При проведении инженерно-геодезических изысканий на территориях, где уже ведется какая-либо деятельность, работа начинается с изучения существующих материалов и проведения полевого исследования с целью подтверждения и уточнения имеющихся данных.
Следует отметить, что даже в условиях динамично развивающихся компьютерных технологий в недостаточной степени решенными остаются некоторые вопросы компьютерного моделирования и структурирования данных, появляются новые возможности развития в каждой отрасли, разрабатываются новые программные продукты, позволяющие оптимизировать работу, сократить время проведения работ и увеличить их точность.
Спрос на создание и реалистичное представление пространственной информации стимулирует развитие и широкое распространение новых программных продуктов, технологий и методов, позволяющих моделировать объекты и пространство в трёхмерном виде.
Развитие автоматизированных систем проектирования, а также возрастающая необходимость решения инженерно-геодезических задач в все более короткие сроки в различных отраслях народного хозяйства обуславливают необходимость внедрения структуры цифровой модели местности для инженерного назначения.
Моделирование местности, ее анализ и изучение по построенным моделям постепенно становятся неотъемлемой частью исследований в науках о Земле (геология, тектоника, гидрология, океанология, климатология и т. д.), в экологии, прикладной географии, земельном кадастре и инженерных проектах. Компьютерная обработка и представление в виде цифровых моделей местности пространственных данных находит широкое применение при анализе распространения участков загрязнений, в метеорологии и климатологии, в моделировании месторождений, коммуникаций, сооружений, видимости и затопления территорий, в изучении склоновых процессов, водного стока, миграции химических элементов, а также во многих проектах по устойчивому развитию территорий. [1]
Основой для представления данных для ГИС являются цифровые модели. Под цифровой моделью географического объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции.
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.
Существует множество методик сбора и обработки информации для последующего построения цифровой модели, но по-прежнему нет четкого определения цифровой модели местности. Проанализировав существующую информацию, можно прийти к выводу, что цифровая модель местности — это, прежде всего, базовая основа, обладающая способностью накопления информации и использования ее для изменения своих возможностей и адаптации к изменениям, т. е. ресурсностью и интеллектуальностью.
Помимо этого, ЦММ должна обладать способностью построения и визуализации аналитической трехмерной топографической поверхности; математическим аппаратом моделирования процессов в трехмерном географическом пространстве. Исходя из этого определения, ЦММ содержит цифровую модель рельефа (ЦМР), как необходимую платформу для всего остального множества объектов. [2,3]
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.
Процесс цифрового моделирования местности включает создание ЦММ, ее обработку и использование. Исходными данными для создания цифровых моделей местности являются результаты топографической съемки, данные о геологии и гидрографии местности.
Единые правила кодирования и цифрового описания объектов местности позволят существенно улучшить информационное взаимодействие программных средств и информационных систем, используемых для обработки и анализа результатов инженерных изысканий. Появляется необходимость создания структуры ЦММ, применимой для всех ситуаций и отражающей весь объем информации.
Рис.
1. Единая структура цифровой модели местности
Исходными данными для создания цифровых моделей местности является совокупность метрической (геодезические пространственные координаты характерных точек рельефа и ситуации), атрибутивной (символы; названия; статистическая информация; коды объектов; графические признаки, например, цвет и т. п.), семантической (технические параметры инженерных сооружений, геологическая характеристика грунтов, данные о деревьях в лесных массивах и т. п.), структурной (описывает 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.) и параметрической информации (трехмерная модель, в которой осями координат являются параметр X, пространство N и время Т, причем под пространством понимается упорядоченное множество источников информации, в частности измеряемых величин). Исходя из вышесказанного, необходима разработка единой структуры ЦММ (рис.1).
Цифровые модели местности должны содержать максимально точное описание расположения реальных объектов местности в принятой государственной системе координат и их семантических характеристик (свойств). Свойства объектов описываются с применением единых классификаторов (справочников), обеспечивающих автоматизированный обмен и обработку данных.
Цифровые модели местности являются базой для создания широкого спектра картографической продукции, используемой землеустроительными и кадастровыми службами. Это цифровые (электронные) карты, фотопланы, контурные фотопланы, топографические фотопланы, ортофотопланы, фотокарты и топографические планы.
Сейчас на рынке представлено множество программных средств для создания, обработки и обновления цифровых моделей местности. Открытым остается вопрос, что следует выбрать для выполнения поставленных задач.
Система CREDO ТОПОПЛАН предназначена для создания цифровой модели местности инженерного назначения, выпуска чертежей топографических планов и планшетов, подготовки цифровой модели местности для дальнейшей работы над ней. Для построения цифровой модели местности система позволяет различным образом выполнить геометрические построения. В построениях используется разнообразные геометрические элементы точка, прямая, окружность, а также гладкая сопрягающая кривая на основе сплайна. Использование гладкой сопрягающей кривой обеспечивает более качественное и точное отображение объектов ЦММ, позволяет уменьшить количество исходных данных, увеличить скорость визуализации, упростить процедуры создания и редактирования объектов. Сегменты геометрических элементов объединяются в полилинии, плановая геометрия которых дополняется профилем, что позволяет построить трехмерную модель местности. (Визуализация происходит «мягко» при средней по мощности видео карте).
В отличие от программного комплекса CREDO, ArcGIS не является специализированным программным продуктом для проведения и обработки геодезических и топографических работ. Целью использования данной программы для создания ЦММ явилась возможность более наглядной визуализации территории съемки и представление макета местности с наземными строениями и насаждениями, а также подземными коммуникациями в трехмерном виде. [4]
Прежде чем начать работу по созданию цифровой модели местности, необходимо поставить задачи, требующие выполнения, и уяснить требования к результату выполнения этих задач.
Таким образом, создание ЦММ в программном комплексе CREDO обеспечивает передачу результатов работы между подразделениями или организациями в едином электронном формате. Это является необходимым условием в современных информационных технологиях, т. к. значительно ускоряет процесс обработки и выпуска данных. В свою очередь, создание ЦММ в ArcGIS, несет в себе более широкие возможности по трехмерному моделированию и ГИС-анализу природных и антропогенных объектов местности. [5]
Многие из текущих проблем геодезии и картографии могут быть решены за счет использования новых информационных и телекоммуникационных технологий. Процесс модернизации топографо-геодезических и картографических служб в последние 20 лет шел по пути автоматизации картографирования и внедрения цифровых методов сбора и обработки данных.
Одной из главных задач модернизации отрасли является обеспечение единства координатного описания пространственных объектов вне зависимости от использованных средств измерений и источников данных.
Однако на современном этапе международная практика предлагает и успешно использует новые принципы организации и управления пространственными данными на основе национальных инфраструктур пространственных данных.
Одним из важных ограничивающих факторов по-прежнему являются действующие ограничения на распространение географической информации. Мировая практика демонстрирует приверженность принципу полного снятия любых ограничений на использование координатных описаний пунктов национальных геодезических сетей для создания и актуализации картографических материалов.
Вместе с исключением из перечня сведений, подлежащих засекречиванию, координат геодезических пунктов из него должны быть исключены также сведения о ключах (параметрах) перехода от местных систем координат к государственным системам и наоборот. Без отмены секретности ключей перехода невозможно соблюсти принцип экстерриториальности, сопоставимости данных о пространственных объектах, координаты которых определены в разных местных системах координат, а также единства координатного пространства страны.
Принятие предложенных изменений в законодательстве, проведение модернизации отрасли, использование современных программных средств приведут к созданию единой цифровой модели местности, единой структуры с едиными требованиями к входящим данным и результату моделирования.
Литература:
Цветков В. Я. Создание интегрированной информационной основы ГИС. // «Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка»: — М.:, 2000, № 4
Мартыненко А. И., Варшанина Т. П., Плисенко О. А. Геоинформационное моделирование территорий.//.// Системы и средства информатики: Спец. Вып. Геоинформационные технологии / Под ред. И. А. Соколова. — М.: ИПИ РАН, 2004.
Александров В. Н., Яковлева Р. Б. Геоинформация на пути к международным стандартам// Территория — соврем, технологии упр.- 1998.- № 1.- С.52–53
Плисенко О. А. Цифровая модель местности, как основа для вычислительных экспериментов в ГИС//- Адыгейский государственный университет, Майкоп, Россия
ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ МЕСТНОСТИ// Уснич Д. С. Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь.