1.37Построение матрицы высот рельефа
Описание рельефа в виде горизонталей может быть получено в результате оцифровки сканированного изображения картографических материалов. Кроме горизонталей средства ГИС Карта 2005 позволяют получать структурные линии рельефа (овраги, хребты, линии водотоков). Структурные линии рельефа мог иметь 3D-координатное описание, то есть в каждой точке метрики кроме плановых (X, Y) представлена координата Н. Процедуру получения горизонталей и структурных линий принято называть оцифровкой.
П олучение горизонта-лей и структурных линий рельефа (оцифровка) 1
|
|
Автоматический контроль и редактирование векторной карты 2
|
|
Автоматический контроль корректности абсолютных высот
 3
|
|
|
|
|
|
Выгрузка в обменный формат
6
|
|
Формирование матрицы высот рельефа
5
|
|
Подготовка объектов являющихся водотоками
4
|
|
|
|
|
|
Рис. 104. Структурная схема получения матрицы высот рельефа по горизонталям.
|
|
На рисунке 104 представлена структурная схема получения матрицы высот рельефа по горизонталям. Исходная информация в виде горизонталей, отметок высот, микроформ рельефа и сети гидрографии представляется в виде цифровой или векторной карты.
Одним из основных этапов получения векторной карты являются разработка редакционных технических указаний (РТУ) на район работ. В РТУ должны быть отражены обязательные требования и дополнительные требования, предъявляемые к карте и порядок оцифровки объектов карты. К дополнительным требованиям относятся, те требования, которые уточняют порядок оцифровки объектов местности, несущих информацию о рельефе. В результате доведения векторной карты до дополнительных требований и получается «идеализированная» карта:
1. Горизонтали должны быть оцифрованы без разрывов. В местах осыпей и обрывов обязательно показываются «самая верхняя» и «самая нижняя» горизонтали.
Не должно быть брошенных горизонталей.
Горизонтали должны быть топологически согласованны с объектами гидрографии и микроформами рельефа.
Если к одному из берегов площадной реки примыкаем горизонталь, то на другом берегу должна быть «ответная» горизонталь с такой же абсолютной высотой.
Кроме урезов воды, имеющихся на карте, необходимо вводить дополнительные объекты, показывающие отметку абсолютной высоты в местах впадения одной реки в другую, у истоков, в устье и на рамке номенклатурного листа. Абсолютную высоту для данных точек в случае оцифровки по модели на фотограмметрическом приборе, брать с модели, а в случае оцифровки по сканированному изображению картографического материала интерполировать по соседним объектам, пусть даже приближенно.
Линейные реки и обрывы должны быть оцифрованы в соответствии с направлением цифрования. Для рек - от истока к устью, для обрывов – с права ниже.
Площадные озера должны иметь характеристику абсолютная высота.
Площадные реки должны иметь первую точку метрики у истока. Точку истока и устья желательно помечать дополнительным урезом, в котором указывать абсолютную высоту.
Курганы и ямы должны иметь характеристику абсолютной высоты наружного центра.
Курганы должны иметь характеристику относительная высота.
Ямы должны иметь характеристику глубина
Доведение карты до соответствия дополнительным требованиям можно выполнять в ходе оцифровки, или выделить для этой процедуры отдельного подготовленного специалиста. Второй вариант является более предпочтительным, поскольку у специалиста вырабатываются специфические навыки, позволяющие ему в более короткие сроки выполнять корректуру карты в соответствии с дополнительными требованиями.
Для контроля качества векторной информации предназначены два режима: контроль качества векторной карты и контроль высот абсолютных. Выполнение указанных процедур является обязательным. В результате функционирования каждой из задач формируется протокол ошибок. Исправление большей части ошибок может быть выполнено автоматически. Не устраненные в результате автоматического редактирования ошибки пользователю необходимо исправить самостоятельно. В места расположения ошибок программа переходит автоматически.
Задача «Контроль качества векторной карты» является составной частью системы и предназначена для проверки структурной целостности цифровых данных, полноты и качества метрического и семантического описания объектов и выполнения автоматического исправления обнаруженных ошибок.
1.37.1Подготовка объектов, являющихся водотоками
Для более точного описания как планового, так и высотного положения объектов в системе введена возможность хранения 3D-метрики объектов (X,Y,Н). Н-параметр описывает значение абсолютной высоты в каждой точке метрики. Использование указанного формата позволяет присвоить объектам гидрографии и микроформам рельефа корректное значение абсолютной высоты, что в конечном счете повысит точность построения матрицы высот.
При получении структурных линий на фотограмметрических приборах координата Н уже заполнена и требует лишь контроля на согласованность. Например, высоты вдоль реки должны идти на понижение от истока к устью. При оцифровке по картографическим материалам получить координату Н в каждой точке метрики на этапе создания карты не представляется возможным. Поэтому необходима дополнительная обработка, в результате которой все объекты, имеющие отношение к водотокам получат корректное 3D-координатное описание.
«Идеализированная» карта создается для района работ, на который необходимо получить матрицу рельефа, в виде пользовательской карты. На нее переносятся все объекты, имеющие отношение к характеристикам и форма рельефа: горизонтали, отметки высот, гидрография, микроформы рельефа.
Карта доводится до требований описанных выше. Затем в автоматическом режиме формируются условные фарватеры площадных рек и дополнительные урезы.
Формирование координаты Н у объектов, имеющих отношение к водотокам, выполняется специальной процедурой (см. рис.105). Входными данными для задачи является «идеализированная» векторная карта, созданная с учетом требований предъявляемых к этому виду карт. Карта должна содержать объекты гидрографии, урезы, рельеф суши, узловые точки гидрографии и рельефа. Дополнительные требования: площадные реки не разбивать на отдельные объекты, а цифровать как один объект. В устье и истоке основного русла поставить дополнительный урез.
Л инейная гидрография, фарватеры и все урезы (истинные, дополнительные, точки пересечения с горизонталями) объединяются в единую сеть. Происходит анализ сети с целью вычисления высот в тех урезах, где она не определена. Если высоту вычислить не удается, то выдается сообщение и оператор должен задать необходимую информацию. Затем, методом линейной интерполяции, происходит заполнение координаты Н у всех объектов гидрографии и микроформ рельефа.
В результате выполнения процедуры на выходе имеем: созданную пользовательскую карту с объектами гидрографии, имеющими топологически согласованную Н-координату.
1.37.2Формирование матрицы высот рельефа.
Матрица высот рельефа (МВР) – цифровая 3D-модель местности. Матрица высот имеет регулярную структуру и содержит элементы, значениями которых являются высоты рельефа местности. Элемент матрицы полученной картографическими методами соответствует квадратному участку местности, размер стороны которого называется точностью матрицы.
Матрица высот может содержать абсолютный рельеф местности или суммарный рельеф - сумму абсолютного рельефа и относительных высот объектов.
Основными параметрами матрицы высот являются:
Масштаб матрицы предназначен для согласованного совместного отображения матрицы и векторной карты.
Размер матрицы – ширина и высота матрицы в метрах.
Плановая привязка матрицы - координаты левого нижнего (юго-западного) угла матрицы в метрах в прямоугольной системе. Исходя из различий в формате представления фотограмметрической и картографической матриц, привязка матриц созданных на одну и туже территорию должна отличаться на величину равную половине точности матрицы по обеим координатам. Например. Координаты левого нижнего угла фотограмметрической матрицы равны X = 3625650м, Y = 13256700м, координаты левого нижнего угла картографической матрицы в этом случае равны X = 3625625м, Y = 13256675м, для точности матрицы 50м. Координаты правого верхнего угла фотограмметрической матрицы равны X = 3635650 м, Y = 13266700 м, координаты левого нижнего угла картографической матрицы в этом случае равны X = 3635675 м, Y = 13266725 м.
Точность матрицы - размер в метрах стороны квадратного участка местности, соответствующего элементу матрицы.
Тип результирующего рельефа определяет, что содержит матрица - абсолютный рельеф местности или сумму абсолютного рельефа и относительных высот объектов.
П ри построении матрицы по векторной карте (см. рис.106) 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”, “относительная высота”, “максимальная высота”, “глубина”, 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 абсолютный или суммарный рельеф. В случае абсолютного рельефа матрица строится с использованием объектов карты, имеющих характеристику “абсолютная высота”, объектов, метрика которых содержит высоты, а также объектов гидрографии, указанных в разделах “Водные поверхности” и “Линии водотока” служебного текстового файла. В случае суммарногорельефа - к абсолютному рельефу добавляются высоты объектов, имеющих характеристику “относительная высота” или характеристику, указанную в разделе “Дополнительные характеристики” служебного текстового файла.
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 или средней высоты. Под средней высотой понимается среднее арифметическое имеющегося значения данного элемента и абсолютной высоты объекта, попавшего в данный элемент.
При обработке точечных объектов их абсолютные высоты заносятся в элемент независимо от содержимого элемента, так как информация о высотах объектов планово-высотной основы является наиболее приоритетной.
При наложении относительных высот в элемент матрицы заносится максимальное значение относительной высоты.
Все элементы матрицы абсолютного рельефа можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся элементы, значения которых определяются на начальном этапе построения по информации объектов карты. Ко второй группе относятся элементы, значения которых определяются методом линейной интерполяции с использованием ближайших элементов первой группы.
Для заполнения элементов матрицы абсолютными высотами используются следующие объекты карты:
объекты, имеющие характеристику “абсолютная высота”;
объекты, имеющие 3D-метрику;
площадные объекты гидрографии с постоянной высотой – водные поверхности (озёра, водохранилища и т.п.), не имеющие характеристики “абсолютная высота”;
линейные объекты с переменной высотой – объекты гидрографии (реки, ручьи и т.п.) и микроформы рельефа (овраги, промоины и т.п.).
При наличии у объекта 3D-метрики и характеристики “абсолютная высота” используются высоты 3D-метрики.
Для заполнения элементов матрицы абсолютными высотами используются объекты карты с характером локализации: линейный, площадной, точечный, векторный.
При обработке линейного объекта заполняются элементы, которые пересекаются ломаной линией, соединяющей точки метрики объекта.
При обработке площадного объекта заполняются элементы, которые накрываются многоугольником, соответствующим данному площадному объекту.
При обработке точечного объекта заполняется элемент, в который попадает данный точечный объект.
При обработке векторного объекта заполняется элемент, в который попадает центральная точка отрезка, соединяющего первую и вторую точки метрики данного векторного объекта.
При обработке линейного объекта с характеристикой “абсолютная высота” элементы матрицы заполняются одним значением, равным абсолютной высоте объекта.
Если внутри области, ограниченной замкнутой горизонталью, отсутствуют объекты с абсолютной высотой, то в данной области строится поверхность, соответствующая локальному экстремуму рельефа (ямка, горка). При построении поверхности используется высота сечения рельефа. Если высота сечения рельефа не задана в паспорте карты, то используется умалчиваемое значение, зависящее от масштаба карты. Если локальный экстремум представлен точечным объектом планово-высотной основы (отметкой высоты, пунктом ГГС и т.п.), то поверхность строится с учётом этого точечного объекта.
При обработке линейного объекта, имеющего 3D-метрику, элементы заполняются разными значениями, соответствующим высотам точек 3D-метрики.
Если 3D-метрику имеет площадной объект, то он обрабатывается как линейный.
Для водных поверхностей - площадных объектов гидрографии с постоянной высотой, не имеющих характеристики “абсолютная высота” (озёра, водохранилища и т.п.), элементы заполняются одним значением, которое вычисляется на основании высот ближайших окружающих объектов карты.
Для линий водотока с переменной высотой - линейных объектов гидрографии (реки, ручьи и т.п.) и микроформ рельефа (овраги, промоины и т.п.) элементы заполняются разными значениями, соответствующими высотам объектов карты, с которыми пересекается данный объект. Считается, что линейный объект гидрографии пересекается с точечным объектом гидрографии “урез”, если прямоугольные координаты на плоскости в метрах одной из точек метрики линейного объекта совпадают с соответствующими координатами объекта “урез” до 0.01 метра на местности. Если данный объект гидрографии не пересекает объектов с высотными характеристиками, то он не обрабатывается.
Площадные объекты гидрографии, не имеющие характеристики “абсолютная высота”, а также линии водотока с переменной высотой могут быть включены в обработку только при использовании служебного текстового файла, в котором перечисляются коды этих объектов.
При заполнении элементов матрицы абсолютными высотами объекты карты обрабатываются в следующем порядке:
линейные и площадные объекты, имеющие характеристику “абсолютная высота” или 3D-метрику,
площадные объекты гидрографии с постоянной высотой без характеристики “абсолютная высота” (водные поверхности),
линейные объекты с переменной высотой (объекты гидрографии и микроформы рельефа),
замкнутые линейные объекты с абсолютной высотой (горизонтали), соответствующие локальным экстремумам рельефа;
точечные объекты, имеющие характеристику “абсолютная высота” или 3D-метрику.
Таким образом, на начальном этапе построения элементы матрицы заполняются с использованием объектов векторной карты, при этом в результате обработки объекта один или несколько элементов матрицы получают значение абсолютной высоты.
После завершения обработки объектов векторной карты матрица содержит как элементы, имеющие значение абсолютной высоты, так и незаполненные элементы. Далее значения незаполненных элементов матрицы вычисляются методом линейной интерполяции с использованием значений ближайших заполненных элементов.
|
