Digitális terepmodell: leírás, típusok, típusok, építés

A Digital relief Model (dem) egy speciális adatbázis, amely bemutatja a felület alakját egy adott szint pontjai között, amelyet a földi felmérési forrásokból nyert magassági adatok interpolálásával és egy téglalap alakú modellező rácson alapuló fotogrammetriai gyűjtéssel állítanak össze. A GIS szoftver digitális technológiákat használ a háromdimenziós megjelenítéshez, kontúrkészítéshez és felületelemzéshez.

A fejlődés és a modernitás története

A DEM kifejezést az 1970-es években vezették be annak érdekében, hogy megkülönböztessék a terepmodellezés legegyszerűbb formáját a felület összetettebb elektronikus ábrázolásától. Kezdetben kizárólag raszteres ábrázolásokhoz használták: a normál rács metszéspontjaiban beállított magassági értékeket. Korábban több hónapig tartott a Digitális terepmodell felépítése.

Ma a modern Drónok képesek összegyűjteni a szükséges adatokat, elemezni őket a legapróbb részletekig, és vizuális elrendezést készíteni egy reálisabb és hatékonyabb időkeretben. Még a föld leginkább megközelíthetetlen hatalmas területei is megtekinthetők és átalakíthatók a legmodernebb felszereléssel felszerelt pilóta nélküli légi járművek (UAV-k) segítségével.

Különböző típusú radarok, videokamerák és egyéb eszközök telepíthetők a drónokra annak érdekében, hogy összegyűjtsék a szükséges információkat egy adott digitális terepmodellhez. Ez a fejlett technológia a leggyorsabb szoftverrel kombinálva a lehető legrövidebb idő alatt biztosítja a legjobb eredményeket.

Április 26, 2016, a globális IT megoldások cég NTT DATA and RESTEC (Japán Távérzékelési Technológiai Központ) bejelentette, hogy a 3D globális digitális térképek szolgáltatás, az úgynevezett AW3D, az első 5 méteres szolgáltatás egy háromdimenziós terep modell, amely az egész világon, beleértve az Antarktisz. A szolgáltatás a Daichi műholdak és a japán Aerospace Exploration Agency (JAXA) továbbfejlesztett földmegfigyelő műholdak (Alos)felhasználásával készített hárommillió kép alapján működik.

2014 februárjában az NTT DATA és a RESTEC elindította a korlátozott lefedettségű 3D digitális térképek szolgáltatását. Ez a szolgáltatás jelentős javulást jelent a meglévő szolgáltatásokhoz képest, amelyek csak 30 és 90 méteres felbontást kínálnak. Az NTT-adatokat, az AW3D-adatokat már több mint 60 országban használják.

Kifejezések, fogalommeghatározások és rövidítések

A Digitális terepmodell a domborzati adatok alapján létrehozott terepfelület háromdimenziós képe, amelyet raszteres méretű négyzetek vagy háromszög alakú szabálytalan rács formájában mutatnak be.

USGS DEM-A geoértékek raszteres rácsai, amelyek sorozatban vannak elrendezve "Dél-Észak profilból". A többi USGS paraméterhez hasonlóan a mátrixokat eredetileg topográfiai négyszögeknek megfelelő lapok formájában hozták létre:

• nagyméretű -7,5 / 15 perc;
• közepes-30 perc;
• kis méretű-1 fok.

A Digitális terepmodell építéséhez szükséges csempék ingyenesen letölthetők számos állami és regionális információcsere-központban.

A DEM egy digitális domborzati térkép, vagyis a Föld felszínének ábrázolása.

A DTM egy olyan módszerkészlet, amelyet a magasságmátrix megszerzésére vagy ábrázolására használnak.

A magasságmátrix-szűrés a mátrixok geomorfológiai hasonlóságának javítására használt módszerek összessége.

Terepelemzés vagy paraméterezés - a terep részleteinek számszerűsítésének folyamata.

A Digitális terepmodell-elemzést (DTA) általános kifejezésként használják az alkalmazás paramétereinek meghatározására.

Terep - térképek vagy DTA-t használó adatbázisból nyert képek.

Dem adatforrások

Topográfia vagy dombormű - a terep alakja vagy konfigurációja a térképen kontúrvonalakkal, hipszometrikus árnyalatokkal és árnyékolással ábrázolva. Jelenleg öt fő adatforrás létezik a Digitális terepmodell létrehozásához:

• földi kutatás;
• fedélzeti fotogrammetriai adatgyűjtés;
• meglévő térképészeti felmérések, például topográfiai térképek;
• légi lézerszkennelés;
• sztereoszkópikus vagy radar műholdas képek.

Ezeket a mátrixgyűjtési módszereket négy szempont figyelembevételével hasonlítják össze:

• ár;
• pontosság;
• mintavételi sűrűség;
• előfeldolgozási követelmények.

Hagyományosan, az ilyen információkat földmérők gyűjtötték a földi felmérésekből, majd félautomata digitalizálás sztereó plotterekkel. Ez a legpontosabb, de a legdrágább adatgyűjtési módszer is. A legújabb fejlemények a sztereó képek automatikus illesztésére, a képek lézeres szkenneléssel történő használatára, a távérzékelésre sztereoszkópikus átfedéssel (SPOT, ASTER) vagy interferometrikus fotók használatával kapcsolatosak.

Második rendkívül hatékony modern módszerrel ez egy fedélzeti és űrinterferometrikus radarrendszer, amelyet mind a talajtakaró, mind a terep pontos adatainak megszerzésére használnak.

A digitális terepmodellek típusai

Több magassági felület összehasonlítása felhasználható három magasság összehasonlítására vagy az objektumok térfogatának becslésére. A lézeres letapogatást épületek, távvezetékek, nyitott gödrök, terepi textúrák, sőt a tengeri hullámok geometriája építésére használják.

A magasságmodellezésnek különböző módjai vannak: digitális terepmodellek (dem), digitális felületmodellek (DMP), digitális terepmodellek (DMM) és háromszög alakú szabálytalan hálózatok (TNS).

CMP rögzíti a természetes és beágyazott funkciók a Föld felszínén, és hasznos a 3D-s modellezés a távközlés, várostervezés és a légi közlekedés, mivel a tárgyak tanulmány bizonyítják, hogy a magasság a talajszint felett.

A DEM egy tiszta raszteres rács, amely függőleges koordinátarendszerhez van kötve. Amikor a fejlesztő kiszűri az olyan pontokat, mint a hidak és az utak, sima digitális terepmodellt kap. Az épített távvezetékek, épületek és növénytípusok nem tartoznak a DEM-be. A tiszta föld kontúrmodell különösen hasznos a hidrológia, a talajok és a földhasználat tervezésében.

A CMM-nek az alkalmazás országától függően két meghatározása van. Egyes országokban ez valójában a DEM szinonimája, és olyan magassági felületet jelent, amely egy közös függőleges elemhez kötött tiszta földet képvisel.

Az Egyesült Államokban létezik egy másik meghatározás a digitális terepmodellekre - egy vektor adatkészlet, amely rendszeresen elhelyezett pontokból és természetes elemekből, például gerincekből és törésvonalakból áll. Kiegészíti a magassági mátrixot, beleértve a Föld felszínének lineáris jellemzőit.

Oroszországban a GOST R 52440-2005-et használják a CMM-hez, amely szerint a mérnöki felmérési tanulmányok, földkataszteri munkák, Földmérés, statisztikai tanulmányok, egyéb speciális munkák és felmérések során kapott geodéziai adatok térbeli hivatkozására szolgáló térképészeti alap létrehozására szolgál.

Ezt a modellt általában sztereofotogrammetria segítségével hozzák létre. A pontok rendszeresen helyezkednek el, és jellemzik a csupasz terep alakját. Ezekből a szabályos és kontúrvonalakból lehetséges interpolálni a CMR-t a CMR-be. Ez képviseli a megkülönböztető jellemzők a Föld felszínén sokkal jobb, mert a háromdimenziós törésvonalak és rendszeresen elhelyezett háromdimenziós tömegpontok.

Háromszögelt szabálytalan hálózat

A folyamatos terület modellezéséhez a mért adatok alapján a mérések között fekvő tereppontokat számítási módszerekkel kell összekapcsolni. Ehhez az egyes pontokat először egy háromszög alakú felületre csatlakoztatják, amely vektor formátumban (TIN: háromszögelt szabálytalan hálózat) érhető el interpolációval.

Szükség esetén a vektoradatokat raszteres formátumra konvertálják, például egy rögzített cellaméretű rácsra. Különböző matematikai módszereket használnak erre. Fontos, hogy teszteljük a szimulációt annak eldöntésére, hogy melyik a legreálisabb a vizsgált területre. Bár egyes GIS programok, például az Arc GIS, képesek kezelni a TIN-t, mások csak raszteres geomodellekkel működnek. Az alapmérési pontok helyétől függően különböző elrendezések vannak ábrázolva.

Eszközök a magassági adatok megszerzéséhez

Miután kiválasztotta a valódi terepfelület módszerét, egy mérőeszközt választ ki. Jelenleg széles körben használják:

1. Pilóta nélküli légi jármű.
2. LiDAR-méri a visszavert fényt, amely visszapattan a talajról, és visszatér az érzékelőhöz, hogy megkapja a Föld felszínének magasságát.
3. Sztereofotogrammetria a légi fényképezésből.
4. Sztereó multi-reprezentáció légi fényképezéshez.
5. Optikai műholdképek blokkjának beállítása.
6. Radaradatokon alapuló interferometria.
7. Valós idejű kinematikus GPS.
8. Topográfiai térképek.
9. Teodolit vagy teljes állomás.
10. Doppler radar.

Néhány távérzékelési módszer a magasságmátrix megszerzéséhez:

1. Műholdas interferometria-szintetikus apertúrájú radar, mint például a "Shuttle Radar topográfiai küldetés", két radarképet használ az egyidejűleg készített antennákból Digitális terepmodell létrehozásához.
2. Fotogrammetria-a légi fényképezésben a fotogrammetria legalább két különböző Nézőpont fényképeit használja. Ahogy az emberi látás működik, képes mélységet és perspektívát szerezni az egyes megtekintési pontoknak köszönhetően.

Digitális kontúrtérképek interpolációja

A DEMS előállításának régi módszerei gyakran magukban foglalják a digitális kontúrtérképek interpolációját, amelyeket a Föld felszínének közvetlen vizsgálatával lehet elérni. Ezt a módszert továbbra is hegyvidéki területeken alkalmazzák, ahol az interferometria nem mindig kielégítő.

A kontúrvonal-adatok vagy a GPS-t vagy a földi felméréseket használó bármely más adatbázis - mintakészlet nem Digitális terepmodell (dem), hanem digitális terepmodelleknek tekinthető. A CMM azt jelenti, hogy a magasság folyamatosan elérhető a vizsgálati terület minden helyén.

A mátrix minősége azt mutatja, hogy mennyire pontos az egyes pixelek magassága (abszolút pontosság) és mennyire pontosan ábrázolják a részleteket (relatív pontosság). Számos tényező fontos szerepet játszik a mátrix alapú termékek minőségében:

• terep szabálytalanságok;
• mintavételi sűrűség;
• a magassági adatok gyűjtésének módja;
• rácsfelbontás vagy pixel méret;
• az interpolációs algoritmus;
• függőleges felbontás;
• terepelemzési algoritmus.

A referencia 3D termékek közé tartoznak a kiváló minőségű maszkok, amelyek információt nyújtanak a tengerpartról, a tóról, a hótakaróról, a felhőkről és a korrelációról.

Tanulás a GIS Global Mapper használatával

Az első lépés a globális Mapper kereső eszköz használatával egy pontobjektum létrehozásához a kívánt címen egy vetület létrehozása erre a területre. Ezután egy online adateszköz segítségével csatlakozhat nagy felbontású képekhez. A térinformatikai webhely számos hasznos réteggel rendelkezik, amelyek hozzáadhatók. A vektoros adatokat shapefiles-ként töltik fel egy webböngésző segítségével a globális Mapper - be, egyszerűen áthúzva a fájlokat.

Technológia digitális terepmodellek építéséhez:

1. Letöltés DEM.zip adatarchívum. A ZIP archívum mérete 2,5 MB.
2. Csomagolja ki az archívumot a merevlemez könyvtárába.
3. Nyissa meg a DEM.zip archívum.
4. Hozzon létre egy "DEM" nevű alkönyvtárat abban a könyvtárban, ahol az adatok.
5. Bontsa ki az összes fájlt a ZIP archívumból egy új alkönyvtárba.
6. A végeredmény két alkönyvtár lesz, az egyik 30 méteres DEM-et, a másik pedig 10 méteres DEM-et tartalmaz.
7. Ezek az adatkészletek korábbi USGS DEM terjesztési formátummal rendelkeznek-vízszintes (pixel) egységek magasságai, amelyek reprezentálják az 1:24 000 topográfiai térképlap által lefedett területet.
8. Indítsa El A Global Mapper Alkalmazást.
9. Nyissa meg a DEM-et a "fájl"kiválasztásával > "Fájl megnyitásatárolja", majd lépjen a DEM_30m vagy DEM_10m könyvtárba, megnyitva.dem.
10. Használja a Zoom és Pan eszközöket a nagyításhoz és a DEM görgetéséhez.
11. A" teljes nézet " gomb (a Kezdőlap ikon) frissíti az adatkészlet eredeti teljes nézetét.
12. A magasságmátrix adatainak dombárnyékolással történő megtekintéséhez keresse meg a dombárnyékolás be / ki gombját a bal alsó sarokban, ahol napsugarak vannak.
13. Tartalmazza a domb árnyékolását.
14. Az elrendezés megjelenését az "eszközök"kiválasztásával módosíthatja> a bushkill_pa" Configure "fájl, a beállítások módosítása a" függőleges paraméterek "és a " Shader paraméterek", válasszon ki egy színt az egyes "alacsony szín" vagy" magas szín " gombot a területen színátmenet shader.
15. Kattintson az "Alkalmaz".
16. kattintson a "függőleges paraméterek" fülre, kísérletezzen a "függőleges túlzás" csúszkával, kattintson az"Alkalmaz" gombra.
17. menjen a nemzeti térkép betöltő eszközhöz.
18. Győződjön meg arról, hogy az aktuális mérték van kiválasztva a térkép feletti menüben. Ez jelzi azt a területet a térképen, amelyhez adatokat kell találni.
19. Bontsa ki a részt "magassági termékek (3DEP)" a bal oldali menüben jelölje be a betöltendő adathalmaz melletti négyzetet.
20. Kattintson a "termékek keresése" gombra, és használja a keresési eredményekben található linkeket, hogy megjelenítse az egyes adatkészletek területét a térképen, és betöltse a kívánt DEM-et.
21. Létrejön egy ZIP archívum, amelyet a merevlemezre lehet menteni.
22. Indítsa el a Global Mapper programot, és lépjen a mappába, ahová a ZIP-archívum mentésre kerül.
23. Kattintson duplán a fájl nevére. Az adatokat meg kell jeleníteni - a program tömörített formában is képes olvasni őket.
24. A DEM adatképnek meg kell jelennie a globális leképező ablakban.
25. Ha a DEM Bushkill még mindig látható, nyissa meg a Vezérlőközpontot, és törölje a jelet a DEM Bushkill jelölésről. Kattintson a "teljes nézet" gombra.
26. Az árnyékoló dombról származó DEM-adatok megtekintéséhez keresse meg a hegy árnyékolásának engedélyezése/letiltása gombot az eszköztáron a bal alsó sarokban.
27. Tartalmazza a domb árnyékolását.
28. A megjelenést az "eszközök"kiválasztásával módosíthatja> "Testreszabás" és a beállítások módosítása a "függőleges paraméterek" és a "Shader paraméterek".
29. Az elrendezési adatokkal kapcsolatos metaadatokat az "Eszközök" menüben tekintheti meg > "Vezérlőközpont". A PIXEL méretei fokban vannak megadva, nem méterben.

Szoftver

Különböző számítógépes programok állnak rendelkezésre a mérési pontok feldolgozásához és interpolálásához, beleértve a geodéziai berendezésgyártók (Zeiss, Leica, Wild, Sokkia, Trimble) speciálisan mérőműszerekhez adaptált szoftvereit is. A régészeti gyakorlatban az AutoCAD programot általában háromdimenziós mérések valós adatainak feldolgozására és átírására használják. Kontúrvonalak és 3D modellek létrehozásához további modulokat vagy kiterjesztett verziókat vásárolhat. Tervezéshez 2.5D felületek, bármilyen GIS program használható. Többek között a geofizikai felmérési adatok könnyen leolvashatók és vetíthetők a terepmérési adatok segítségével.

A kontúrtervek DXF formátumban hozhatók létre. A fájlok exportálása az AutoCAD programba. Az árnyékolt vagy színes terep elrendezéseket különböző grafikus formátumokba (TIFF, JPEG, BMP) exportálják, és integrálják az AutoCAD-be. A kapott modelleket általában raszteres formátumban mutatják be, amelyben a magasságértéket egy adott oldalhosszúságú XY szögkoordináta által meghatározott cellához rendelik. A raszteres változatok elvileg hasonlóak a képadatokhoz, azzal a különbséggel, hogy a színérték helyett a magasság értéket tárolják.

Az srtm raszteres digitális terepmodellek konvertálása egyik formátumról a másikra egy GIS programban általában nem jelent problémát, ezért itt nincs szükség speciális formátumra, főleg, hogy ezeket gyakran már rögzítik az előzetes műszaki előírások. A kiválasztott kimeneti adathordozótól függően a terepfelületek megjelenítésének különböző módjai vannak kiválasztva.

AutoCAD fájlok (*.dwg) gyakran nehéz exportálni más vektorprogramokba, például CorelDRAW vagy Adobe Illustrator további szerkesztés céljából. A kiadványokba való felvételhez azonban az AutoCAD terveket és rajzokat PDF fájlként lehet kiadni, JPEG fájlokká konvertálni, képszerkesztő programokkal kibővíteni vagy módosítani.

A módszer hatóköre

A Föld felszínéről szóló pontos információk sok tudományban alapvető fontosságúak. A topográfia a földkéreg számos folyamatát szabályozza (párolgás, vízáramlás, tömegmozgás, erdőtüzek), amelyek fontosak a légkör fizikai éghajlati rendszere és a biogeokémiai ciklusok közötti energiacsere szempontjából.

Az ökológia feltárja az életformák közötti kapcsolatokat és a környezet, mint például a talaj, a víz, az éghajlat és a táj. A hidrológia a föld kontúrjának ismeretén alapul, hogy modellezze a víz, a gleccserek és a jég mozgását. A geomorfológia leírja a megkönnyebbülést, felismerve az alakítási folyamatokat. A klimatológia a hőmérséklet, a nedvesség és a levegő részecskék áramlását vizsgálja.

A DEM másik alkalmazási területe a felszínborítás globális osztályozása. A Föld felszínének pontos feltérképezése és osztályozása globális szinten a geológiai folyamatok nagyszabású modellezésének legfontosabb előfeltétele. Számos tanulmány bizonyította, hogy a radarképek alkalmasak a természetes növényzet és mezőgazdasági területek dokumentálására és osztályozására.

A távérzékelésben a magassági mátrixokat a képek kijavítására vagy az érzékelő geometriájáról és a helyi terepről szóló tematikus információk megszerzésére használják.

Így a különböző térinformatikai szenzorrendszerek szinergikus alkalmazásához a digitális terepmodellek használata előfeltétele a műholdas képek kódolásának és a terephatások korrekciójának.