Что такое цифровая модель местности
Цифровая модель местности — определение, виды, порядок построения
Время прочтения: 4 минуты
Начать проектировочные работы невозможно без точных сведений о территории будущей застройки. Для детального анализа поверхности рельефа и объектов при разработке масштабных проектов применяется цифровая модель местности (ЦММ). Ее построение осуществляется с помощью топографических карт.
Фактически, ЦММ — изображение плановых координат и высот конкретного участка местности, имеющее математическое представление. С ее помощью проектные организации анализируют поверхность рельефа. Проводят мониторинг состояния территории и расположенных на ней объектов. Контролируют объем проводимых работ, решают прочие задачи в рамках аналитических проектных задач. Также 3D-модель местности часто используется для BIM-проектирования.
Для чего нужна ЦММ?
Невозможно исследовать каждый сантиметр территории при больших масштабах. Поэтому приходится определять значения неизведанного пространства по соседствующим дискретным данным с помощью применения математических методов. ЦММ отражает гипотетические сведения о том или ином участке поверхности. Также учитываются его геопространственные координаты, характеристики и возможные реакции на то или иное воздействие. Кроме анализа поверхности рельефа, цифровое представление может использоваться для:
Быстрого построения карт (крутизны, экспозиции склонов, др.);
Вертикальной планировки участка по заданным параметрам;
Разработки рациональных вариантов строительства здания, сооружения;
Осуществления расчета площадей и объемов земляных работ;
Детального анализа экспозиции и уклонов склонов;
Представления, анализа полученных данных в 3-х измерениях;
Анализа зон видимости и т.д.
Инженерная цифровая модель местности может понадобится для картографирования и обустройства площадки при проектировании ландшафтного дизайна. Также применяться при проектировании зданий, автомобильных дорог, магистралей, развязок. Для решения задач по охране территории, проведения научных исследований.
Виды цифровых моделей местности
Информация об участке, представленная в цифровом виде, удобна для представления, хранения, обработки. В зависимости от целей, совокупность данных может быть представлена в формате:
Модели рельефа цифровой (ЦМР). Содержит информацию о рельефе территории. Она представлена набором точек с известными координатами, высотами. Также отображаются связи между ними, способы определения высот новых точек по заданным плановым отметкам.
Цифровой модели контуров (ЦМК). Содержит данные о характеристиках и плановом положении объектов, связях между ними.
Цифровая модель рельефа местности одновременно содержит плановые координаты и высоты Н, а во втором случае задействованы только плановые высотные координаты Х, Y.
Построение цифровой модели местности
При проектных аналитических работах эффективно использовать ЦММ. В этом случае моделирование осуществляется на базе топографических карт.
С целью прогнозирования информации о рельефе на исследуемом участке и построения модели используют математические методы:
Принципы триангуляции Делоне;
Метод обратных взвешенных расстояний;
Тренд-интерполяция, а также различные формулы, закономерности.
Для быстрого получения цифровой модели местности, а также её обработки применяют специальное программное обеспечение.
Преимущества «Гектар Групп»
Формирование ЦММ для задач проектирования производят на базе топографических карт. Здесь важна точность первичных данных.
Ошибки, допущенные при построении топографического плана и ЦММ приводят к принятию нерациональных проектных решений. В свою очередь, это может стать причиной переделок, аварий, дополнительных расходов средств (до 35%) во время строительства. Чтобы исключить эти проблемы, доверьте проведение исследований экспертам «Гектар Групп».
С нами ЦММ местности (по фотоснимкам, цены на нее начинаются от 17 000 руб. за 1 га), будет построена в соответствии с нормативными документами.
5 причин сотрудничать с нами:
Команда инженеров-геодезистов с опытом работы от 5 лет;
Высокоточные тахеометры с 3-х, 1-но секундной точностью, нивелиры, GPS-оборудование, квадрокоптеры;
Наличие ПО для обработки данных: Топоматик Robur, AutoCAD Civil 3D, ПО CREDO ТОПОПЛАН, CREDO_DOS;
Ускоренное согласование топоплана с эксплуатирующими организациями. За счет понимания их требований, нюансов;
Материальная и юридическая ответственность за результаты испытаний.
Свяжитесь с нами и получите бесплатную консультацию эксперта прямо сейчас!
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.
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).
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.
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.
Понятие о цифровой модели местности
Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве её точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. В последнем случае элементы ситуации могут быть заданы только плановыми координатами Х и Y. Цифровая модель рельефа обязательно задаётся одновременно плановыми координатами и высотами Н.
Цифровая информация о местности очень удобна для представления и хранения в электронном виде.
Цифровая модель местности: а) представление ситуации; б) представление рельефа.
Аналитическая форма представления ситуации (рис. 8.1 а) имеет вид таблицы с номерами точек (1 – 26), их координатами Х, У и указанием взаимосвязи точек контура, например, 1-2-3-4 – сплошной контур дома, 25- 24-26 – контур леса. Такая информация записывается в кодированном виде в таблице.
При задании рельефа в аналитической форме используют два метода. В первом, в зависимости от сложности рельефа, координаты и высоты точек определяют в узловых точках сплошной равномерной сети равносторонних треугольников и квадратов. В каких-то местах эта сеть может быть гуще, в других – реже. Такой метод имеет недостаток, определяемый рассогласованностью выбора координируемой точки с характером рельефа местности. Во втором методе (рис. 7.1 б) выбор координируемых точек определяется особенностями рельефа в тех или других частях местности. Точки выбирают на характерных линиях (линиях водослива и водораздела), на вершинах возвышенностей и по дну котловин (ям), в седловинах, в местах перегибов рельефа с выделением фрагментов с однородным склоном и т.п. Таким образом, во втором методе используется подход, соответствующий методике топографической съёмки рельефа, например, при тахеометрической съёмке.
Оставьте свой отзыв, комментарий или задайте вопрос
Что такое цифровая модель местности
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ ЦИФРОВЫЕ
Digital terrain models. General requirements
Дата введения 2006-07-01
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Государственный научно-внедренческий центр геоинформационных систем и технологий» (ФГУП «ГОСГИСЦЕНТР») и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 394 «Географическая информация/геоматика»
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на цифровые модели местности.
Стандарт предназначен для применения учреждениями, организациями и предприятиями независимо от форм собственности и подчинения, которые занимаются созданием и применением цифровых моделей местности, организацией баз и банков пространственных данных.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
3 Термины, определения и сокращения
3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 28441 и ГОСТ Р 52438.
3.2 В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:
4 Общие положения
4.1 ЦММ входят составной частью в информационное обеспечение географических информационных систем, систем автоматизированного создания и ведения кадастров различного назначения, систем навигации и позиционирования.
В указанных системах ЦММ служат картографической основой для пространственной привязки баз тематических данных, получаемых в результате проведения инженерных изысканий, земельно-кадастровых работ, межевания земель, статистических исследований, иных специальных работ и обследований.
4.2 Для формирования ЦММ используют методы и средства, обеспечивающие создание таких пространственных данных, которые обеспечивают соответствие модели требованиям настоящего стандарта.
Предпочтительными методами и средствами являются:
— цифровая фотограмметрическая обработка материалов аэросъемки и космической съемки;
— цифровая обработка материалов наземной автоматизированной топографической съемки;
— цифрование картографических материалов;
— автоматизированная генерализация топографической информации для создания ЦММ мелких масштабов из ЦММ более крупных масштабов.
4.3 При создании конкретной ЦММ могут быть использованы любые материалы и данные, обладающие требуемыми достоверностью, современностью и точностью, в том числе материалы и данные Федерального картографо-геодезического фонда, автоматизированного Государственного каталога географических названий России, справочно-информационных систем других ведомств.
4.4 Оценка качества пространственных данных осуществляется на этапах жизненного цикла ЦММ путем контроля качества:
— исходных данных, используемых для создания или обновления ЦММ;
— в процессе создания или обновления ЦММ;
— после завершения процесса создания или обновления ЦММ;
— в процессе преобразования ЦММ с учетом требований пользователя.
4.5 Для поддержания ЦММ в соответствии с современным состоянием местности они должны обновляться:
4.6 Подтверждение соответствия ЦММ требованиям нормативных документов рекомендуется осуществлять в Системе сертификации геодезической, топографической и картографической продукции с учетом положений, установленных в [1].
5 Требования к содержанию данных в составе ЦММ
5.2 При уточнении для конкретной ЦММ состава объектов, атрибутов объектов и значений атрибутов руководствуются положениями [2], определяющими масштабы карт и планов, которые необходимы для решения тех или иных задач.
Нагрузку ЦММ пространственными объектами и их атрибутивными данными выбирают в зависимости от назначения ЦММ и решаемых с ее помощью задач.
5.3 Объекты ЦММ должны быть классифицированы и снабжены кодами. Для ЦММ рекомендуется использовать системы классификации и кодирования, разработанные в соответствии с ГОСТ Р 51606.
— гидрография и гидротехнические сооружения;
— промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты;
— дорожная сеть и дорожные сооружения;
— растительный покров и грунты;
— границы, ограждения и прочие объекты;
— подписи собственных названий объектов.
5.4 В рамках конкретной ЦММ допустимо декларирование и использование только одной системы классификации и кодирования.
6 Требования к моделям данных, типам объектов ЦММ и правилам их цифрового описания
6.1 Для представления объектов в ЦММ используют следующие модели пространственных данных:
— модели, в которых используются и векторные, и растровые данные.
С учетом того, что ЦММ используют, как правило, для решения аналитических и расчетных задач, анализа, подготовки проектов и отчетов, предпочтительной является векторная топологическая модель.
Растровое представление данных рекомендуется использовать в качестве промежуточной модели при обновлении ЦММ по материалам аэрокосмической, лазерной и тепловизионной съемок.
Модели, имеющие в своем составе растровые и векторные данные, рекомендуется использовать в качестве цифровых ортофотокарт и ортофотопланов.
Для описания рельефа используют цифровую модель рельефа (сеточную, триангуляционную, структурную).
6.1.1 Векторная модель может иметь двух- или трехмерную размерность данных.
Векторная модель данных должна сопровождаться указанием единиц измерения, в которых описываются данные. В качестве основных единиц измерения в соответствии с [3] должны использоваться линейные единицы СИ (километры, метры, дециметры, сантиметры и др.).
1 Для ЦММ, описывающих зарубежные территории, допустимы такие линейные внесистемные единицы измерения, как миля, дюйм и др.
2 В случаях, когда это оправдано с точки зрения специфики области использования ЦММ, допустимо применение градусных единиц СИ.
6.1.2 Растровая модель данных должна сопровождаться указанием размера пикселя и соответствующего ему значения на местности (в линейных единицах СИ).
Что такое цифровое моделирование рельефа и его виды: создание 3D модели местности
Исследовать каждый сантиметр заданной территории невозможно. Поэтому исследователям приходится интерполировать значения неизведанного пространства по соседствующим дискретным данным, координатам. Для таких целей и требуется цифровое моделирование рельефа местности. Это позволяет предоставить гипотетические сведения о том или ином участке поверхности, его геопространственных координатах, характеристиках и возможных реакциях на то или иное воздействие.
Такой инструмент необходим не только геологам и географам, но и строителям, архитекторам. Без точных сведений о рельефе на участке строительства невозможно начать проектирование.
Обычно такая подготовительная работа поручается специалистам, которые затем передают данные в другие руки.
Трехмерные 3D цифровые модели рельефа и местности (ЦМР и ЦММ): что это такое
Англоязычный термин – Digital Elevation Model (DEM) или Digital Terrain Model (DTM). Моделирование представляет собой создание растрового образца или топографической карты местности, выполненной в виде мелких ячеек – сети. Она образована массой дискретных чисел, координат, которые определяют местонахождение важных объектов, в том числе рек, возвышенностей и пр.
Такой метод используется в картографии. Он позволяет восстанавливать порядок чисел на тех участках, которые не были досконально исследованы. Это делается с помощью двух процедур:
интерполирование – величины ищутся по уже известным показателям;
экстраполирование – значение находится не в заданном интервале, а в определенной точке.
Во втором случае применяется также формула, которая обуславливает построение цифровой модели рельефа (ЦМР) и местности (ЦММ).
Для работы с такими растрами используется технология ГИС. Это требуется как для природно-охранительных мероприятий, так и для сельскохозяйственных нужд. Кроме того, с появлением и развитием электронных онлайн-карт, навигаторов, способами DEM заполняются неизведанные пустоты на территории.
Топографическая информация об уже известных точках получается путем исследований на местности, а также благодаря спутникам. На участке проводятся следующие инженерные изыскания:
Все они проводятся с занесением всех данных в предпроектную документацию. Исследователи-геодезисты предпочитают использовать для работы компьютерную программу Geonium. Она автоматизирует все изыскательные работы, делает выпуск всех чертежей в соответствии с регулярно обновляющимися нормами. Софт содержит 6 модулей, которые в комплексе позволяют создать подробную топографическую карту с нанесением сечений, размеров.
Цифровая модель рельефа местности представляет собой результат сложения всех работ на местности и дистанционного зондирования. Он их достоверности зависит правильность выстраиваемого объекта.
Расположение точек на сетке
Модель обычно представлена в двух или трех координатах. Классические карты содержат только две линии, они определяются соответственно по функциям: Z=f(X, Y), где координаты X, Y – это горизонтальное и вертикальное расположение единиц. Им характерны различные значения, их может быть настолько много, насколько качественно проведены исследования – температура в различные периоды, влажность, давление, расположение над уровнем моря, почвенные показатели, уровень грунтовых вод и многое другое.
Когда появляется третья величина, говорят о создании объемной цифровой модели местности – 3D ЦММ. Такое моделирование можно проводить исключительно на компьютерной платформе, которая поддерживает трехмерное проектирование, например, ZWCAD.
Расположение координат зависит от способа получения данных – более подробные и менее. Как могут располагаться точки:
Регулярно, часто на квадратных, треугольных или шестиугольных ячейках – если были проведены исследования с помощью тахеометрической съемки или нивелирования.
Линейно, когда значения могут распределяться по одной прямой – если были проведены картометрические изыскания.
Разбросано (изолинейно). Такие узоры получаются при особенностях рельефа.
В зависимости от этого используются такие типы интерполяции цифровых моделей рельефа:
способ порций Кунса;
применение ортогональных и неортогональных полиномов, рядов Фурье;
скользящее взвешенное осреднение и пр.
Подробность и адекватность результатов зависят не только от способа построения формул, но и от размера ячеек. Если берутся крупные шестигранники или четырехугольники, то вероятность достоверности минимальна.
Если есть возможности укрупнить изображение и взять за единицу минимальный отрезок, то точность ЦМР повысится. Но для сверки обычно используют реальный взгляд на топографию местности.
Виды структур для представления поверхности цифровой модели рельефа местности
TriangulatedIrregularNetwork – это неровность, которая состоит из непрерывающих связь треугольников. Так ребро каждого элемента – это часть соседствующей фигуры. Вершины каждого пазла – точки координат с известным значением. Они соединяются не линейно, а по принципу триангуляции Делоне. Для этого через вершины проходят окружности, а ребра ставятся по соответствующим точкам пересекающихся кругов.
Минусом является возможная погрешность из-за неполных данных. Но несомненный плюс такой модели в том, что исследования не содержат изменений исходных значений. Также это самый быстрый способ интерполирования. Раньше все ГИС работали по такому принципу, сейчас более популярным становится следующий.
Дословный перевод с английского – сетка. Она действительно представляет собой сеть со значением высот. Матрица преобразует, интерполирует исходные значения, заполняя полученными результатами ячейки. Особенность системы в том, что показатели могут бесконечно преобразовываться и уточняться, в зависимости от приближения.
Выбор интервала между точками зависит от местности. На территории с низким уровнем пересеченности (равнины) работа с цифровой моделью рельефа имеет укрупненный шаг. В то время как для показателя неровности – холмы,овраги, водоемы – используются частотные полосы с минимальным отступом координат друг от друга.
TGRID
Triangulatedgrid – сетка сочетает принципы двух предыдущих программ. Основное преимущество в том, что такая технология идеально подходит для описания сложных топографических карт, мест с трудным рельефом. Математические вычисления помогают предугадывать, на первый взгляд неожиданные, изменения поверхности, такие как валуны и небольшие впадины. Используется не один, а несколько методов интерполяции:
метод обратных взвешенных расстояний;
Так, кроме формул и закономерностей, появляются статистические данные, которые учитывают возможность непредвиденного появления неровностей.
Этапы создания цифровой модели рельефа по данным топографических карт
В электронные системы ГИС до настоящего момента еще заносят данные, которые представлены в многообразных топографических картотеках. Это делается следующим образом:
Сканирование. При этом процессе должно учитываться оптимальное разрешение. Оно определяется исходя из нужд ЦММ. Слишком детальная информация может не пригодиться, зато основа будет долго загружаться, а ее проработка потребует длительного времени.
Стыковка и наложение. Этот этап позволяет склеить все элементы будущей модели, сделать швы незаметными, дополнить имеющиеся погрешности в данных, например, если на одном источнике не было что-либо отмечено, а на втором было.
Векторизация. Чтобы отметить горизонтальные линии, необходимо программное обеспечение, которое сделает это в автоматическом режиме. Если самостоятельно, вручную к этому приступать, то потребуется много времени.
Интерполяция растрового изображения по одному из выше представленных методов. Этот момент и делает из электронной карты полноценную ЦМР.
Объемная визуализация. Если цифровая модель рельефа загружена в ГИС, то с этим не будет проблем. Работать с ней будет удобно во многих САПР, в том числе в ZWCAD. Программа поддерживает большинство форматов. Если создание ЦММ было необходимо для последующего проектирования, то можно сразу пользоваться программными продуктами от «ЗВСОФТ».
Для чего нужно создание модели местности – область применения
В совокупности значений такая технология необходима для детального изучения рельефа на любой территории. Его можно познавать как на плоскости, так и в объеме. Кроме того, при желании можно спрогнозировать разрез почвы, определить уровень грунтовых вод и прочее. Так что, правильнее всего будет сказать, что ЦММ необходимы для изучения местности буквально вдоль и поперек. Такими широкими возможностями пользуются во многих отраслях:
В целях картографирования. Это направление положило истоки оцифровки данных, а также дало множество исходного материала. Теперь уже оно само пользуется возможностями топографических моделей.
Ландшафтный дизайн. Для обустройства обширной местности потребуется узнать обо всех особенностях грунта и рельефа – где будет скапливаться вода, в каком месте лучше посадить растения.
Проектирование зданий и сооружений. Эта цель сейчас одна из основных, которые обслуживают ЦММ. Растровые изображения переносятся в системы CAD, а могут там и создаваться. На такой подложке создаются модели будущих строений. Учитываются не только координаты тех или иных точек, но и характеристики строительной площадки.
Строение автомобильных дорог, магистралей и развязок. Перед тем как приступить к ремонтным работам, а тем более до начала масштабного строительства, необходимо подробно изучить ту основу, на которой будет стоять дорога. Исследуется не только рельеф, но и уровень возможной просадки, нахождение грунтовых вод, которые могут размыть основания и пр.
Природоохранительные задачи. Особые точки на сетке ставятся в тех местах, где располагаются водоемы. Когда перед глазами сотрудника растровая картинка, намного легче ориентироваться на местности, отмечать все достопримечательные или особые места.
Научные изыскания: биологи, экологи, географы, геологи и многие другие ученые в качестве исследований выбирают ЦММ.
Бытовое использование цифрового моделирования в ГИС – электронные карты, навигаторы. Без карты в гаджете многие пользователи не смогут ориентироваться в городе, не говоря уже о незнакомых местах.