Рельєф як об’єкт картографування

Візуалізація рельєфу і створення 3D моделей в ArcGIS.

В ArcMap 9 в стандартному інтерфейсі значно вдосконалено побудова TIN. Для створення TINмоделі рельєфу потрібно один або кілька шарів, що мають в атрибутивній таблиці значення абсолютної висоти.У цьому прикладі я буду використовувати шар горизонталей (лінійний) і шар відміток висот усіх типів (точковий).

Для початку, завантажуємо в проект потрібні шари. Активізуємо модуль 3D Analyst (Tools - Extentions - 3D Analyst). Викликавши контекстне меню клацанням правої кнопки миші на панелі інструментів Arcmap, включаємо панель 3D Analyst.

Рис. Панель інструментів 3D Analyst у ArcMap

В лівій частині панелі 3D Analyst відкриваємо меню і вибираємо Create / Modify TIN. В лівій частині діалогового вікна виконуєм вибір шарів, на основі яких буде побудована майбутня TINмодель. Для кожного з них праворуч у списку Height Source вибираємо поле в атрибутивній таблиці, що містить значення висот.

Після побудови моделі потрібно відредагувати легенду(для цього викликаємо її властивості і переходим на вкладку Symbology). Параметр Edge type можна зняти, це ті ж горизонталі, тільки побудовані автоматично по інтерпольованому TIN у відповідності з заданими інтервалами (цей параметр може, однак, стати в нагоді, якщо необхідна побудова свого власного особливого шару горизонталей, відмінного від вихідного). ArcMap представляє широкі можливості для розфарбування рельєфу (колірні шкали) і класифікації (кнопка Classify). Можна задати будь-яку кількість градацій і будь-які інтервали між ними, колірні шкали також підлягають редагуванню. 
Надалі TIN можна модифікувати і уточнювати, додаючи нові шари будь-яких типів, що мають у атрибутиці абсолютні висоти.

Рис. 3.4.1. Діалогове вікно TINмоделі

Далі потрібно переконвертувати TIN в GRID (3D Analyst - Convert - TIN to Raster), при цьому задається розмір комірки GRID.

В отриманому GRID треба поміняти легенду, тим же способом, що й раніше був описаний для TIN. В полі Show: змінюємо Stretched на Classified. 

"Перефарбовуємо" GRID в кольори, що відповідають загальноприйнятим нормам відмиваки рельєфу. В редакторі легенди, у списку "Color ramps"вибираємо "Terrain Elevation" (3 варіанти) - якщо в GRID є морські глибини (від’ємні висоти), або "Land Cover" (2 варіанти) - якщо їх немає. Можна також поміняти класифікацію (за замовчуванням виставляється 9 класів), ввести вручну значення висот, щоб вони йшли не аби як, а з правильним інтервалом (0-50, 50-100 і т.д.). Краще всього один раз попрацювати і створити найбільш прийнятну для ваших цілей шкалу, зберегти її як файл. avl, і надалі використовувати її.

Для покращення наочності і пластичності зображення можна застосувати відтінення рельєфу. Для цього створюємо шар відтінення (3D Analyst-Surface Analysis - Hillshade), в діалогових вікнах задаємо напрям і висоту сонця, при необхідності змінюємо Cell Size на ідентичні вихідному GRID, і обов'язково міняємо шлях і ім'я Hillshade - растра з Temporary (тимчасовий) на будь-який постійний шлях і назвау файлу. Далі поміщаємо отриманий шар Hillshade під GRID в списку шарів, і встановлюємо певну прозорість для останнього шару. Всі подальші дії - це комбінування легенд шарів GRID і Hillshade та прозорості шару GRID. Можливий результат.

Тепер у нас є все необхідне для створення тривимірної моделі місцевості. Для цього можна використовувати додаток ArcScene, що викликається з панелі інструментів 3D Analyst.

Спочатку потрібно завантажити власне шар поверхні - або отриманий раніше TIN, або GRID, результат буде приблизно однаковий. Після додавання шару в проект ArcScene довантажує йому легенду. lyr, заздалегідь збережену в ArcMap. У властивостях теми, на вкладці Base Heights, потрібно встановити, по-перше, базову поверхню (GRID або TIN), а по друге - Z-factor - співвідношення горизонтального і вертикального масштабів. Для гористих місцевостей його треба ставити 3-7, для рівнинних 10-20.

Далі на створену модель можна накладати як векторні, так і растрові шари, для яких у вкладці властивостей Base Heights встановлюємо ту саму поверхню і Z-factor, що і для базового шару висот. Наприклад, на тривимірну модель накладена гідро мережу [Дод. Б ]. Іноді має сенс зробити Z-factor для накладених шарів трохи (на 0,5-1) більшим, так як вектори можуть місцями «зариватися» в базовий шар через різницю візуалізації растрових і векторних даних. 

Також для кращої наочності можна накласти на 3D модель космічну зйомку, додавши відповідний растр в ТОС і встановивши Base Heights і Z-factor. Якщо у вас досить потужна відеокарта, то на вкладці властивостей растра знімка Rendering виставляємо Quality Encashment – High, але на слабких картах робота може сильно сповільнитися [22].

3.5 Створення 3D моделі рельєфу в Autodesk Land Desktop

Autodesk Land Desktop є програмним продуктом створеним на базі AutoCAD для автоматизації проектно-вишукувальних робіт.  Програма включає основні функціональні можливості AutoCAD і Autodesk Map 3D, а також надає користувачам специфічні функції: створення, аналіз і картографування точок зйомки, побудова тривимірної моделі рельєфу, робота з ділянками землекористування і трасами лінійних споруд.

Autodesk Land Desktop покращує якість проектування, надаючи можливості оперативного обміну даними між співвиконавцями, і управління кресленнями проекту.

Дозволяє  створювати в рамках проекту необмежену кількість моделей поверхонь  і маніпулювати ними за допомогою  Terrain Model Explorer, а також:

• будувати поверхні по будь-якими даними: групам точок, горизонталях, об'єктам AutoCAD, лініях поворотів поверхні, текстових файлів і ін.;
• візуалізувати поверхні за допомогою 3D-граней або регулярної мережі ліній;
• створювати горизонталі з заданим інтервалом і стилем відображення;
• розфарбовувати карти у відповідності з заданими інтервалами відміток або ухилів;
• переглядати розріз по зазначеній лінії однієї або декількох обраних поверхонь;
• визначати кордони водозбірних областей, їх площі, відображати лінії стоку.

Autodesk Land Desktop створює і підтримує базу даних знімальних і проектних точок практично необмеженого обсягу і дозволяє:

• сортувати і фільтрувати точки при перегляді їх за різними критеріями;
• редагувати точки;
• гнучко використовувати дескриптори (коди) точок для їх автоматичного відображення в кресленні відповідними умовними знаками;
• групувати точки на основі різних критеріїв для управління їх відображенням і використання при моделюванні рельєфу;
• приєднувати додаткову інформацію через посилання на зовнішні бази даних (наприклад, опис шарів свердловин) [23].

Також в  програмі реалізовані можливості для  розрахунку об’ємів, укладених між двома поверхнями за допомогою різни методів, дозволяє створювати і зберігати в базі проекту кордони та найменування ділянок землекористування, надає функції з укладання трас лінійних споруд (автодоріг, магістральних трубопроводів, каналів).

Autodesk Land Desktop організовує автоматичне збереження даних цифрових моделей об'єктів вишукувань і проектування в файлах проекту (незалежно від креслень dwg). Це дозволяє:

• одночасно працювати над проектом декільком групам фахівців, маючи оперативний доступ до робочих матеріалів один одного;
• надійно і компактно зберігати дані цифрових моделей проекту для подальших етапів проектування.

Візуалізація рельєфу і створення 3D моделей в  Autodesk Land Desktop.

Для формування тривимірних моделей Autodesk Land Desktop в можна використовувати точки, DEM файли (цифрові моделі рельєфу), горизонталі, структурні лінії і межі областей. На основі створених моделей створюються горизонталі і профілі. На основі введених даних формують поверхні. Поверхня - це тривимірний геометричний об'єкт, який моделює певну ділянку земної поверхні. У Autodesk Land Desktop поверхні представляють собою тріангуляційні мережі, що базуються на точках проекту і точках об'єктів, включених до структури даних поверхні.

Тріангуляційних мережі (ТЗ) формуються з трикутників. Сторони 
цих трикутників утворюють лінії мережі. При побудові ліній мережі Autodesk Land Desktop з'єднує найближчі сусідні точки поверхні. Лінії мережі інтерполюють позначки точок, для яких немає геодезичних даних, задаючи тим самим математичну модель визначеної ділянки земної 
поверхні.

Дані  розподілених по місцевості точок краще  підходять для 
поверхонь, аніж дані горизонталей, в яких вже міститься деяка інтерполяція місцевості. Для того щоб використовувати в складі поверхні точки, можна вибирати групи точок, КГ – точки малюнка, або імпортувати їх із зовнішнього файлу. Групи точок створюються за допомогою Диспетчера груп точок. Імпортувати точки можна з текстових файлів або з файлів баз даних Microsoft Access. Крім того, в поверхні можна включати характерні точки різних об'єктів (блоків, ліній та ін.) Поряд з використанням точок, поверхні можна формувати на основі файлів цифрових моделей рельєфу, горизонталей, структурних ліній і контурів. Горизонталі використовуються або як набір точок (вершин), або як структурні лінії, інтерполяція 
відміток яких лініями триангуляційної мережі не проводиться. Як правило, лінії мережі поверхні не перетинають горизонталі, а починаються або закінчуються на них. Для побудови поверхні з необхідною точністю одних тільки точок і горизонталей зазвичай буває недостатньо. Наприклад, для 
запобігання перетинань триангуляційної мережі і доріг або річок 
портібно визначити в малюнку структурні лінії. Структурні лінії 
– це лінії, які використовуються для представлення характерних 
особливостей місцевості з обривистими змінами земноїповерхні (дороги, русла річок і т.ін.). Сусідні точки мережі, розташовані по різні сторони структурної лінії, лініями триангуляційної мережі не з'єднуються. Лінії мережі можуть або починатися, або закінчуватися на структурних лініях. Взагалі існують три види структурних ліній:

• ескізні: використовують найближчі до структурної лінії пункту поверхні. При заданні структурних ліній такого типу точно вказувати точки не потрібно;
• структурні лінії стін: такі лінії дозволяють задавати позначки 
  по обидві сторони стіни. Це може знадобитися, наприклад, якщо 
  з одного боку стіни тріангуляційних мережа прив'язується до основи стіни, а з іншого - до її верху;
• стандартні: структурні лінії такого типу задаються точками 
  або полілініями, які користувач вибрав в малюнку;

За допомогою  контурів можна задавати зовнішні кордони 
поверхонь, а також формувати в поверхнях острівці, для 
яких не потрібно проводити тріангуляцію.

Модуль  цифрового моделювання рельєфу.

У модулі цифрового моделювання рельєфу  зібрані всі функції, 
які необхідні при роботі з поверхнями. Цей модуль використовується для створення, формування і відображення поверхонь. Ліва частина діалогового вікна «Цифрове моделювання рельєфу» містить дві папки: «Рельєф» і «Картограми». Для створення нової поверхні слід натиснути правою кнопкою мишки на папці «Рельєф» та обрати пункт «Створити нову поверхню» з контекстного меню. У папці «Рельєф» для цієї поверхні створюється вкладена папка, яка містить елементи, відповідні 
використовуваним при роботі з поверхнями даними. Кожен елемент 
має особливе контекстне меню. Воно викликається правою кнопкою 
миші.

Функції контекстних меню використовуються для наповнення структури 
поверхні даними, а також для формування і відображення поверхні. 
У папці «Картограми» зберігаються поверхні. Картограми земляних 
робіт, створені за допомогою функцій обчислення обсягів меню «Рельєф». Ця папка також розташована в лівій частині діалогового вікна «Цифрове моделювання рельєфу». За допомогою модуля цифрового моделювання рельєфу можна переглядати властивості цих поверхонь, а також відкривати, закривати і відображати їх.

Горизонталі, що описують поверхню.

Для формування поверхонь можна використовувати  об'єкти 
горизонталі або відповідні полілінії. Проте можливі істотні розбіжності між оцінками висот горизонталей застарілих топографічних карт і результатами польових зйомок. Так як при створенні топографічних карт проводиться деяка інтерполяція, тому поверхні сформовані тільки на основі карт, 
менш точні, ніж поверхні, в яких використовуються дані польових зйомок. Точність формованих на основі топографічних карт поверхонь залежить як від точності самих карт, так і від інтервалу між горизонталями. На відміну від структурних ліній, які можна створювати 
безпосередньо в модулі цифрового моделювання рельєфу, 
горизонталі (об'єкти – горизонталі або полілінії), які використовуються для формування поверхні, вибираються з наявних у малюнку об'єктів. 
У модулі цифрового моделювання рельєфу горизонталі можуть 
використовуватися і як набір точок (вершин), і як структурні лінії. 
При додаванні даних горизонталей відкривається діалогове вікно 
«Спрощення горизонталей». Якщо прапорець «Записувати в дані горизонталей» встановлено, горизонталі розглядаються як структурні лінії. У цьому випадку лінії триангуляційної мережі не перетинають горизонталей. Якщо прапорець знятий, горизонталі розглядаються як набір точок (вершин) для триангуляційної мережі.