Скачать учебники

Тикунов В. С. Геоинформатика. Использование цифровых моделей рельефа (ЦМР).

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Использование ЦМР. Готовая цифровая модель способна обеспечить решение самых разнообразных задач благодаря развитым Функциям цифрового моделирования рельефа, которые встроены в современные универсальные полнофункциональные инструментальные программные средства ГИС.

Обычно функционально обособленные модули обработки ЦМР в составе таких программных продуктов поддерживают следующие группы функций:
• расчет «элементарных» морфометрических показателей: углов наклона (уклонов) и экспозиций склонов;
• оценка формы склонов через кривизну их поперечного и продольного сечений;
• генерация сети тальвегов и водоразделов (сепаратрисс) и других особых точек и линий рельефа, нарушающих его «гладкость»; подсчет положительных и отрицательных объемов относительно заданного горизонтального уровня в пределах границ участка;
• построение профилей поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломаной линии;
• аналитическая отмывка рельефа;
• трехмерная визуализация рельефа в форме блок-диаграмм и других объемных каркасных (нитяных), полутоновых (светотеневых и фотореалистичных (текстурированных) изображений, в том числе виртуально-реальностных, например путем драпировки поверхности рельефа цифровыми космо- или аэрофотоизображениями;
• оценка зон видимости или невидимости с заданной точки (точек) обзора (анализ видимости/невидимости);
• построение изолиний по множеству отметок высот (например, генерация горизонталей);
интерполяция значений высот, другие трансформации исходной модели (например, осреднение, сглаживание, генерация, фильтрация и т.п.);
ортотрансформирование аэро- и космических снимков.

Перечисленные функции стандартного коммерческого программного обеспечения ГИС, разумеется, не исчерпывают всех возможностей обработки данных о рельефе; в экспериментах и специализированных средствах обработки ЦМР они существенно богаче, образуя основу разнообразных приложений технологии цифрового моделирования рельефа. Рассмотрим наиболее практически важные из них подробнее.

Расчет углов наклона и экспозиций склонов. Использование ЦМР обеспечивает расчет разнообразных «частных характеристик» рельефа, под которыми понимаются производные от функции высот значения углов наклона, экспозиций и формы склонов. В первую очередь появились алгоритмы расчета углов наклона и экспозиций, которые параллельно и независимо разрабатывались в самых разнообразных целях, вошли в инструментарий практически всех программных средств ГИС, использовались для решения множества задач. Под углом наклона (крутизной ската, крутизной склона) понимается одна из характеристик пространственной ориентации элементарного склона — угол, образуемый направлением ската с горизонтальной плоскостью, выражаемый в градусах или в безразмерных величинах уклонов, равных тангенсам углов наклона, а также в процентах или промилле. Экспозиция склона численно равна азимуту проекции нормали склона на горизонтальную
плоскость и выражается в градусах, либо по 4, 8, 16 или 32 румбам (при этом экспозиция плоского склона с нулевой крутизной не определена).
Предложено множество формул и алгоритмов расчета углов наклона и экспозиций склонов, используемых при обработке растровых ЦМР в виде квадратной матрицы высот. Все они основаны на методе скользящего окна размером 2x2 или 3x3 точки с высотными отметками в узлах регулярной квадратной сети. Один из алгоритмов описан, например, в книге [Е.Г.Капралов, А.В.Кош-карев, В.С.Тикунов и др., 2004].
Классический пример решения задачи, предполагающей расчет углов наклона, — оценка эрозионной опасности, которая рассматривается как функция набора геолого-геоморфологических, включая морфометрические, почвенных и климатических параметров, а также характеристик использования земель с помощью универсального уравнения (модели) эрозии почв USLE (Universal Soil Loss Equation), предложенной В.Уишмайером (W. H.Wisch-meier) и Д.Смитом (D.D.Smith) в 1978 г. и с тех пор широко известной в различных версиях ее реализации средствами ГИС:

А = RKLSCP, (2.42)

где А — прогнозируемая (расчетная) величина среднегодовой почвенной эрозии в единицах массы на единицу площади; R— показатель количества осадков; К— коэффициент эродированности; L— длина склона; S— угол наклона; С — показатель растительного покрова; Р — применяемые противоэрозионные мероприятия. Морфометрические характеристики склона в модели объединяют понятием «склоновый фактор»; для его оценки используют алгоритмы расчета угла наклона и длины (протяженности) склона (в направлении линии наибольшего ската).

Оценка формы склонов. В продолжение анализа геометрических свойств окрестности точки на заданной криволинейной поверхности, соответствующей элементарному склону, можно оценить его форму. Методы такой оценки предлагались неоднократно. К примеру, в работе, посвященной автоматизации построения карт ориентации, формы и относительной освещенности склонов, предлагался алгоритм классификации элементарных склонов по типам их поперечного и продольного профилей в соответствии с подходом к типологии элементарных форм Ю.К.Ефремова [А. В.Кошкарев, 1980]. При этом под профилем склона понималась величина (или знак) радиуса кривизны нормального сечения склона в направлении линии наибольшего ската (поперечный профиль) или в перпендикулярном ему направлении (продольный профиль). С точки зрения формализмов дифференциальной геометрии им будут соответствовать частные производные второго порядка от функции Рельефа (градиенты изоградиентной поверхности).
Продолжением линии «элементаризации земной поверхности» следует считать систематику А. Н. Ласточкина, включающую характерные точки и структурные линии рельефа (в том числе линии перегиба продольного и поперечного профилей), а также элементарные поверхности — морфологические элементы, ограниченные морфоизографами (линиями с нулевыми значениями горизонтальной кривизны, отделяющими выпуклые, вогнутые и прямолинейные в плане элементы) и классифицируемые по типам профиля склона и другим морфографическим признакам [А. Г.Зинченко, А. Н.Ласточкин, 2001].

< Математические алгоритмы, используемые для ЦМР.

Содержание книги "Тикунов В. С. Геоинформатика."

Использование ЦМР. Генерация сети тальвегов и водоразделов. Аналитическая отмывка рельефа. Трехмерное представление рельефа. Анализ видимости/невидимости. >

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

При копировании информации обязательны прямые ссылки на сайт, а также на авторов книг.
Все книги являются собственностью их авторов и служат исключительно для ознакомления.
© Edu-Knigi.ru, 2011. © Дизайн и программирование от студии "ПСГ".