Лабораторная работа № 4 Построение цифровой модели
advertisement
Лабораторная работа № 4 Построение цифровой модели рельефа местности Цель работы: получить навыки работы с матричными данными и TIN моделями рельефа местности в системе Карта 2011 Теоретическая часть. Одним из существенных преимуществ технологий географических информационных систем(ГИС) над обычными«бумажными» картографическими методами исследований является возможность создания пространственных моделей в трѐх измерениях. Основными координатами в таких ГИС-моделях помимо широты и долготы служат также данные о высоте. При этом система может оперировать с десятками и сотнями тысяч высотных отметок, а не с единицами и десятками, что было возможно и при использовании методов«бумажной» картографии. В связи с доступностью быстрой компьютерной обработки громадных массивов высотных данных становится реально выполнимой задача создания максимально приближенной к действительности цифровой модели рельефа (ЦМР). На основе ЦМР, в свою очередь, возможно быстрое создание серии тематических карт важнейших морфометрических показателей: гипсометрической карты, карт крутизны и экспозиций склонов(рис. 2, 3), а на их основе и карт эрозионной опасности, направлений поверхностного стока, геохимической миграции элементов, устойчивости ландшафтов и т.п. Под цифровой моделью какого-либо геометрического(географического) объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий«вычислять» (восстанавливать) объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции Цифровые модели рельефа – это особый вид трѐхмерных математических моделей, представляющий собой отображение«рельефа» как реальных, так и абстрактных геополей (поверхностей). При этом в качестве«рельефа поверхности» в цифровой модели могут выступать, кроме реального рельефа, различные другие показатели и характеристики: атмосферное давление, температура воздуха, осадки, пластовое давление нефти, геофизические поля, концентрация загрязняющих веществ и т.п. ЦМР может быть получена с помощью разнообразных технологий. Цифровая модель может иметь в качестве структурной основы иерархическую, реляционную, сетевую или комплексную модель. Цифровые модели могут храниться в базах данных или независимо в виде файловых структур. Цифровые модели рельефа позволяют производить следующие операции: • быстрое получение информации о морфометрических показателях(высота, угол наклона, экспозиция склона) в любой точке модели; • анализ крутизны и экспозиций склонов, построение«на лету» соответствующих карт(см. рис. 2, 3); • генерация горизонталей (рис. 4); • построение профилей поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломаной линии(рис. 5); • анализ поверхностного стока; • генерация сети тальвегов и водоразделов; • расчѐт объѐмов; • расчѐт площадей поверхности; • расчѐт уровней и площадей затопления; • построение трѐхмерных моделей рельефа с возможностями рендеринга и драпировки поверхности как векторными объектами(гидросеть, дороги, населѐнные пункты, ландшафтные карты и т.п.), так и растровыми слоями(топокарты, данные дистанционного зондирования); • создание видеоизображения«пролѐта» над поверхностью модели по заданному маршруту(системы виртуальной реальности); • анализ зон видимости с заданной точки или точек обзора и построение соответствующих карт или трѐхмерных моделей; • трансформация исходной модели путѐм добавления новых данных. Основными источниками информации при цифровом моделировании рельефа являются крупномасштабные топографические карты, данные дистанционного зондирования, а также материалы полевых инструментальных съѐмок. Каждый из источников данных имеет свои достоинства и недостатки, но в целом следует отметить тенденцию роста роли ДДЗ и фотограмметрических методов создания ЦМР. Классификация моделей поверхности в ГИС Карта 2011 Одним из существенных преимуществ современных ГИС технологий над традиционными «бумажными» картографическими методами исследований является возможность создания пространственных моделей в трѐх измерениях. При этом в третьей координате может храниться как высота, так и числовое значение произвольной характеристики. Сложность представления трехмерных данных на бумажных картах исторически породила множество способов картографического изображения поверхностей: изолинии, отметки высот, совокупность точечных, линейных, площадных знаков, дополняющих изображение рельефа. Эти методы представления поверхности наглядно описывают поверхность, однако требуют дополнительной математической обработки для их отображения и анализа. Поэтому для цифрового описания поверхностей были разработаны новые типы данных, оптимизированные для компьютерной обработки больших массивов информации. Регулярные поверхности представляют собой массивы данных, ориентированные на местности относительно осей принятой системы координат с заданным размером элемента. В ГИС Карта 2011 регулярными моделями являются матрицы высот, матрицы качеств и матрицы слоев. В ячейках матрицы высот хранится значение высоты рельефа местности. По умолчанию матрицы высот хранятся в файлах с расширением MTW в упакованном виде. Элементы матрицы высот отображаются цветами на основе стандартной или настраиваемой палитры таким образом, чтобы точки одной высоты разных матриц отображались одним цветом. Поэтому в файле матрицы высот не хранится палитра, связывающая высоту и цвет элемента. В отличие от матрицы высот, элемент матрицы качеств содержит количественное значение произвольной характеристики. Так как на одном участке местности могут отображаться матрицы разных характеристик, то для отображения матриц качеств используются уникальные палитры, хранящиеся в файле матрицы качеств (MTQ). Для хранения совокупности данных о высоте поверхности земли совместно с данными о толщине подземных пластов (водоносных горизонтов, уровня подземных вод) используется матрица слоев (MTL). В матрице слоев, в отличие от матрицы высот, один элемент, кроме значения высоты, содержит произвольное количество значений подземных характеристик, единое для данной матрицы. Для визуализации составляющей рельефа матрицы слоев используется стандартная палитра матрицы высот, слои визуализируются в соответствии с палитрой, определенной пользователем. Регулярные поверхности требуют минимальных затрат при визуализации и математической обработке, однако имеют ряд недостатков: так как размер элемента одинаков для всех элементов матрицы, то уменьшение размера элемента для наиболее точного представления поверхности приводит к значительному увеличению суммарного размера матрицы; размер элемента приходится подбирать для адекватного описания поверхности в местах резкого изменения исследуемой характеристики, что приводит к избыточности данных на равнинных участках поверхности; после создания матрицы теряется информация об исходных данных, что приводит к размыванию поверхности относительно исходных векторных данных. Этих недостатков лишены нерегулярные модели, не искажающие трехмерные координаты исходных точек и контуров. TIN модель состоит из набора треугольников, построенных по координатам исходных точек. При построении TIN модели используется триангуляция Делоне при условии сохранения контуров линейных объектов, участвующих в построении TIN. При визуализации и математической обработке значение характеристики определяется из решения уравнения плоскости, построенной по вершинам треугольника, содержащего исходную точку. TIN модель наиболее точно описывает поверхность, однако требует дополнительных машинных затрат на построение триангуляции и встраивание в неѐ линейных контуров. MTD модель (облако точек) представляет собой набор трехмерных координат точек, оптимизированный для хранения большого массива данных, получаемых по результатам лазерного сканирования. В ГИС Карта 2011 MTD модель включает матрицу высот, использующуюся для отображения модели в мелком масштабе. MTD модель создается при импорте результатов лазерного сканирования из текстового файла или файла в формате LAS. При запросе высоты определяемой точки выполняется поиск точек по секторам с последующей линейной интерполяцией высот найденных точек. Несмотря на недостатки, представление поверхностей в виде матрицы является основным, потому что запрос информации из матрицы не связан с вычислениями. При использовании TIN и MTD моделей интерполяция выполняется при запросе (например, для отображения), в то время как для матриц интерполяция выполняется на этапе создания, что позволяет применять более сложные методы моделирования поверхности Методика построения матрицы высот по векторной карте Подробно описана в п. 3.1.1. справочного http://gistoolkit.ru/download/doc/3danalysiscompl.pdf пособия по ГИС Карта 2011 При построении матрицы по векторной карте используется информация объектов главной карты и всех добавленных к ней пользовательских карт. При создании матрицы может использоваться фильтр объектов - служебный текстовый файл с расширением IMH, который определяет объектовый состав информации номенклатурных листов района, участвующей в процессе создания матрицы высот. Если служебный текстовый файл не используется, то в процессе создания матрицы высот участвуют объекты, имеющие семантические характеристики “абсолютная высота” (код характеристики 4), “относительная высота”(код характеристики 1), а также объекты, имеющие 3D - метрику. Матрица высот может быть построена на район, на заданный в районе участок местности или на заданные листы района. В качестве результирующего рельефа матрица высот может содержать: -рельеф абсолютных высот местности; -суммарный рельеф(рельеф абсолютных высот с добавлением относительных высот объектов); - относительные высоты объектов на плоской поверхности с нулевой высотой. В случае рельефа абсолютных высот матрица строится с использованием объектов карты указанных в разделе «Абсолютные высоты» служебного текстового файла, объектов с 3D-метрикой, а также объектов гидрографии, указанных в разделах «Глубины», «Водные поверхности» и «Линии водотока» служебного текстового файла. В случае суммарного рельефа - к абсолютному рельефу добавляются высоты объектов, имеющих характеристику “относительная высота” или характеристику, указанную в разделе “Дополнительные характеристики” служебного текстового файла. В случае задания абсолютного или суммарного типа рельефа матрица может быть построена в режиме Ограничить область вывода зоной объектов с абсолютной высотой. Зоной объектов с абсолютной высотой считается прямоугольная область, габариты которой определяются габаритами объектов карты, имеющих характеристику "абсолютная высота" или абсолютные высоты в трехмерной метрике. Данный режим позволяет ограничить матрицу участком, обеспеченным информацией об абсолютных высотах. Если задан режим Ограничить область вывода рамками листов, то в элементы матрицы, расположенные вне рамок листов заносится признак отсутствия высоты (псевдокод). Если данный режим не задан, то все элементы матрицы будут содержать высоты, но достоверность элементов вне рамок листов будет ниже по сравнению с элементами, обеспеченными данными листов района. При занесении в матрицу абсолютных высот объектов может происходить наложение высот, то есть попадание в один и тот же элемент двух или более объектов с абсолютной высотой. Матрица может быть построена с занесением в элементы максимальной, минимальной или средней высоты. Под средней высотой понимается среднее арифметическое имеющегося значения данного элемента и абсолютной высоты объекта, заносимой в данный элемент. При обработке точечных объектов их абсолютные высоты заносятся в элемент независимо от содержимого элемента, так как информация о высотах объектов планововысотной основы является наиболее приоритетной. При наложении относительных высот в элемент матрицы заносится максимальное значение относительной высоты. Качество создаваемой матрицы зависит от наличия объектов карты с высотными характеристиками (абсолютная высота, трехмерная метрика), а также от наличия объектов гидрографии без высотных характеристик, пространственное положение которых определяет особенности рельефа местности. Объекты гидрографии с семантической характеристикой «глубина» включаются в обработку с помощью служебного текстового файла, в котором нужно настроить раздел «Глубины». Объекты гидрографии с семантикой «глубина» обрабатываются совместно с объектами, имеющими семантику «абсолютная высота». В процессе обработки значения глубины пересчитываются в значения абсолютной высоты с использованием абсолютной высоты уровня водной поверхности (моря, озера). Например, изобата с глубиной 10 метров в бассейне Каспийского моря с абсолютным уровнем -28 метров будет обработана как линейный объект с абсолютной высотой h = -28 –10= -38 метров. Объекты гидрографии без высотных характеристик включаются в обработку с помощью служебного текстового файла, в котором нужно настроить разделы "Линии водотока" и "Водные поверхности". При обработке линейного объекта гидрографии с переменной высотой (линия водотока - река, ручей и т.п.) в матрицу заносятся уменьшающиеся значения высоты, соответствующие обрабатываемой линии водотока. Значения и перепад заносимых высот зависят от высот объектов карты, с которыми пересекается данный объект гидрографии. Если линейный объект гидрографии не пересекает объектов с высотными характеристиками, то он не обрабатывается. При обработке площадного объекта гидрографии с постоянной высотой, не имеющего характеристики "абсолютная высота" (водная поверхность - озеро, водохранилище и т.п.), в матрицу заносятся одинаковые значения высоты, соответствующие обрабатываемой водной поверхности. Значение высоты вычисляется с учѐтом высот ближайших окружающих объектов карты. Для настройки фильтра объектов нужно вызвать диалог Состав обрабатываемых объектов карты по кнопке (>>). Для того, чтобы задать состав объектов карты, участвующих в создании матрицы высот, не обходимо выполнить настройку разделов: абсолютные высоты, глубины, относительные высоты, линии водотока, водные поверхности, дополнительные характеристики. Раздел “Абсолютные высоты“ определяет состав объектов карты, участвующих в формировании рельефа абсолютных высот . Раздел содержит список объектов классификатора главной карты, для которых допустима семантическая характеристика, задаваемая в группе “Код характеристики“. Нажатие кнопки “Добавить“все вызывает заполнение списка всеми объектами классификатора главной карты, для которых допустима данная характеристика, при этом ранее выполненные настройки данного раздела теряются. Для включения в обработку объектов с 3D-метрикой необходимо добавить их в список и задать режим “Использовать высоты из метрики объектов“ диалога создания матрицы. Каждый объект списка представлен кодом, ключом и наименованием. Все объекты списка будут участвовать в формировании абсолютного рельефа, если включена кнопка “Обработать“ в группе “Объекты списка“. Все объекты списка будут исключены из обработки, если включена кнопка “Пропустить“в группе “Объекты списка“. Если задан режим “Использовать с обратным знаком“ , то значение заданной семантической характеристики объектов будет использоваться с обратным знаком. Раздел “Глубины“ определяет состав объектов карты, участвующих в формировании абсолютного рельефа совместно с объектами раздела “Абсолютные высоты“. Режим совместной обработки объектов с семантикой "абсолютная высота" и объектов с семантикой "глубина" позволяет создавать матрицы рельефа для переходных областей береговой зоны бассейна (моря, озера), включающих горизонтали и отметки высот рельефа суши, а также изобаты и отметки глубин рельефа дна. Раздел содержит компоненты для задания: - кода семантической характеристики «Глубина»; - кода изобат; - кода отметок глубин. В группе Водная поверхность необходимо задать значение уровня водной поверхности в метрах или режим выбора уровня из семантики «Абсолютная высота» объекта - границы водной поверхности. Уровень водной поверхности используется при обработке объектов гидрографии для перехода от глубин к абсолютным высотам. Например, изобата с глубиной 10 метров в бассейне Каспийского моря с абсолютным уровнем -28 метров будет обработана как линейный объект с абсолютной высотой h = -28 –10= -38 метров. В качестве границы водной поверхности выбирается площадной объект (область суши, море), по контуру которого в матрицу будет занесено значение уровня водной поверхности, полученное из семантики «абсолютная высота» выбранного объекта границы или значение, указанное в окне «Заданное значение уровня водной поверхности (м)». Включение в обработку объектов с глубинами задаѐтся режимом Обработать в группе Глубины. Раздел “Относительные высоты“ определяет состав объектов карты, участвующих в формировании суммарного рельефа. Раздел содержит список объектов классификатора главной карты, для которых допустима семантическая характеристика, задаваемая в группе “Код характеристики“. Нажатие кнопки “Добавить все“вызывает заполнение списка всеми объектами классификатора главной карты, для которых допустима данная характеристика, при этом ранее выполненные настройки данного раздела теряются. Каждый объект списка представлен кодом, ключом, наименованием и умалчиваемым значением семантической характеристики. Если у обрабатываемого объекта карты отсутствует данная семантическая характеристика, то будет использоваться умалчиваемое значение. Умалчиваемое значение может быть изменено после двойного нажатия левой клавиши мыши в колонке “Умолчание“. Все объекты списка будут участвовать в формировании суммарного рельефа, если включена кнопка “Обработать“ в группе “Объекты списка“. Все объекты списка будут исключены из обработки, если включена кнопка “Пропустить“в группе “Объекты списка“. Раздел “Линии водотока“ определяет состав линейных объектов с переменной высотой, участвующих в формировании абсолютного рельефа. Этими объектами могут быть линейные объекты гидрографии (реки, ручьи и т.п.), а также линейные микроформы рельефа (овраги, промоины и т.п.). Каждый объект списка представлен кодом, ключом и наименованием. Раздел “Водные поверхности“ определяет состав площадных объектов гидрографии с постоянной высотой (водохранилища, озѐра, пруды и т.п.), не имеющих характеристики абсолютная высота, участвующих в формировании абсолютного рельефа. Каждый объект списка представлен кодом, ключом и наименованием. Раздел “Дополнительные характеристики“ содержит список семантических характеристик, которые будут учитываться при обработке объектов карты, участвующих в формировании суммарного рельефа. Дополнительные характеристики объекта карты будут использоваться, если объект отсутствует в списке раздела “Относительные высоты“. Каждая семантическая характеристика представлена кодом, наименованием и знаком, с которым значение характеристики будет использоваться при обработке объектов карты. Знак характеристики может быть изменѐн двойным нажатием левой клавиши мыши в колонке “Знак“.Если объект карты имеет несколько семантических характеристик, указанных в списке, то будет использоваться характеристика, ближайшая к началу списка. В окне Метод построения поверхности задается способ вычисления элементов матрицы, не получивших значений высоты после обработки объектов карты. При выборе одного из методов, основанных на средневзвешенной интерполяции, следует учитывать, что первый (поиск по 8 направлениям) выполняется быстрее остальных, а третий (сглаживание поверхности) формирует более гладкую поверхность. Если выбран метод линейной интерполяции по сетке высотных точек, то сначала строится сеть треугольников, вершинами которых являются точечные объекты с абсолютной высотой, а затем по этой сети треугольников вычисляются высоты элементов матрицы. Метод Плоская поверхность с нулевой высотой предназначен для создания матрицы относительных высот. В случае задания метода Линейная интерполяция по сетке высотных точек для построения поверхности используются только точечные объекты карты, имеющие характеристику абсолютная высота или значение высоты в метрике. Количество высотных точек должно быть не менее 3. В случае задания метода Плоская поверхность с нулевой высотой строится матрица относительных высот. В окне Дополнительная обработка высотных точек задается способ обработки точечных объектов с абсолютной высотой для метода средневзвешенной интерполяции. Если задано Построение лучей влияния высоты, то для каждого точечного объекта с абсолютной высотой выполняется построение и занесение в матрицу лучей влияния высоты. Луч влияния высоты - 3D-отрезок,выходящий из точки по одному из 16 радиальных направлений, высоты элементов отрезка определяются высотой точки и высотой, найденной при сканировании матрицы из точки по данному направлению. Лучи влияния высоты компенсируют промахи мимо точки с абсолютной высотой при поиске значащих высот в процессе вычисления незаполненых элементов матрицы. Если задано Построение сетки треугольников, то по набору высотных точек создаѐтся триангуляция, рѐбра триангуляции (или части рѐбер) заносятся в матрицу в виде 3Dотрезков Если ребро не пересекает объекты с абсолютной высотой, то оно выводится целиком, если пересекает, то выводится часть ребра, ограниченная его вершиной и точкой пересечения с объектом. Этот способ обработки позволяет улучшить вид создаваемой поверхности в местах, где между горизонталями имеются группы точечных объектов с абсолютной высотой. Если задано Отсутствует, то высота точки заносится в один элемент матрицы с учѐтом режима Высота при наложении. Этот способ обработки обычно применяется при построении поверхности по набору отметок высот. Рельеф местности может содержать области локальных экстремумов (ямка, горка). На карте таким областям соответствуют замкнутые горизонтали. Если внутри замкнутой горизонтали отсутствует точечный объект, соответствующий локальному экстремуму (отметка высоты, пункт ГГС и т.п.), то в данной области будет построена плоская поверхность с высотой замкнутой горизонтали. Режим Формирование экстремумов позволяет устранить этот недостаток - построить внутри замкнутой горизонтали поверхность, соответствующую локальному экстремуму рельефа. Матрица может быть построена в режиме Формирование экстремумов в случае задания метода построения поверхности - средневзвешенная интерполяция. Режим занесения высот задается в окне Высота при наложении. Если расстояние между объектами карты с высотными характеристиками меньше размера элемента матрицы, то при обработке объектов происходит наложение высот, т.е. попадание двух или более объектов в одну и ту же элементарную площадку. В этом случае содержимое создаваемой матрицы зависит от заданного режимаВысота при наложении. Если задан режим Высота при наложении – Средняя, то результирующая высота элементарной площадки вычисляется как среднее арифметическое имеющегося значения высоты и абсолютной высоты обрабатываемого объекта. Если задан режим Высота при наложении – Максимальная, то результирующей высотой элементарной площадки будет максимальная из высот объектов, попавших в данную площадку. Если задан режим Высота при наложении – Минимальная, то результирующей высотой элементарной площадки будет минимальная из высот объектов, попавших в данную площадку. Режим Высота при наложении не влияет на занесение в матрицу относительных высот, при котором в элемент всегда заносится максимальная относительная высота. Диалог создания матрицы имеет режим Определение ошибки наложения высот. Данный режим позволяет выполнить предварительную оценку качества создаваемой матрицы. Результатом оценки является максимальная разность высот объектов, попадающих в элементы матрицы. Процесс определения ошибки наложения высот запускается нажатием кнопки Определить. После выполнения процесса максимальное значение ошибки выводится в окно Ошибка наложения высот. В процессе определения ошибки наложения высот выполняется преобразование исходных векторных данных района в растровый вид, но файл матрицы не формируется. Результат оценки (значение ошибки наложения высот) записывается в заголовок создаваемой матрицы при запуске построения без изменения настроек диалога. Трехмерная метрика объектов карты будет участвовать в построении матрицы, если задан режим Использовать высоты из трехмерной метрики объектов. Если задан режим Строить поверхность внутри площадных объктов с трехмерной метрикой, то высоты элементов, расположенных внутри площадного объекта с трехмерной метрикой, вычисляются по метрике данного объекта и заносятся в матрицу независимо от значения режима Высота при наложении. Режим Строить поверхность внутри площадных объктов с трехмерной метрикой позволяет устранить влияние (наложение высот) объектов, расположенных вблизи площадного объекта с трехмерной метрикой. TIN-модель. Общие сведения http://gistoolkit.ru/download/doc/mtwguide.pdf TIN-модель представляет собой многогранную поверхность - нерегулярную сеть треугольников, вершинами которых являются исходные опорные точки, а также точки метрики структурных линий и площадей заполнения. TIN-модель строится по данным исходной векторной карты в пределах полигона триангуляции, включающего точечные, линейные и площадные объекты, с характеристикой "абсолютная высота" или с трехмерной метрикой. Для создания TIN-модели требуется не менее четырех точечных объектов. TIN-модель даѐт возможность использовать переменную плотность исходных точек в зависимости от изменений рельефа что позволяет создать эффективную и точную модель поверхности. Основными параметрами TIN-модели являются: ·масштаб TIN-модели; ·размер TIN-модели; ·площадь TIN-модели; · плановая привязка TIN-модели; ·число вершин TIN-модели; · число треугольников TIN-модели; ·минимальное и максимальное значение высоты. Масштаб TIN-модели предназначен для согласованного совместного отображения TIN-модели и векторной карты. Размер TIN-модели – ширина и высота TIN- модели в метрах. Площадь TIN- модели – сумма площадей всех треугольников TIN- модели; Плановая привязка TIN-модели- координаты левого-нижнего (юго-западного) угла TINмодели в метрах в прямоугольной системе. При построении TIN-модели по векторной карте используется информация объектов главной карты и всех добавленных к ней пользовательских карт. TIN-модель строится по информации опорных точек, структурных линий и площадей заполнения постоянным значением. Различаются следующие типы структурных линий: · линии гладкого перегиба (soft break line), пример – линейные объекты гидрографии; ·линии негладкого перегиба (hard break line) , пример – хребты, водоразделы; · линии разрыва (fault), вдоль которых происходит смещение поверхности по высоте, пример – обрывы. TIN- модель строится в пределах полигона триангуляции , включающего все объекты исходной векторной карты . Построенная TIN- модель сохраняет точное положение и форму исходных объектов векторной карты. TIN-модель может быть построена на район и на заданный в районе участок местности При создании TIN-модели используются объекты карты с характером локализации: точечный, линейный, площадной. В процессе создания TIN-модели участвуют объекты, имеющие семантическую характеристику “абсолютная высота”, а также объекты, имеющие 3Dметрику. При наличии у объекта 3D-метрики и семантической характеристики “ абсолютная высота” используются высоты 3D-метрики. Алгоритм построения TIN-модели Файл TIN-модели содержит: ·заголовок файла; ·массив вершин; ·массив треугольников. Процесс построения TIN-модели состоит из следующих этапов: · Заполнение массива 3D-точек данными объектов карты; ·Дополнение массива точками на отрезках метрики структурных линий и площадей заполнения; · Построение триангуляции по методу Делоне; ·Заполнение массива вершин TIN-модели; ·Заполнение массива треугольников TIN-модели. Построение TIN-модели Вызов диалога построения TIN-модели может быть выполнен: - с помощью пункта Создать\TIN-модель меню Файл (File); - при добавлении несуществующего файла с помощью пункта Добавить\TINмодель меню Файл (File); - при добавлении несуществующего файла в диалоге Список данных электронной карты. Построение TIN-модели выполняется по данным карты и всех добавленных к ней пользовательских карт. TIN-модель поверхности строится по данным исходной векторной карты, содержащей опорные точки, структурные линии и площади заполнения постоянным значением. При построении TIN-модели используются объекты карты с семантической характеристикой "абсолютная высота" и объекты с трехмерной метрикой. При наличии у объекта семантики «абсолютная высота» и 3D-метрики используются высоты из 3D-метрики. TIN-модель может быть построена на район или на заданный в районе участок местности. Для построения TIN-модели на район следует включить режим Весь район в группе Область вывода. Для построения TIN-модели на заданный прямоугольный участок местности нужно нажать кнопку Выбрать в группе Область вывода и выбрать участок местности на карте двумя нажатиями левой кнопки мыши. Для изменения границ области вывода нажать кнопку Изменить и мышью выполнить изменение. Окончание режима изменения – двойное нажатие левой кнопки мыши. При включении режима Формировать структурные линии и площади заполнения создаваемая TIN-модель будет содержать помеченные специальным образом рѐбра, соответствующие отрезкам метрики структурных линий и треугольники, принадлежащие площадям заполнения постоянным значением. Структурная линия – это линейный объект карты с семантической характеристикой "абсолютная высота" или трѐхмерной метрикой (например линии водотока, хребты - то есть линии, определяющие структуру рельефа местности). Площадь заполнения постоянным значением – это площадной объект карты с семантической характеристикой "абсолютная высота" (например озеро, водохранилище). Рѐбра, принадлежащие структурным линиям и площадям заполнения, должны присутствовать в TIN-модели для представления достоверной структуры рельефа местности, при этом выполняется дополнительная обработка объектов карты, которая увеличивает время построения TINмодели. При построении TIN-модели имеется возможность сохранения треугольников TINмодели в виде заданных площадных или линейных объектов векторной карты. Выгрузка треугольников TIN-модели применяется для информационного взаимодействия с задачами ГИС Карта 2011 и с другими ГИС. Для выгрузки треугольников необходимо выбрать тип объекта с помощью кнопки «…» в группе Сохранение треугольников в виде объектов и задать режим Сохранять объекты-треугольники. Плоское отображение TIN-модели может быть нормальным или схематичным. Для задания вида отображения нужно в диалоге Список данных электронной карты выбрать закладку TIN-модель, указать файл TIN-модели и нажать кнопку Свойства. Затем выбрать пункт Отображение\Нормальное или Отображение\Схематичное всплывающего меню. TIN-модель является моделью рельефа местности, поэтому для еѐ отображения используется палитра матрицы высот (меню Параметры\Настройка цветов\Матрицы). Если задано Отображение\ Нормальное, то отображается вся поверхность целиком. Если задано Отображение\Схематичное, то отображаются только рѐбра треугольников. Простые рѐбра отображаются цветом максимальной высоты. Рѐбра треугольников площадей заполнения отображаются цветом минимальной высоты. Рѐбра структурных линий отображаются цветом диапазона с номером (N / 2) палитры, где N – число цветов в палитре матрицы, номер минимального диапазона = 0, номер максимального диапазона = N-1. . . . . Практическая часть 1. Оценка точности ЦМР разного разрешения. 1.1. Построить ЦМР в виде матриц высот с разными параметрами. Для первой нужно задать параметр "Размер элемента (м)" равным "10.0", для второй - "50.0" Рис. Пример диалога при создании матрицы с размером элемента 1 м. 1.2. Выполнить оценку точности. Оценка точности выполняется для каждой из матриц отдельно. При работе с одной из них необходимо закрыть вторую (Файл - Закрыть - Матрицу). Для оценки точности выбрать не менее 20 контрольных пикетом. При этом в оценке точности двух матриц участвуют одни и те же контрольные пикеты. Подсчет расхождений высот точек выполняется по формуле где ∆h - разность между практическим и теоретическим значением высоты (погрешность) Подсчет средней погрешности выполняется по формуле где - сумма абсолютных значений , - количество пикетов, участвующих в измерениях. Средняя квадратическая погрешность подсчитывается по формуле: Значения находят следующим образом: - наводится курсор на изображение точки - считывается значение высоты H, которое отображается на нижней строке экрана Таблицы для оценки точности ЦМР составляются для каждой матрицы отдельно. 2. Построение матриц высот с использованием различных методов интерполяции Провести оценку матрицам высот, полученных при следующих условиях 1) Метод построения поверхности - средневзвешенная интерполяция (поиск по 8 направлениям). Дополнительная обработка высотных точек - построение лучей влияния высоты 2) Метод построения поверхности - средневзвешенная интерполяция (сглаживание поверхности). Дополнительная обработка высотных точек - построение сетки треугольников. 3) Построение TIN-модели: Для оценки точности полученных результатов необходимо полностью повторить методику расчета из п.1.2. практической части лабораторной работы. Построить аналогичные результирующие таблицы (3 по матрицам и 1 - результирующая). 3. Построение матриц высот с учетом водотоков. Необходимо построить матрицу высот таким образом, чтобы на территории, соответствующей водным объектам отсутствовали изменения высот (поверхность была гладкой). Требования к отчету. Отчетные материалы по лабораторной работе включают: - описание выполнения работ - таблицы расчетов точности - формулы подсчета погрешностей - копии изображений матриц на бумаге - выводы о точности ЦМР Контрольные вопросы 1) Какие методы построения поверхности предусмотрены в программе? 2) Какие преимущества дают способы Дополнительной обработки высотных точек? 3) В каком случае будут учитываться параметры, указанные в окне «высота при наложении»? 4) О чѐм говорит «ошибка наложения высот», как вы считаете, при каких параметрах создания матрицы этот показатель будет существенным? 5) Какая информация используется при построении матрицы по умолчанию? Как самостоятельно выбрать исходные данные для построения и куда записывается эта информация? 6) Как при построении матрицы будут учитываться объекты гидрографии, и в каком случае? 7) В чем различия матрицы высот и TIN модели? 8) Какие отображения TIN-модели существуют? 9) Дайте определение ЦМР. 10) Какие операции позволяют выполнять ЦМР? 11) Как меняется узнаваемость местности в зависимости от масштаба? 12) Как классифицируются модели поверхности в ГИС карта 2011? 13) Охарактеризуйте интерфейс построения матрицы высот. 14) Как строится TIN-модель?
