ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.09.2020
Просмотров: 1307
Скачиваний: 6
24. Растровый анализ в ГИС.
С помощью растровой модели в ГИС выполняется построение поверхностей географических характеристик, например, рельефа, распределения температуры воздуха, концентрации тяжелых металлов в почвогрунтах и т.д. Поверхности содержат в себе много разнообразной информации. Их можно просто просматривать, чтобы составить общее представление о данных, а можно проводить по ним самый различный анализ, например, построение моделей рельефа, расчет уклонов и экспозиций, скорости изменения каких-либо характеристик, определение видимости и т.д., В практике решения географических задач с помощью растровых моделей выполняются следующие виды анализа. Анализ поверхности. Для анализа поверхности растровой модели в ГИС включаются: функция построения изолиний, показывающая местоположения с одинаковым значением; функция вычисления уклона, используемая, например, для определения риска эрозионных процессов; функция вычисления экспозиции склонов, полезная, например, при определении участков под конкретные сельскохозяйственные культуры; функция отмывки рельефа, используемая как для реалистичного отображения поверхности рельефа, так и для анализа освещенности местности в различное время дня и др. Интерполяция растра. Интерполяция позволяет вычислить значения для всех ячеек растра по значениям ограниченного числа точек отбора проб. Может использоваться для предсказания значений любых географических данных – отметок высот, количества осадков, концентраций химических веществ, уровней шума и т.д. Используемые методы интерполяции включают несколько методов, таких как обратно взвешенных расстояний, кригинга, сплайна, которые основаны на различных предположениях о наилучшей оценке. Реклассификация растра. Целью реклассификации является при- ведение всех растровых покрытий к единой шкале категорий. Например, категорий пригодности или категорий стоимости или др. В качестве примера можно привести расчеты по проектированию коммуникаций, когда учитывают, что строительство трассы на болотистых грунтах ведет к удорожанию проекта в 1,8 раза, а на песках — в 1,3 раза. Соответственно в ГИС в растровом покрытии типов почв пиксели, расположенные в пределах болотистых грунтов, должны получить значение 1,8, а в пределах песков – 1,3. Такого рода преобразования необходимо провести со всеми растровыми покрытиями, участвующими в определении интегрированной стоимости трассы. Картирование плотности. Вычисление плотности распределения полезно, когда необходимо показать концентрацию точечных или линейных объектов. Например, имея данные по населению городов какого-либо региона, можно вычислить распределение населения по этому региону. Картирование расстояний. Обычно растровые наборы данных, полученные в результате работы функции картирования расстояний, используются для вычисления минимального по стоимости (или кратчайшего) пути, например, для прокладки новой дороги или нитки трубопровода.
25. Основа для построения ЦМР: топографическая карта…
Оценка рельефа территории позволяет лучше визуально определить взаимное расположение объектов, оценить их взаимосвязь и проанализировать влияние перепадов высот на объект диагностики. В этой связи в ГИС для более наглядного представления высотных отметок местности выполняется построение цифровой модели рельефа (ЦМР) (англ. DEM - Digital Elevation Model). Основой для построения ЦМР могутбыть: топографическая карта, набор связанных высотных отметок, космический снимок, стереопара, наземная геодезическая съемка. Однако, использование для получения модели рельефа специально проводимой для этого наземной геодезической съемки, даже с применением самых современных технологий типа GPS, довольно непрактично, и может играть только вспомогательную роль в редких ситуациях. Используемый чаще всего способ цифрования бумажных карт (или приобретения их уже в цифровых векторных форматах) и последующего построения по изолиниям рельефа и отметкам высот регулярной модели рельефа способом интерполяции широко доступен в ГИС. При этом есть возможность построения рельефа достаточно качественного, с учетом всей имеющейся информации, например, положения тальвегов, хребтов, априорно плоских поверхностей типа озер — то есть линий или участков, через которые не нужно интерполировать. Очень часто для получения цифровых моделей рельефа сегодня применяется цифровая фотограмметрия по стереопарам аэро- или космических снимков. В целом, сегодня этот подход как доступный (при наличии исходных материалов) для широкого диапазона масштабов, так и допускающий высокую степень автоматизации и позволяющий получать высокоточные результаты, можно признать одним из наиболее привлекательных. Еще недавно такие фотограмметрические методики реализовывались исключительно на очень дорогих и мощных компьютерах класса UNIX рабочих станций. Сегодня же вполне эффективные решения доступны на персональном компьютере с Windows NT. Примером мощных систем промышленного уровня на рабочих станциях, рассчитанных на массовое производство ЦМР и ортотрансформированных снимков, является модуль OrthoMAX к системе ERDAS Imagine. В качестве широко доступных материалов для построения моделей рельефа методами современной цифровой фотограмметрии могут служить обычные аэрофотоснимки, снимки, сделанные кадровой цифровой фотокамерой, некоторые виды космических фотоснимков (например, по- лученные камерами МК-4 или ТК-350), а также (и это нередко предпочтительнее из-за возможности получения свежих оперативных съемок по цифровым космическим снимкам, образующим стереопары) французские снимки со спутников SPOT. Но особенно хорошие перспективы имеет применение космических цифровых съемок сверхвысокого пространственного разрешения со спутника IKONOS американской компании Space Imaging. Совершенно особые возможности для построения ЦМР открывает использование радиолокационных космических съемок радаром с синтезированной апертурой. Имеются в виду спутники серии ERS (Европа) и RADARSAT (Канада). При обработке данной информации можно использовать стереопары и строить рельеф на основании автоматического нахождения соответствующих точек на снимках и измерении параллакса, подобно тому, как это делается в обычной цифровой фотограмметрии. С другой стороны, можно использовать полные данные съемки с фазой сигнала. Разворачивая эту фазу методами радарной интерферометрии, получается исключительно точная модель рельефа, с принципиально достижимой точностью порядка длины волны сигнала, то есть в единицы – десятки сантиметров.
26. Модели данных для хранения ЦМР
ЦМР может храниться как в виде растровой (GRID), так и в виде векторной (TIN) модели данных. Выбор типа представления ЦМР определяется задачами ГИС. Далее на модель может быть наложен космический снимок. Если для отображения рельефа используется регулярная сетка, то описание местности производится с помощью регулярной сетки с равными промежутками между ячейками (растровая ЦМР). При растровом представлении ЦМР для каждой точки растра определяются значения высот. Растровому методу свойственны эффекты усреднения и «размывания», поэтому при работе с крупными масштабами его применение ограничено. Но использование растрово-сетчатого представления местности обеспечивает легкость обработки и хранения данных, применение простых и легко автоматизируемых методов создания уровней детализации, что важно для быстрой визуализации больших объемов данных. Формат GRID - это формат хранения растровых данных, разработанный Esri. Существует два типа гридов: целочисленный и с плавающей точкой. Целочисленный грид используется для отображения дискретных объектов, а с плавающей точкой - для отображения непрерывных данных.TIN (Triangulated Irregular Network) дает лучшее представление рельефа в случае сильнопересеченной местности. Но TIN-модель трудно обновлять. Каждое изменение рельефа моделируемой территории обычно влечет за собой необходимость заново развивать всю сеть. Другая отрицательная черта TIN — чрезмерная сложность создания уровней детализации. Вследствие этого, визуализация в режиме реального времени на основе TIN — представления затруднена
27. Понятие и задачи цифровых моделей местности (ЦММ).
Цифровая модель местности (ЦММ) (англ. DTM — digital terrain model) цифровое представление характеристик местности, которая включает модели высот, уклонов, аспектов и экспозиций склонов, систему тальвегов и другие атрибуты местности. Обычно ЦММ является производной от цифровых моделей рельефа. Цифровые модели местности (ЦММ) нацелены на моделирование местности, а не бумажной основы, с которой они могут производиться. Основная задача ЦММ — дать правильное представление о местоположении геообъектов, метрических параметрах и взаимоотношениях между пространственными объектами, а не их отображениями на бумаге. ЦММ не ограничены бумажным полем карты, поэтому они, например, будут содержать полные названия и развернутые характеристики объектов. Хранение данных в ЦММ может быть организовано единым массивом в виде бесшовных карт. Информацию о территории можно поддерживать в актуальном состоянии, обновляя данные ЦММ по материалам космической съемки. Практика показывает, что в ЦММ не обязательно хранить векторные слои, содержащие изолинии высот и отметки высот. Целесообразно высотную основу сразу создавать как цифровую модель рельефа.
28. Трехмерное моделирование.
Требования к пространственной геоинформации, содержащейся в цифровых картах, географических базах данных и ГИС в целом постоянно повышаются. Потребность в реалистичном отображении окружающего мира увеличивает значимость трехмерного (3D) моделирования. 3D модели облегчают планирование, контроль и принятие решений во многих отраслях деятельности человека. В ГИС фотореалистичная 3D сцена может создаваться на основе различных источников геопространственной информации: аэро- и космической съемки местности, фото- и видеосъемки объектов, геодезических измерений, полевых обследований, лазерного сканирования, существующих картографических материалов и ГИС-данных . ГИС-объекты могут быть представлены с помощью разнообразных 3D символов, таких как дома, автомобили или нефтяные вышки для точечных объектов, текстура травянистой, водной и других поверхностей для полигональных объектов, трубопроводы и другие линейные текстуры для протяженных линейных объектов . Необходимо учитывать, что сложные модели пока еще «тяжелы» для отображения в режиме реального времени, поскольку для обработки трехмерных сцен возрастают технические требования к аппаратному обеспечению (высокое быстродействие компьютера, наличие больших объемов оперативной и специальной текстурной видеопамяти и др.). Трехмерное представление и отображение объектов и местности в ГИС значительно расширяет сферы применения геоинформационных систем. Упрощается восприятие и понимание данных и информации, быстрее принимаются решения и повышается их эффективность. В качестве примера эффективных возможностей 3D ГИС можно привести их использование при инвентаризации объектов недвижимости. Например, в создаваемой ГИС Белгосуниверситета (БГУ) выполняются работы по оцифровке (векторизации) поэтажных планов учебных корпусов и общежитий, формируется база данных, в которую заносится атрибутивная информация (назначение помещений, площадь, периметр и т.д.) . Векторные планы служат основой для трехмерного представления как отдельных аудиторий и комнат, так и этажей и зданий в целом. В свою очередь эти модели могут совмещаться с цифровой моделью территории в реалистичной трехмерной среде, где дополнительно визуализируются подземные инженерные коммуникации, грунты и т.д.