Скачать учебники

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

Генерация сети тальвегов и водоразделов. Расчет структурных элементов рельефа, образующих его каркас, т.е. экстракция из ЦМР линейных элементов, обычно называемых линиями тальвегов и линиями водоразделов, а в более общем виде, с учетом не только рельефа суши, но и дна океанов и внутренних водоемов, килевыми и гребневыми, или базисными и вершинными, предполагает моделирование линий поверхностного стока. Для матричной ЦМР направление стока из каждой ее ячейки будет определяться соотношением ее высотной отметки с высотными отметками четырех или восьми соседних ячеек. Таким образом могут быть найдены все ячейки, образующие водосбор, и оконтурена его граница (линия водораздела), а линии стока будут определять эрозионную сеть, примерно соответствующую тальвегам.
Более «изощренные» и эффективные способы выделения линий тальвегов и водоразделов основаны на формализмах дифференциальной геометрии (подобных тем, какие используются в ранее упомянутых алгоритмах расчета кривизны склонов для оценки их формы), позволяя экстрагировать из ЦМР не только тальвеги и водоразделы, но и иные структурные линии, включая бровки, швы, ребра и гребни, небезынтересные с точки зрения морфометрических приложений функций обработки ЦМР.

Аналитическая отмывка рельефа. Автоматизация светотеневой отмывки рельефа — наиболее пластического и широко распространенного способа картографического изображения рельефа на средне- и мелкомасштабных топографических и общегеографических картах в сочетании с гипсометрической его характеристикой или изображением в горизонталях (изобатах) — одна из прикладных задач, поставленных и решенных уже в первых экспериментах по обработке ЦМР в 60-х годах XX в., в условиях использования современных программных средств ГИС стала вполне рутинной процедурой. Ее реализация основана на расчете относительных освещенностеи склонов, точнее участков склонов, «элементарных склонов», образованных треугольными гранями модели TIN или плоскостями ячеек матрицы высот. Освещенность вычисляется по формуле

Формула (доступно при скачивании полной версии книги)

где I – относительная освещенность; ср — угол между вектором направления на источник освещения и вектором нормали к плоскости элементарного склона [Ю.Л.Костюк, 2000], или по другой формуле, удобной для вычислений при уже известных значениях угла наклона и экспозиции и пригодной для расчета реального солнечного освещения (инсоляции):

Формула (доступно при скачивании полной версии книги)

Обычно источник помещают на северо-западе, как это принято при ручном исполнении отмывки рельефа. Автоматизированный режим расчета освещенностей и визуализации полученной картины позволяет оптимизировать пространственное положение искусственного источника, сообразуясь с морфологическим типом рельефа и морфологией конкретного участка местности для достижения наглядности и пластичности изображения. Эффект пластичности может быть значительно усилен при использовании двух точечных источников освещения (синтеза эффекта бокового и вертикального освещения), а также путем дополнительной имитации рассеянного освещения. Помимо этого, высокореалистичное (фотореалистичное) изображение рельефа, в особенности высокогорного, в том числе альпийского, требует учета отражательного эффекта склонов, генерации и коррекции теней. Современные методы аналитической отмывки рельефа интерактивны, способны имитировать мельчайшие детали «ручного» ее исполнения, например путем интерактивной локальной коррекции освещенности участка, сообразуясь с его морфологическими особенностями.

Трехмерное представление рельефа в виде светотеневого или нитяного (каркасного) изображения (блок-диаграммы) — еще одна из широко распространенных функций обработки ЦМР (рис. 20).

Рис. 20. Трехмерное светотеневое изображение рельефа (доступно при скачивании полной версии книги)

В основе построения таких изображений (по крайней мере, основанных на представлении ЦМР моделью TIN) лежат алгоритмы компьютерной графики, разрешающие проблему удаления невидимых поверхностей при формировании трехмерных сцен и их проецировании на плоскость.
Подобные изображения часто называют условным термином «2,5-мерные изображения», подчеркивая их отличие от истинно трехмерных, предназначенных для стереовосприятия объемного изображения или обеспечивающих такое восприятие непосредственно.
В сочетании с «драпировкой» цифровым изображением местности такое трехмерное (точнее, 2,5-мерное) изображение рельефа способно дать ее высокореалистичный вид с высоты «птичьего полета». Динамическая серия таких изображений, имитирующая полет летательного аппарата, принадлежащая к классу виртуально-реальностных изображений, широко используется в оборонных и гражданских приложениях при обучении штурманов авиаэкипажей и морских судов. Технология виртуальной реальности уже становится штатной функцией обработки ЦМР в составе коммерческих программных средств ГИС (см. 2.3.3).

Анализ видимости/невидимости. Эта операция обработки ЦМР, практически невыполнимая в неавтоматизированном режиме, обеспечивает оценку поверхности с точки зрения видимости или невидимости наблюдателем отдельных ее частей с некоторой точки обзора, расположенной, как правило, «над» наблюдаемой поверхностью. Может рассматриваться случай видимости из множества точек (источников или приемников излучений), заданных их положением в пространстве. Известны многочисленные гражданские приложения этой операции для расчета расположения антенн сотовой и коротковолновой радиосвязи. Многочисленны также оборонные приложения этой операции для оценки маскирующих и защитных свойств местности и выбора мест размещения командных и наблюдательных пунктов. Известен пример ее использования для оценки возможности индикации возникновения лесных пожаров контролируемой территории с наблюдательных вышек на основе ЦМР и лесоустроительных планов, позволивших построить цифровую картографическую модель зон видимости/невидимости при заданной высоте обзора с учетом кривизны земной поверхности, рефракции и экранирующего эффекта лесонасаждений и решить задачу оптимизации их размещения (минимизации числа вышек при заданных конструктивных параметрах и площади, остающейся недоступной для визуального наблюдения).
Современные приложения функции анализа видимости/невидимости связаны с оценкой влияния рельефа (в особенности горного) или «рельефоидов» городской застройки на величину зоны устойчивого радиоприема (радиовидимости) при проектировании и оптимизации размещения радио- и телевещательных станций, радиорелейных сетей и систем мобильной радиосвязи.

Контрольные вопросы

1. Почему для представления рельефа требуются особые модели данных?
2. Является ли множество цифровых записей горизонталей полноценной цифровой моделью рельефа?
3. Каковы основные источники данных для создания ЦМР суши и дна
акваторий?
4. Перечислите недостатки топографической карты (плана) как основного источника данных для создания ЦМР.
5. Какие математические алгоритмы применяются для создания ЦМР.
6. Каковы особенности моделей данных, используемых при создании и
обработке ЦМР?
7. Какие факторы контролируют качество ЦМР?
8. Охарактеризуйте основные функции обработки ЦМР.
9. Каковы основные области использования ЦМР?

< Использование цифровых моделей рельефа (ЦМР).

Содержание книги "Тикунов В. С. Геоинформатика."

Математико-картографическое моделирование (МКМ). Элементарные математико-картографические модели >

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".