4. Цифровые модели местности кратко

4.1. Основные понятия

Термины и определения понятий в области цифрового картографирования, а также использования цифровых и электронных карт и моделей установлены межгосударственным стандартом ГОСТ 28441-99 «Картография цифровая. Термины и определения».

В соответствии с данным стандартом цифровой моделью местности (ЦММ) называется логико-математическое представление в цифровой форме топографо-геодезических данных об объектах местности и ее характеристиках. ЦММ включает в себя:

• метрическую информацию – геодезические пространственные координаты характерных точек рельефа и ситуации;

• синтаксическую информацию для описания связей между точками – границы зданий, лесов, пашен, водоемов, дороги, водораздельные и водосливные линии, направления скатов между характерными точками на склонах и т.п.;

• семантическую информацию, характеризующая свойства объектов – технические параметры инженерных сооружений, геологическая характеристика грунтов, данные о деревьях в лесных массивах и т.п.;

• структурная информация, описывающая связи между различными объектами – отношения объектов к какому-либо множеству: раздельные пункты железнодорожной линии, здания и сооружения населенного пункта, строения и конструкции соответствующих производств и т.п.;

• общую информацию – название участка, система координат и высот, номенклатура.

Топографическая ЦММ характеризует ситуацию и рельеф местности. Она состоит из цифровой модели рельефа местности (ЦМРМ) и цифровой модели контуров (ситуации) местности (ЦМКМ). Кроме этого ЦММ может дополняться моделью специального инженерного назначения (ЦМИН). В инженерной практике часто используют сочетание цифровых моделей, характеризующих ситуацию, рельеф, гидрологические, инженерно-геологические, технико-экономические и другие показатели.

ЦММ создают с помощью специальных модулей систем автоматизированного проектирования (САПР) таких как «AutoCad Land Development Desktop», «Autodesk Civil 3D», «Autodesk Map 3D», «Pythagoras», «Credo», «GeoniCS», «Топоматик Robur» и др.

При решении инженерно-геодезических задач на ЭВМ применяют математическую интерпретацию цифровых моделей, ее называют математической моделью местности (МММ). Автоматизированное проектирование на основе ЦММ и МММ сокращает затраты труда и времени в десятки раз по сравнению с использованием для этих целей бумажных топографических карт и планов.

Исходными данными для создания цифровых моделей местности являются результаты топографической съемки, данные о геологии и гидрографии местности.

4.2. Классификация цифровых моделей местности  

Классификация ЦММ по назначению соответствует общей классификации карт: топографические, контурные, геологические, кадастровые и др.

По способу размещения исходной информации и правил ее обработки на ЭВМ цифровые модели местности делятся на регулярные, нерегулярные, структурные (рис. 34).

Цифровая модель местности, в которой опорные точки с известными координатами располагаются в узлах геометрических сеток различной формы, например, в виде сети квадратов или равносторонних треугольников (рис. 34, а), называется регулярной. Используют также регулярные ЦММ на поперечниках к магистральному ходу (рис. 34, б).

Если на участок местности имеются крупномасштабные карты и планы, то создают ЦММ в виде массива точек, расположенных через определенные интервалы на горизонталях, путем перемещения визира дигитайзера по горизонтали (рис. 34, в).

В регулярных ЦММ геоморфология местности не учитывается, поэтому их предпочтительно использовать для равнинной местности.

а)		б) в)
г)	д)		е)

Рис. 34. Схемы цифровых моделей местности

Цифровая модель местности, в которой точки располагаются произвольно в пределах однородных по рельефу, геологии, гидрологии участков местности без какой-либо определенной системы, но с заданной густотой и плотностью называется нерегулярной.

Цифровая модель местности, которая состоит из точек с известными координатами, расставленных в вершинах переломов структурных (орографических) линий рельефа называется структурной.

Структурные ЦММ используют в основном для пересеченной местности.

Точки структурных цифровых моделей рельефа могут располагаться:

• на основных перегибах всех структурных линий (рис. 34, г);

• в местах изменения кривизны склонов (рис. 34, д);

• вдоль скатов по линиям наибольшей крутизны в местах характерных переломов с указанием крутизны и направлений линий (рис. 34, е).

4.3. Цифровые и электронные карты

Стандартом ГОСТ 28441-99 установлены следующие термины и определения:

Цифровая карта (ЦК) – цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба. Цифровая карта используется для изготовления бумажных и электронных карт, входит в состав картографических баз данных, является топографо-геодезической основой геоинформационных систем (ГИС).

Электронная карта (ЭК) – цифровая картографическая модель, визуализированная или подготовленная к визуализации на экране средства отображения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба.

Трехмерная электронная модель местности – наглядная и измеримая модель местности, построенная на экране средства отображения информации в трехмерной системе координат в соответствии с заданными условиями наблюдения.

Электронная карта отображается на экране с помощью программных средств (САПР, ГИС).

Преимуществом электронных карт является:

1) возможность их изменения по мере получения новых данных;

2) автоматический поиск и выдача необходимой информации;

3) масштабирование изображения;

4) послойный вывод данных на экран, т.е. только той информации, которая нужна пользователю.

Рис. 41. Примеры электронных карт в интернет-сервисе "Google Карты" с отображением: а) рельефа; б) ситуации

Для представления электронных карт на экране дисплея применяют два основных способа: растровый и векторный.

Растровая форма представления – способ представления цифровой картографической информации в виде матрицы, элементами которой являются коды цветов картографического изображения. Т.е. изображение разбивается на множество дискретных ячеек – элементов растра.

Основной недостаток растровой формы состоит в том, что размер ячеек является фиксированным, поэтому при изменении размера изображения возникают нежелательные эффекты. При большом увеличении элементы растра перестают восприниматься глазом как однородное изображение. При значительном уменьшении часть ячеек не отображается, что приводит к потере информации, содержащейся в изображении, и его детали становятся плохо различимыми.

Векторная форма представления – способ представления метрической картографической информации в виде последовательности векторов.

Векторные изображения состоят из математически заданных линий (векторов), кривых и геометрических фигур. В основе изображения лежит векторный каркас. Такие изображения не искажаются при масштабировании - их можно увеличивать или уменьшать без видимой потери качества.

Векторная структура данных показывает только геометрию картографических объектов. Чтобы придать ей полезность карты, геометрические данные связывают с соответствующими атрибутивными данными, хранящимися в отдельном файле или в базе данных.

4.4. Вопросы для самоконтроля

1. Что называют цифровой моделью местности?

2. Какие данные включает в себя ЦММ?

3. С помощью каких программных средств создают ЦММ?

4. Какая ЦММ называется регулярной?

5. Какая ЦММ называется нерегулярной?

6. Какая ЦММ называется структурной?

7. Что называют цифровой картой?

8. Что называют электронной картой?

9. Какие преимущества электронных карт?

10. Какие применяют способы представления электронных карт на экране дисплея?

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.