чем различаются цифровая модель местности и цифровая карта
План, карта, цифровая модель местности
ПЛАН И КАРТА
Планом называется уменьшенное подобное изображение горизонтальной проекции небольшого участка местности.
Для составления плана местности расположенные на ней точки проецируют на уровенную поверхность по направлению отвесных линий. Ввиду малости участка отвесные линии оказываются практически параллельными, а фрагмент уровенной поверхности может рассматриваться как плоскость. Полученную проекцию местности уменьшают и изображают на плане. Степень уменьшения характеризуется масштабом плана.
Для измерения расстояний на плане, под его нижней рамкой, помещают линейный масштаб (рис. 4.1), на котором несколько раз отложено одно и то же расстояние, называемое основанием масштаба и равное обычно 2 см. Крайнее левое основание делят на более мелкие отрезки. Деления линейного масштаба оцифровывают в метрах.
Рис. 4.1 Линейный масштаб
Цифровой картой называют цифровую модель значительного участка земной поверхности, сформированную с учётом генерализации изображаемых объектов и принятой картографической проекции.
Электронной картой называется изображение местности на экране дисплея, полученное на основе цифровой карты.
Понятие о цифровой модели местности
Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность данных (плановых координат и высот) о множестве её точек. Указанная совокупность может представлять собой отдельно цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. В последнем случае элементы ситуации могут быть заданы только плановыми координатами Х и Y. Цифровая модель рельефа обязательно задаётся одновременно плановыми координатами и высотами Н.
Цифровая информация о местности очень удобна для представления и хранения в электронном виде.
Цифровая модель местности: а) представление ситуации; б) представление рельефа.
Аналитическая форма представления ситуации (рис. 8.1 а) имеет вид таблицы с номерами точек (1 – 26), их координатами Х, У и указанием взаимосвязи точек контура, например, 1-2-3-4 – сплошной контур дома, 25- 24-26 – контур леса. Такая информация записывается в кодированном виде в таблице.
При задании рельефа в аналитической форме используют два метода. В первом, в зависимости от сложности рельефа, координаты и высоты точек определяют в узловых точках сплошной равномерной сети равносторонних треугольников и квадратов. В каких-то местах эта сеть может быть гуще, в других – реже. Такой метод имеет недостаток, определяемый рассогласованностью выбора координируемой точки с характером рельефа местности. Во втором методе (рис. 7.1 б) выбор координируемых точек определяется особенностями рельефа в тех или других частях местности. Точки выбирают на характерных линиях (линиях водослива и водораздела), на вершинах возвышенностей и по дну котловин (ям), в седловинах, в местах перегибов рельефа с выделением фрагментов с однородным склоном и т.п. Таким образом, во втором методе используется подход, соответствующий методике топографической съёмки рельефа, например, при тахеометрической съёмке.
Оставьте свой отзыв, комментарий или задайте вопрос
Чем различаются цифровая модель местности и цифровая карта
В настоящее время накоплен достаточный опыт в создании цифровых карт и цифровых моделей. Этот опыт закреплен теорией и практикой применения геоинформационных технологий. Между понятиями «цифровая карта» (ЦК) и «цифровая модель» (ЦМ) существуют признаки сходства и различия. Оба понятия описывают модели, но это различные модели, поэтому понятия ЦК и ЦМ не являются синонимами. Цифровая карта, как карта, должна содержать все атрибуты, присущие карте. Она должна содержать зарамочное оформление и обязательно быть представлена в одной из возможных или выбранных картографических проекций. Цифровая карта (как дискретная модель) должна создавать возможность визуального отображения в виде аналоговой модели обычной карты. Она должна обладать полной сопоставимостью с обычными картами, получаемыми сразу в бумажной форме. Цифровые карты и цифровые модели являются двумя основными (но не единственными) видами геоинформационных продуктов, создаваемыми методами геоинформатики.
Материалы и методы исследования
В качестве материала использовались существующие описания цифровых моделей и цифровых карт и технологии их получения. В качестве методики исследования применялся системный анализ, качественный анализ и структурный анализ.
Результаты исследования и их обсуждение
Термин «карта» появился в средние века, в эпоху Возрождения, до этого употреблялись слова tabula и descriptionis. Этот термин происходит от латинского «charta» (лист, бумага), производного от греческого χαρτηζ (хартес – бумага из папируса). В России изначально карта назвалась «чертежом», что означало изображение местности чертами, черчением, и лишь в эпоху Петра I появился термин «ландкарты», а потом – «карты». Цифровая карта является моделью обычной карты и сохраняет ее достоинства и недостатки. На рисунке приведена технологическая модель создания обычной карты. В ней имеет место множество условностей.
Технологическая схема составления карт
Искажения являются обязательным атрибутом карты. По характеру искажений проекции подразделяются на равноугольные, равновеликие и произвольные. В равноугольных проекциях отсутствуют искажения углов, картографическая сетка ортогональна, частные масштабы длин не зависят от направлений, сохраняются формы бесконечно малых частей изображения. В этих проекциях наблюдаются большие искажения площадей [1]. В равновеликих проекциях сохраняются длины вдоль одного из главных направлений [2]. В произвольных проекциях имеют место искажения всех видов. Цифровые модели лишены этих искажений. Проекционные преобразования также вносят свои искажения, которые не имеются у цифровых моделей. Картограф при составлении карт также вносит искажения: смещая близкорасположенные объекты или показывая мелкие объекты «с преувеличением» и так далее. Таким образом, карта содержит комплекс искажений, вносимых при ее составление. Это требует при цифровании такой карты участия специалиста картографа, который за счет когнитивного моделирования уменьшит соответствующие погрешности.
Отображение реального мира. Цифровые карты и цифровые модели являются отображением объективной реальности окружающего информационного поля [3]. Они являются компонентами научной картины мира [4, 5]. Оба вида этих информационных продуктов используют при решении практических задач: навигации, проектирования, измерений и анализа. Цифровые карты и цифровые модели являются двумя видами пространственных моделей объектов земной поверхности и самой поверхности. Базовые технологии для создания цифровых моделей фотограмметрические, геодезические и космические. Базовые технологии для создания цифровых карт картографические, фотограмметрические, геодезические и космические. ЦК создается на основе неполной аналогии. ЦМ создается на основе полной аналогии. Цифровая модель, в зависимости от способа ее построения и выбора основы, может в большей степени сохранять геометрические характеристики исходной поверхности Земли или другого небесного тела, пространственным аналогом которого она является. Ряд технологий построения пространственных цифровых моделей создают близкое к реальному расположение точек модели. ЦК зависит от проекции и от модели Земли. ЦК строится независимо. В отличие от цифровой карты цифровая модель представляет собой в общем случае трехмерную пространственную модель не отягощенную специальными картографическими нагрузками и ограничениями.
По признакам моделирования. По признакам моделирования цифровая карта это модель модели. Обычная карта является плоской моделью трехмерной реальности. Цифровая карта может строиться по обычной карте как вторичная модель. Даже если ЦК строится не по картографической информации, а, например, с помощью фотограмметрических методов, то на заключительном этапе построения в нее необходимо вводить картографические преобразования, которые вносят дополнительные искажения, как и в обычную карту. Цифровая карта это плоская модель трехмерной реальности. Цифровая модель это трехмерная модель трехмерной реальности
Масштабный ряд. Карты и цифровые карты создаются на любой масштабный ряд. ЦМ создаются в основном на крупные масштабы, поэтому цифровая модель ближе к плану, чем карте. Тем не менее, по совокупности цифровых моделей можно строить достаточно протяженные объекты, с учетом референцной или общеземной системы. В настоящее время создаются мульти масштабные карты для отображения информации в разных масштабах [6].
Соответствие между оригиналом и моделью. Цифровая модель гомомформна объекту моделирования, цифровая карте гомеомрфна объекту моделирования. Методология цифровых карт основана на преобразованиях меняющих пространство. В них осуществляется переход от трехмерной реальности к плоскости. Методология цифровых моделей основана на концепции моделирования аналогов. В них сохраняется трехмерность.
По взаимному преобразованию. Цифровая модель может быть преобразована в карту, а карта не всегда может быть преобразована в ЦМ
Трехмерность. Цифровая карта может плоской моделью, но и трехмерной. В этом случае ее аналогом будет рельефная карта, т.е. такая пространственная модель трехмерной криволинейной поверхности у которой высоты предаются без искажений, а в плане сохраняются искажения, обусловленные проекционными преобразованиями, присущие картам. В трехмерной цифровой модели без искажения передаются все три координаты.
Изобразительные характеристики. Цифровая карта имеет широкие изобразительные характеристики и как двухмерная модель очень удобна для визуального анализа человеком. Цифровая карта удобна для визуальной обработки и визуального анализа информации, так как по существу работает с двухмерными образами. Цифровая модель такой изобразительностью не обладает
Временной аспект. Временной аспект как правило включает три фактора долговременный, средневременный и оперативный. С этим аспектом связана характеристика качества информации – актуальность и процедура актуализации данных и баз данных.
Исходные данные. Хотя по технологиям создания цифровые модели и цифровые карты создаются примерно одинаково. Исходные данные у ЦК и ЦМ различны. Для создания ЦК основой служат геоданные [7]. Для создания ЦК основой служит более сложная картографическая модель.
Методы хранения. Цифровая модель хранится в виде структурированных файлов и занимает относительно мало места на машинных носителях. Цифровая карта хранится в виде визуальных изображений. Представление пространственной информации в базах пространственной информации (БПД) осуществляется в виде картографических изображений, 3D-моделей или компьютерных анимаций. Последняя форма представления часто используется при разработке сценариев ситуационного моделирования в «ситуационных» комнатах.
Одно из назначений банка пространственных данных формирование визуальной картографической модели. Этот процесс основан на организации картографических данных в виде тайловой структуры [8]. Тайл ( англ.tile – плитка) [9] в компьютерных картографических сервисах – один из квадратных фрагментов, на которые разбивается растровое изображение. Каждый тайл представляет собой изображение формата jpg (спутниковые снимки) или png (карты, слои) и хранится в файле с уникальным именем, которое определяется координатами этого тайла по осям X и Y. Синонимом термина «тайл» является «текстура». Наложение текстуры является одной из основных задач графического аппаратного обеспечения. Ключевой задачей при наложения текстур является задача хранения и управления большими текстурами на графических процессорах. Тайловая технология позволяет хранить небольшой набор тайлов вместо большого растрового изображения. То есть эта технология на порядки (1000) уменьшает объем хранимых растровых изображений [10]. Однако она выдвигает дополнительную проблему конструирования изображений из тайлов и обновлений изображений из тайлов. Большинство графических программ применяют тайлы размерами 256х256 пикселей. В частности, в ГИС «Панорама-АГРО»[11] принят именно такой размер тайлов.
Топология. Цифровые карты содержат топологию и позволяют отображать пространственные топологические свойства. Цифровые модели пока не имеют механизма отображения топологии. Именно этим обусловлено преимущественное отображение информационных продуктов ГИС в виде цифровых карт. В настоящее время средства компьютерной графики хорошо приспособлены для отображения топологии пространственных моделей.
Структурность. Цифровую модель можно рассматривать как некий структурный пространственный каркас, который служит основой для решения ряда задач, включая и построение карт. Цифровая модель может в большей степени соответствовать реальной поверхности по сравнению с картой. При этом возможны случаи построения цифровых моделей в заданных картографических проекциях.
Проведенные исследования позволяют сформулировать определения для ЦК и ЦМ.
Цифровая карта – двухмерная или пространственная модель земной поверхности, преобразованная в соответствии с заданной картографической проекцией. Проекционные преобразования являются неотъемлемой частью цифровой карты.
Цифровая модель – пространственная модель криволинейной поверхности, которая создается на основе полной аналогии реальной поверхности и может быть преобразована в заданную картографическую проекцию.
С информационных позиций цифровые карты и цифровые модели являются информационными конструкциями [12], которые имеют сходство и существенное различие. Они не являются эквивалентами. С технологических позиций цифровые карты и цифровые модели являются информационными продуктами, которые по-разному формируются и применяются. Определение цифровой карты через цифровую модель «цифровая карта – цифровая модель…», даваемое в [13] нельзя считать корректным ни лингвистически, ни по содержанию.
Заключение
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы. Цифровые карты в большей степени подчинены ограничениям по сравнению с цифровыми моделями. Это вытекает из подчинения их требованиям, предъявляемым к отображению карт. Цифровые модели представляют собой в общем случае трехмерные пространственные аналогии реальных объектов. Цифровые карты являются искаженным подобием реальных объектов с большим числом условностей. Цифровые модели предназначены в основном для расчетов, но обладают меньшей визуальной изобразительностью. Цифровые карты хорошо представляются в визуальной форме и хорошо показывают топологию. Они являются упрощенной пространственной моделью, удобной для анализа их человеком. Цифровые карты и цифровые модели представляют собой информационные конструкции, позволяющие строить набор сцен или информационных ситуаций с помощью средств компьютерной графики или электронной полиграфии.
Цифровая модель местности — определение, виды, порядок построения
Время прочтения: 4 минуты
Начать проектировочные работы невозможно без точных сведений о территории будущей застройки. Для детального анализа поверхности рельефа и объектов при разработке масштабных проектов применяется цифровая модель местности (ЦММ). Ее построение осуществляется с помощью топографических карт.
Фактически, ЦММ — изображение плановых координат и высот конкретного участка местности, имеющее математическое представление. С ее помощью проектные организации анализируют поверхность рельефа. Проводят мониторинг состояния территории и расположенных на ней объектов. Контролируют объем проводимых работ, решают прочие задачи в рамках аналитических проектных задач. Также 3D-модель местности часто используется для BIM-проектирования.
Для чего нужна ЦММ?
Невозможно исследовать каждый сантиметр территории при больших масштабах. Поэтому приходится определять значения неизведанного пространства по соседствующим дискретным данным с помощью применения математических методов. ЦММ отражает гипотетические сведения о том или ином участке поверхности. Также учитываются его геопространственные координаты, характеристики и возможные реакции на то или иное воздействие. Кроме анализа поверхности рельефа, цифровое представление может использоваться для:
Быстрого построения карт (крутизны, экспозиции склонов, др.);
Вертикальной планировки участка по заданным параметрам;
Разработки рациональных вариантов строительства здания, сооружения;
Осуществления расчета площадей и объемов земляных работ;
Детального анализа экспозиции и уклонов склонов;
Представления, анализа полученных данных в 3-х измерениях;
Анализа зон видимости и т.д.
Инженерная цифровая модель местности может понадобится для картографирования и обустройства площадки при проектировании ландшафтного дизайна. Также применяться при проектировании зданий, автомобильных дорог, магистралей, развязок. Для решения задач по охране территории, проведения научных исследований.
Виды цифровых моделей местности
Информация об участке, представленная в цифровом виде, удобна для представления, хранения, обработки. В зависимости от целей, совокупность данных может быть представлена в формате:
Модели рельефа цифровой (ЦМР). Содержит информацию о рельефе территории. Она представлена набором точек с известными координатами, высотами. Также отображаются связи между ними, способы определения высот новых точек по заданным плановым отметкам.
Цифровой модели контуров (ЦМК). Содержит данные о характеристиках и плановом положении объектов, связях между ними.
Цифровая модель рельефа местности одновременно содержит плановые координаты и высоты Н, а во втором случае задействованы только плановые высотные координаты Х, Y.
Построение цифровой модели местности
При проектных аналитических работах эффективно использовать ЦММ. В этом случае моделирование осуществляется на базе топографических карт.
С целью прогнозирования информации о рельефе на исследуемом участке и построения модели используют математические методы:
Принципы триангуляции Делоне;
Метод обратных взвешенных расстояний;
Тренд-интерполяция, а также различные формулы, закономерности.
Для быстрого получения цифровой модели местности, а также её обработки применяют специальное программное обеспечение.
Преимущества «Гектар Групп»
Формирование ЦММ для задач проектирования производят на базе топографических карт. Здесь важна точность первичных данных.
Ошибки, допущенные при построении топографического плана и ЦММ приводят к принятию нерациональных проектных решений. В свою очередь, это может стать причиной переделок, аварий, дополнительных расходов средств (до 35%) во время строительства. Чтобы исключить эти проблемы, доверьте проведение исследований экспертам «Гектар Групп».
С нами ЦММ местности (по фотоснимкам, цены на нее начинаются от 17 000 руб. за 1 га), будет построена в соответствии с нормативными документами.
5 причин сотрудничать с нами:
Команда инженеров-геодезистов с опытом работы от 5 лет;
Высокоточные тахеометры с 3-х, 1-но секундной точностью, нивелиры, GPS-оборудование, квадрокоптеры;
Наличие ПО для обработки данных: Топоматик Robur, AutoCAD Civil 3D, ПО CREDO ТОПОПЛАН, CREDO_DOS;
Ускоренное согласование топоплана с эксплуатирующими организациями. За счет понимания их требований, нюансов;
Материальная и юридическая ответственность за результаты испытаний.
Свяжитесь с нами и получите бесплатную консультацию эксперта прямо сейчас!
Что такое цифровая модель местности (ЦММ)
Цифровые модели местности используются для анализа трехмерной поверхности земли, проектирования и визуализации территорий, для вычисления объемов на месторождениях открытого типа.
Цифровая модель местности (ЦММ) — представление территории в 3D виде, информация о которой получена с помощью сканирования LIDAR-оборудованием или методом аэрофотосъемки. Модель местности в виде облака точек отображает рельеф, растительность, здания и другие объекты, находящиеся на участке в процессе съемки.
Где и для чего используется ЦММ
Цифровые модели служат дополнительным материалом для проектировщиков, дизайнеров, геодезистов. По ЦММ можно рассчитать оптимальные параметры при строительстве зданий и сооружений, разработать дизайн-проект городской застройки, визуализировать проектные решения.
Дистанционные способы получения информации о местности (сканирование и аэрофотосъемка) многократно упростили процедуру геодезической съемки участков земной поверхности. Сегодня производительность облета территории на беспилотном или пилотируемом самолете – несколько тысяч гектар в день. Моделирование в трехмерном виде сократило сроки и стоимость изыскательских работ.
**Сферы применения цифровых моделей местности:**
Построение рельефа для топографических планов;
Определение объемов открытых горных работ;
Исполнительные BIM-модели уровня LOD-2;
Визуализация проектных решений;
Выбор оптимального пути линейного объекта;
Мониторинг территории, путем сравнения двух ЦММ, выполненный в разное время;
Определение точек установки городских видеокамер с исключением «мертвых» зон.
На сегодняшний день основной способ проектирования, связанный с земной поверхностью, основывается на цифровых моделях местности, рельефа и триангуляции на их базе. С помощью ЦММ можно заранее оценить возможные факторы риска при строительстве и других работах, избегая негативных последствий от возможного воздействия природных факторов.
Как получают данные для построения ЦММ
Для создания цифровой модели полигона необходим большой объем информации о месторасположении характерных точек всех объектов, расположенных на территории. Это их координаты, высоты, цвет. В настоящее время сбор информации ведется с воздуха или с наземных сканеров – это практичная, быстрая и точная съемка местности с использованием летательных аппаратов. Собранный массив насчитает миллионы и миллиарды точек, собранные данные обрабатывается в специальном программном комплексе. В результате можно получить точную цифровую модель местности в течение нескольких часов.
Виды ЦММ
Информация о полигоне будущих работ в зависимости от поставленных задач может быть представлена в следующих видах.
Колоризованного плотного облака точек
Многоуровневые тайловые модели.
Полноценная деятельность современных инженеров, застройщиков, проектировщиков при разработке планов градостроительства и освоения территорий невозможна без ЦММ — исчерпывающей высокоточной базы данных о ландшафтных условиях интересующего полигона будущих работ.
Технология построения цифровых моделей
Методом аэросъемки
Исходными данными, полученными в процессе аэрофотосъемки с БПЛА, являются фотографии и данные об их местоположении в момент спуска затвора камеры. Изображения сохраняются в формат RAW-файлов. Затем производится их обработка с применением специального ПО в несколько этапов.
В результате фотограмметрической обработки данных получаются ЦММ с пространственным разрешением от 1 см на пиксель, в зависимости от необходимой точности.
Методом лазерного сканирования
Сканирующие системы имеют преимущество перед аэрофотосъемочной методикой в плотности облака точек. Их используют для создания трехмерных моделей застроенной, залесенной области изысканий. В отличие от воздушного лазерного сканирования (ВЛС), аэрофотосъемка не сможет собрать отметки рельефа в густом лесу. Точность отражения импульса позволяет укладываться в погрешность 2-3 мм по высоте, что значительно точнее АФС.