Цифров модел на релефа: описание, видове, типове, конструкция

Цифровият модел на релеф (DEM) е специализирана база данни, която показва формата на повърхността между точките на дадено ниво, съставена от интерполиране на височините на данните, получени от наземни изследвания и фотограметрично събиране на базата на правоъгълна симулационна мрежа. ГИС софтуерът използва цифрова технология за 3D визуализация, създаване на контур и анализ на повърхността.

История на развитието и модерността

Терминът DMS беше въведен през 70-те години, за да се разграничи най-простата форма на моделиране на терена от по-сложни видове електронно повърхностно представяне. Първо, той е бил използван изключително за растерни представяния: стойността на височините, дадени в възлите на пресечната точка на редовната мрежа. Изграждането на цифров модел на облекчение беше въпрос на няколко месеца.


Днес безпилотни летателни апарати могат да събират необходимите данни, да ги анализират до най-малките детайли и да изградят визуално оформление в по-реалистични и ефективни условия. Дори най-труднодостъпните големи площи на Земята могат да бъдат разглеждани и преобразувани в модел, използващ безпилотни летателни апарати (БЛА), оборудвани с най-съвременно оборудване. Различни видове радари, видеокамери и други инструменти могат да бъдат инсталирани на дроновете, за да се събере необходимата информация за конкретен цифров модел на терена. Тази модерна технология, съчетана с най-бързия софтуер, осигурява най-добри резултатив най-кратки срокове.
На 26 април 2016 г. глобалната компания за IT решения NTT DATA и RESTEC (Японски център за дистанционно наблюдение) обявиха, че тяхната услуга за 3D цифрова карта, наречена AW3D, е първата 5-метрова услуга на триизмерен модел на релеф с покритие целия свят, включително Антарктика. Услугата работи на базата на три милиона изображения, получени от сателитите на DAICHI и модернизирани спътници за наблюдение на Земята (ALOS) от японската агенция за космически проучвания (JAXA).


През февруари 2014 г. NTT DATA и RESTEC стартираха услуга с триизмерни цифрови карти с ограничено покритие. Тази услуга представлява значително подобрение спрямо съществуващите услуги, предлагащи резолюция от само 30 и 90 метра. Данните за NTT DATA, AW3D вече се използват в повече от 60 страни.

Термини, определения и съкращения

Цифровият модел на релеф е триизмерен образ на терена, създаден въз основа на данни за височината и представен под формата на квадрати с голям растер или неправилна триъгълна решетка.
DHS USGS - Геометрични растерни решетки, които са вградени в серия от профили "юг-север". Подобно на други параметри на USGS, матриците първоначално са били създадени под формата на букви, съответстващи на топографските четириъгълници:
  • мащабно -75 /15 минути;
  • Временни - 30 минути;
  • малък - 1 степен.
  • Плочките за изграждане на цифров модел на терена са достъпни за свободно изтегляне в много държавни и регионални центрове за обмен на информация.
    DEM е цифрова картарелеф, т.е. представяне на земната повърхност. DTM - набор от методи, използвани за получаване или представяне на матрицата на височините. Матричното филтриране на височината е набор от методи, използвани за подобряване на геоморфологичното сходство на матриците. Анализ или параметризация на района - процесът на количествена оценка на детайлите на района. Анализът на цифровите модели на терена (DTA) се използва като общ термин за определяне на параметрите на приложението. Терен - карти или изображения, получени от база данни, използваща DTA.

    Източници на данни DEM

    Топография или релеф - форма или конфигурация на терена, представена на картата от контурни линии, хипсометрични нюанси и засенчване. Понастоящем съществуват пет основни източника на данни за създаване на цифров модел на терена:
  • наземни проучвания;
  • събиране на фотограмметрична информация на борда;
  • налични картографски изследвания, като топографски карти;
  • сканиране с въздушен лазер;
  • Стереоскопични или радарни сателитни изображения.
  • Тези методи за събиране на матрицата се сравняват, като се вземат предвид четири аспекта:
  • цена;
  • точност;
  • плътност на вземане на проби;
  • изисквания за предварителна обработка.
  • Традиционно такава информация е била събирана от инспектори от наземни проучвания, последвана от полуавтоматично цифровизиране на стереоплоттери. Това е най-точен, но и най-скъп метод за събиране на данни. Последните разработки се отнасят до автоматичното сравняване на стерео изображения, използването на изображения с лазерсканиране, дистанционно наблюдение или стереоскопични наслагвания (SPOT, ASTER) или използване на интерферометрични снимки.
    Вторият модерен метод с висока ефективност е бордовата и космическата интерферометрична радарна система, която се използва за точно получаване на данни както за земната повърхност, така и за терена.

    Видове цифрови модели на терена

    Сравнението на няколко повърхности на височина може да се използва за картографиране на три височини или за оценка на обема на обектите. Лазерното сканиране се използва за изграждане на сгради, електропроводи, открити кариери, терен и дори геометрия на вълните в морето. Съществуват различни начини за моделиране на височините: цифрови модели на терена (DIM), цифрови модели на повърхността (SMPs), цифрови модели на терена (3DMs) и триъгълни неправилни мрежи (TNC). SMF улавя естествени и вградени функции на земната повърхност и е полезна при 3D-моделиране за телекомуникации, градско планиране и авиация, тъй като обектите на изследването са показани с височина над земната повърхност. DIM е чиста мрежа, свързана с вертикална координатна система. Когато разработчик филтрира точки като мостове и пътища, той получава гладък цифров модел на терена. Сградите на електропроводи, сгради и растителни видове не са включени в DEM. Дизайнът на мрежовия контур е особено полезен при планирането на хидрологията, почвата и земеползването. CMM има две определения, в зависимост от държавата на използване. В някои страни това всъщност е синоним на DIAи означава повърхността на кота, представляваща чиста земя, свързана с общия вертикален елемент.

    В Съединените щати има друга дефиниция на цифровите модели на терена - набор от векторни данни, състоящ се от редовно подредени точки и естествени елементи като хребети и линии на скъсване. Той допълва матрицата на височините, включително линейните характеристики на повърхността на земята. В Русия за TSMM се използва ГОСТ Р 52440-2005, съгласно който се цели да се създаде картографска база за пространствено свързване на геоданни, получени при извършване на инженерни търсения, поземлени кадастрални работи, интерполация, статистически изследвания, други специални работи и изследвания. Този модел обикновено се създава със стереофотограмметрия. Точките се намират редовно и характеризират формата на голите зони. От тези редовни и контурни линии можете да интерполирате CMM в DIA. Той представя отличителни черти на земната повърхност много по-добре от триизмерните линии на разкъсване и редовно разположени триизмерни точки на маса.

    Триангулирана неправилна мрежа

    За симулацията на непрекъсната площ, базирана на измерените данни за точката на зоната, разположена между измерванията, следва да се свърже с изчислителните методи. За да направите това, отделните точки първо се свързват с триъгълната повърхност, която е налична във векторна форма (TIN: триъгълна неправилна мрежа) чрез интерполация.
    Ако е необходимо, векторните данни се преобразуват в растерна форма, например с мрежафиксиран размер на клетката. За целта се използват различни математически методи. Важно е да се тества симулацията, за да се реши кой от най-реалистичните да се избере за района на изследване. Въпреки че някои ГИС приложения, като Arc GIS, могат да се справят с TIN, други работят само с растерни геомодели. В зависимост от местоположението на базовите точки на измерване са изобразени различни оформления.

    Уреди за получаване на височини

    След като изберете метод за реалната повърхност на зоната, изберете инструмента за измерване на измерванията. В момента широко се използва:
  • Безпилотно летателно средство.
  • LiDAR - Измерва отразената от земята отразена светлина и се връща към сензора, за да се получи височината на земната повърхност.
  • Стереофотография от въздушна фотография.
  • Мулти-презентационно стерео уредба за въздушна фотография.
  • Настройка на блок за оптични спътникови изображения.
  • Интерферометрия чрез радарни данни.
  • ​​
  • Кинематичен GPS в реално време.
  • Топографски карти.
  • Теодолит или тахеометър.
  • Доплеров радар.
  • Някои методи за дистанционно наблюдение за получаване на матрица от височини:
  • Сателитна интерферометрия - синтезиран радар, като например мисията за топография на "совалковия радар", използва два радарни образа от антени, направени едновременно, за да създаде цифров модел на облекчение.
  • Фотограметрия - Снимки, взети от най-малко две различни гледни точки, се използват при фотографиране във въздушна фотография. Точно както работичовешкото зрение, тя е в състояние да получи дълбочина и перспектива чрез отделни гледни точки.
  • Интерполация на цифрови контурни карти

    Старите методи за генериране на DIM често включват интерполация на цифрови контурни карти, които могат да бъдат получени чрез директно изследване на повърхността на земята. Този метод все още се използва в планинските райони, където интерферометрията не винаги е задоволителна. Данните от линията на контура или други набори от DB за използване на GPS или наземни не са цифров модел на терена (DEM), но могат да се разглеждат като цифрови модели на терена. Вниманието на МММ е, че височината е постоянно достъпна във всяко място на изследване. Качеството на матрицата е мярка за това колко точно е височината на всеки пиксел (абсолютна точност) и колко точно е представен детайла (относителна точност). Няколко фактора играят важна роля в качеството на продуктите, получени на базата на матрицата:
  • неравенства на терена;
  • плътност на вземане на проби;
  • метод за събиране на данни за височината;
  • резолюция на мрежата или размер на пиксела;
  • алгоритъм на интерполация;
  • Вертикална резолюция;
  • алгоритъм за анализ на площ.
  • Стандартните 3D продукти включват качествени маски, които предоставят информация за крайбрежието, езерото, снежната покривка, облаците и корелациите.

    Проучване с използване на ГИС Глобален картограф

    Първата стъпка е да използвате инструмента за търсене на Global Mapper, за да създадете точков обект на желания адрес - това е проекцията за тази област. След това използвайте онлайн инструмента за данниможете да се свържете с изображения с висока резолюция. Уебсайтът на ГИС има редица полезни слоеве, които могат да бъдат добавени. Векторните данни се изтеглят като оформен файл с помощта на уеб браузъра в Global Mapper чрез просто плъзгане на файлове. Технологията за конструиране на цифрови модели на облекчение:
  • Изтеглете DEM.zip архива. Размерът на Zip архива е 25 MB.
  • Разархивирайте архива в директорията на твърдия диск.
  • Отворете DEM.zip архива.
  • Създайте поддиректория с име "DEM" в директорията, където се съхраняват данните.
  • Извличане на всички файлове от ZIP архива в нова поддиректория.
  • Крайният резултат ще бъдат два подкаталона, единият от които съдържа 30-метров DMP, а друг - 10-метров DMP.
  • Тези набори от данни имат по-ранен формат за разпространение на DEM USGS - височини в хоризонтални (пикселни) единици и представителни за площта, покрита с лист от топографска карта 1: 24,000.
  • Стартира Global Mapper.
  • Отворете DEM, изберете Файл & gt; "Отворете файла", след това отидете в директорията DEM_30m или DEM_10m, като отворите файла bushkill_pa.dem.
  • Използвайте инструментите Zoom и Pan, за да увеличите и превъртите DEM.
  • Бутонът за пълен изглед (начална икона) актуализира оригиналния пълен изглед на набора от данни.
  • За да видите матрицата на височините със засенчване на хълма, намерете бутона за изключване /изключване на засенчването на хълма, в долния ляв ъгъл, където има слънчеви лъчи.
  • Включва засенчване на хълмовете.
  • Можете да промените вида на оформлението, като изберете Инструменти> & gt; "Конфигурирайте" чрез промяна на настройките "Вертикалнопараметри "и" Shader Settings ", изберете цвета от всеки бутон" Low Color "или" High Color "в областта на градиентния шейдър.
  • Щракнете върху бутона "Приложи".
  • Отидете в раздела "Вертикални параметри" и експериментирайте с плъзгача "Вертикално преувеличение", кликнете върху "Приложи".
  • Отидете на инструмента за изтегляне на националната карта.
  • Уверете се, че текущото поле е избрано в менюто над картата. Това указва областта на картата, за която искате да намерите данните.
  • Разширете раздела "Продукти на надморската височина (3DEP)" в лявото меню и поставете отметка в квадратчето до всеки набор от данни, който искате да изтеглите.
  • Щракнете върху бутона "Намери продукти" и използвайте връзките, показани в резултатите от търсенето, за да покажете областта на всеки набор от данни на картата и изтеглете желаната DEM.
  • Ще бъде създаден пощенски архив, който може да бъде запазен на вашия твърд диск.
  • Стартирайте Global Mapper и отидете в папката, където се съхранява архивът.
  • Кликнете два пъти върху името на файла. Данните трябва да бъдат показани - програмата може да ги прочете дори в компресирана форма.
  • Изображението на данните за DEM трябва да се появи в прозореца Global Mapper.
  • Ако DEM Bushkill все още е видим, отворете Центъра за управление и изчистете флага на Bushkill DEM. Кликнете върху бутона "Пълен изглед".
  • За да видите данните от DEM от Shadow Hill, намерете бутона за активиране /деактивиране на засенчване на хълма в лентата с инструменти в долния ляв ъгъл.
  • Включва засенчване на хълмовете.
  • Можете да промените изгледа, като изберете Инструменти & gt;"Конфигуриране" и промяна на настройките за "Вертикални параметри" и "Шейдърни параметри".
  • Можете да видите метаданните, свързани с данните за оформлението, чрез менюто Инструменти & gt; "Център за управление". Размерите на PIXEL са определени в градуси, а не в метри.
  • Софтуер

    Различни компютърни програми, включително софтуер, специално пригоден за измервателни устройства от производители на геодезическо оборудване (Zeiss, Leica, Wild, Sokkia, Trimble), са на разположение за обработка и интерполация на точките на измерване. В археологическата практика AutoCAD обикновено се използва за обработка и пренаписване на триизмерни измервания в реално измерение. Можете да закупите допълнителни модули или разширени версии, за да създадете контурни линии и 3D модели. За проектиране на 2.5 D повърхности може да се използва всяка GIS програма. В допълнение, данните от геофизични изследвания могат лесно да бъдат прочетени и проектирани с помощта на данни за измерване на терена. Контурните планове могат да бъдат създадени във формат DXF. Файловете се експортират в AutoCAD. Затъмнените или цветни оформления на терена се експортират в различни графични формати (TIFF, JPEG, BMP) и се интегрират в AutoCAD. Получените модели обикновено се представят в растерна форма, в която стойността на височината се присвоява на клетката, с определена XY координата с дадената дължина на страницата. По принцип растерните варианти са подобни на изображенията, с изключение на това, че стойността на цвета остава стойност на височината. Конвертиране на растерни цифрови модели на облекчение от един формат в друг във форматПрограмите за ГИС обикновено не са проблем, така че тук не се изисква някакъв специфичен формат, особено защото те често са документирани в предишните спецификации. В зависимост от избрания източник на носител се избират различни начини за показване на повърхността на терена. AutoCAD файловете (* .dwg) често са трудни за експортиране в други векторни програми, като например corel draw или Adobe Illustrator за по-нататъшно редактиране. Въпреки това, за да се включат планове и чертежи за публикуване, AutoCAD може да се показва като PDF файлове, да се конвертира в JPEG файлове, да се разширява или модифицира чрез програми за редактиране на изображения.

    Обхват на метода

    Точната информация на земната повърхност е от основно значение в много науки. Топографията контролира обхвата на процесите на земната кора (изпарение, воден поток, масово движение, горски пожари), които са важни за обмена на енергия между физическата климатична система в атмосферата и биогеохимичните цикли. Екологията изследва връзката между формите на живот и околната среда, такава почва, вода, климат и ландшафт. Хидрологията се основава на познаването на контура на земята за моделиране на движението на вода, ледници и лед. Геоморфологията описва релефа, разпознавайки процесите на формиране. Климатологията изследва потоците на температура, влага и въздушни частици. Друга област на приложение на DEM е глобалната класификация на земното покритие. Точното картографиране и класифициране на земната повърхност в глобален мащаб е най-важната предпоставка за широкомащабно моделиране на геоложките процеси. В хода наМногобройни проучвания показват, че радарните изображения са подходящи за документиране и класифициране на естествената растителност и земеделски площи. Когато дистанционното отчитане, матричните повишения се използват за коригиране на изображения или за получаване на тематична информация за геометрията на сензора и локалното облекчение. По този начин за синергичното прилагане на различни ГИС сензорни системи, използването на цифрови модели на терена е предпоставка за кодиране на сателитни изображения и корекция на ефектите на терена.

    Свързани публикации