Технология автоматической векторизации рельефа средствами ArcGIS при создании цифровой модели рельефа для ЦБКММ (на примере района УГС «Западная Березина») Студент магистратуры Бакун В. В.

Задачами работы являются: 1.Изучение состава, назначения, технологии создания ЦБКММ и направлений ее доработки; 2.Разработка технологии автоматической векторизации рельефа и гидрографии сред- ствами ArcGIS на примере территории УГС «Западная Березина»; 3.Изучение структуры, назначения и способов создания цифровых моделей рельефа; 4.Создание разными способами на основе полученных знаний и подготовленных векторных данных цифровой модели рельефа территории УГС «Западная Березина».

ЦБКММ это элемент автоматизированной технологии совместного земельно-кадастрового и топографи- ческого дешифрирования материалов аэрофото- съемки и построения многоцелевой цифровой модели местности, как основы создания цифровых земельно-кадастровой и топографической моделей местности. это элемент автоматизированной технологии совместного земельно-кадастрового и топографи- ческого дешифрирования материалов аэрофото- съемки и построения многоцелевой цифровой модели местности, как основы создания цифровых земельно-кадастровой и топографической моделей местности. ЦБКММ представляет собой комплекс взаимосвязанных и взаимодополняющих ГИС геодезического, картографического и земельно- кадастрового содержания.

Цели создания ЦБКММ 1) создание ЗИС; 2) обновление крупномасштабных топографических карт и планов цифровыми методами; 3) создание цифровых крупномасштаб- ных топографических карт и планов.

Это промежуточный продукт, предназначен- ный для формирования из материалов аэрофотосъемки ЗИС и цифровых крупно- масштабных топографических карт и планов.Это промежуточный продукт, предназначен- ный для формирования из материалов аэрофотосъемки ЗИС и цифровых крупно- масштабных топографических карт и планов. С учетом этих целей содержание ЦБКММ определено таким образом, чтобы формиро- вание ЗИС и цифровых топографических карт и планов осуществлялось в камеральных условиях путем построения запросов и реорганизации информации.С учетом этих целей содержание ЦБКММ определено таким образом, чтобы формиро- вание ЗИС и цифровых топографических карт и планов осуществлялось в камеральных условиях путем построения запросов и реорганизации информации.

В качестве исходного материала были использованы учебные топографические планы масштаба 1:5 000 на территорию УГС «Западная Березина»

ArcScan – дополнительный модуль для ArcGIS, разработанный для преобразования растровых данных в векторные. Этот простой в использовании продукт представляет собой набор мощных команд и инструментов для оцифровки бумажных карт. ArcScan позволяет выполнять векторизацию в трех режимах: – автоматическом; – полуавтоматическом (интерактивном) – ручном.

Используя ArcScan возможно: – создавать векторные объекты в форматах базы геоданных или шейп-файла непосредственно по растровому изображению в полуавтоматическом или автоматическом режимах; – подготавливать изображения для векторизации в автоматическом режиме; – задавать среду замыкания для растров; – выбирать группы ячеек растров путем запроса к связанным с ним областям.

Работа по векторизации для создания ЦМР осуществлялась в несколько этапов: 1.Сканирование учебных топографических планов масштаба 1:5 000; 2.Выделение из растра характерных цветовых характеристик для рельефа и гидрографии; 3.Создание базы геоданных «Рельеф»; 4.Привязка растров; 5.Подготовка растров к автоматической векторизации; 6.Автоматическая векторизация рельефа и гидрографии средствами ArcScan.

Векторизация осуществлялась в несколько этапов непосредственно автоматическая векторизация объектов; проверка (исправление) топологии; добавление атрибутов.

Цифровая модель рельефа – это средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, рельефа) в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети или как совокупность записей горизонталей или иных изолиний.

DEM и TIN регулярная и нерегулярная Применяемые в настоящее время способы построения ЦМР, в зависимости от принятой схемы размещения точек и типа математической модели, можно условно разделить на две группы

DEM Модель на сетке со сторонами, параллельными координатным осям X и Y системы местностиМодель на сетке со сторонами, параллельными координатным осям X и Y системы местности Такая модель называется регулярной, основана на интерполяции значений высот и известна как модель DEM (Digital Elevation Model).Такая модель называется регулярной, основана на интерполяции значений высот и известна как модель DEM (Digital Elevation Model). Регулярная ЦМР может быть рассчитана на любую область и может иметь любой размер, ограниченный только размером диска.Регулярная ЦМР может быть рассчитана на любую область и может иметь любой размер, ограниченный только размером диска. Регулярную ЦМР можно представлять себе как бесконечную решетку, параллельную осям коорди- нат, к узлам которой приписаны значения высоты.Регулярную ЦМР можно представлять себе как бесконечную решетку, параллельную осям коорди- нат, к узлам которой приписаны значения высоты.

Интерполяция рассчитывает значения ячеек на основании ограниченного числа точек измерений Измерить высоту, величину или концентрацию какого- либо свойства в каждой точке исследуемой области обычно трудно или дорого. Вместо этого можно выбрать набор распределенных по некой схеме точек замеров и по ним рассчитать значения в остальных точках. Благодаря интерполяции можно получить новую информацию, создав новый набор данных, который выявляет определенные закономерности в исходном наборе данных.Измерить высоту, величину или концентрацию какого- либо свойства в каждой точке исследуемой области обычно трудно или дорого. Вместо этого можно выбрать набор распределенных по некой схеме точек замеров и по ним рассчитать значения в остальных точках. Благодаря интерполяции можно получить новую информацию, создав новый набор данных, который выявляет определенные закономерности в исходном наборе данных. В работе были рассмотрены три способа интерполяции – сплайн, метод обратно взвешенных расстояний и Topogrid.В работе были рассмотрены три способа интерполяции – сплайн, метод обратно взвешенных расстояний и Topogrid.

Метод Сплайн (Spline) рассчитывает зна- чения ячеек грида на основе математиче- ской функции, минимизирующей кривизну поверхности, точно проходящую через все точки измерений. Идея аналогична растягиванию пленки, так чтобы она проходила через все точки. Существует два метода сплайна: регуляризация и натяжение

Метод обратно взвешенных расстояний (ОВР) – Inverse Distance Weighted (IDW) Вычисляет значения ячеек по среднему от суммы значений точек замеров, находящихся вблизи каждой ячейки. Чем ближе точка к центру оцениваемой ячейки, тем больший вес, или влияние, имеет ее значение в процессе вычисления среднего.

Для построения корректной ЦМР в ArcGIS существует функция Topogrid, позволяющая рассчитывать модель рельефа, качество которой многократно превышает качество моделей, получаемых обычными методами интерполяции. В данной функции учитывается не только пространственное положение изолиний рельефа и отметок высот но и расположе- ние речной сети, водоемов, локальных понижений рельефа. В данной функции учитывается не только пространственное положение изолиний рельефа и отметок высот но и расположе- ние речной сети, водоемов, локальных понижений рельефа.

Гидрографическая сеть При создании гидрографической сети для целей использования в построении цифровой модели рельефа по методу Topogrid важным является то, имеет ли слой гидрографии данные о направлении течения рек. В базе геоданных ArcGIS данный вопрос решается путем создания геометрической сети. Геометрическая сеть – это математиче- ская модель различных сетевых структур. Геометрическая сеть – это математиче- ская модель различных сетевых структур. Логическая сеть – это схема, согласно которой функционирует геометрическая сеть. Логическая сеть – это схема, согласно которой функционирует геометрическая сеть.

Особенно хорошо в модели Topogrid видны речные гривы в пойме Западной Березины

TIN Цифровая модель рельефа TIN, основанная на треугольниках произвольной формы, покрывающих всю область моделирования, представляет рельеф наиболее точно, поскольку обеспечивает плотное прилегание треугольников к моделируемой поверхностиЦифровая модель рельефа TIN, основанная на треугольниках произвольной формы, покрывающих всю область моделирования, представляет рельеф наиболее точно, поскольку обеспечивает плотное прилегание треугольников к моделируемой поверхности Построение TIN сводится к созданию оптимальной сети треугольников, элементы которой стремятся быть как можно ближе к равносторонним. Чтобы поверхность оптимально моделировалась треугольниками, применяет- ся алгоритм, известный как триангуляция Делоне.Построение TIN сводится к созданию оптимальной сети треугольников, элементы которой стремятся быть как можно ближе к равносторонним. Чтобы поверхность оптимально моделировалась треугольниками, применяет- ся алгоритм, известный как триангуляция Делоне. Использование модели TIN для получения высот новых точек не совсем удобно, поскольку для этого необходимо не только определить принадлежность определяемой точ- ки конкретному треугольнику, но и выполнить линейную интерполяцию высот по отметкам его вершинИспользование модели TIN для получения высот новых точек не совсем удобно, поскольку для этого необходимо не только определить принадлежность определяемой точ- ки конкретному треугольнику, но и выполнить линейную интерполяцию высот по отметкам его вершин

Модели DEM более подходят для целей мелкомасштабного отображения, идентификации водосборных бассейнов, анализа зон видимости и затопления, моделирования рельефа поверхности, распространения загрязнений, геохимических, гидрологических, климатических и многих других данных.Модели DEM более подходят для целей мелкомасштабного отображения, идентификации водосборных бассейнов, анализа зон видимости и затопления, моделирования рельефа поверхности, распространения загрязнений, геохимических, гидрологических, климатических и многих других данных. Модели TIN более подходят для решения крупно- масштабных задач на небольших территориях, где используются высокоточные данные, например, в проектных инженерных приложениях для отображе- ния строений на рельефе, вычисления объемов земельных выемок и иных задач.Модели TIN более подходят для решения крупно- масштабных задач на небольших территориях, где используются высокоточные данные, например, в проектных инженерных приложениях для отображе- ния строений на рельефе, вычисления объемов земельных выемок и иных задач.

Выводы Автоматизация процесса векторизации помогает значительно ускорить процесс ввода данных ArcGIS имеет широкие возможности для построения ЦМР Выбор способа построения ЦМР зависит от имеющихся данных и поставленных задач: все методы хороши по своему

Данную презентацию можно увидеть в Интернете по адресу

КОНЕЦ! Спасибо за внимание