС.