Model cyfrowy elewacja (DEM) - specjalistyczna baza danych, która pokazuje kształt powierzchni pomiędzy punktami określonego poziomu, zebranych przez wysokościach interpolacji danych pochodzących ze źródeł naziemnych badań i zbierania fotogrametryczną podstawie prostokątnej modelowania siatki. Oprogramowanie GIS wykorzystuje technologię cyfrową do wizualizacji 3D, tworzenia konturów i analizy powierzchni.

Historia rozwoju i nowoczesności

CRp wprowadzono w 1970 w celu odróżnienia najprostszą postać modelowania terenu bardziej złożone typy elektronicznych powierzchni złożenia. Początkowo był on używany tylko do reprezentacji bitmapy: wysokość wartości ustawione w węzłach regularnej siatki skrzyżowaniu. Budowa cyfrowego modelu reliefu trwała kilka miesięcy.


Dzisiaj nowoczesne drony stanie zebrać niezbędne dane, analizować je szczegółowo i zbudować układ wzrokowy w bardziej realistyczny i efektywny. Nawet naynedostupnishi duże obszary Ziemi jest obecnie możliwe do oglądania i konwersji modelu przy użyciu bezzałogowych statków powietrznych (UAV) wyposażonych w nowoczesny sprzęt. Różne typy radarów, kamer i innych instrumentów mogą być montowane na trutnie, aby zebrać informacje niezbędne do konkretnego numerycznego modelu terenu. Ta zaawansowana technologia w połączeniu z najszybszym oprogramowaniem zapewnia najlepsze wynikiw najkrótszym możliwym czasie. 26 kwietnia 2016 firma globalna z rozwiązań IT NTT DATA i RESTEC (Japonia Centrum Technologii teledetekcji) ogłosił, że ich usługi globalne mapy cyfrowe 3D, zwany AW3D, pierwsza usługa 5-metrowy trójwymiarowy model elewacja pokrycie cały glob, w tym Antarktyda. Biegnie przez trzy miliony obrazów uzyskanych przez satelity i modernizowanych Daichi Obserwacji Ziemi Satelity (ALOS) Japan Aerospace Exploration of Agencji (JAXA).


W lutym 2014 NTT DATA i RESTEC serwis uruchomił cyfrowe mapy 3D z ograniczonym zasięgu. Usługa ta jest znacząca poprawa w stosunku do istniejących usług oferowanych przez pozwolenie tylko 30 i 90 metrów. Dane NTT DATA, AW3D są już używane w ponad 60 krajach.

określenia, definicje i skróty

numerycznego modelu wysokość - obraz trójwymiarowy powierzchni utworzonych na podstawie wysokości i reprezentowane przez raster - kwadraty skalę lub nieregularnym trójkątnej kratki. USGS DEM - heoznachenyy rastrze, zbudowany w serii profili „północ-południe”. Podobnie jak inne parametry USGS, macierze zostały pierwotnie utworzone w postaci liter odpowiadających czworokątom topograficznym:

na dużą skalę -75 /15 minut;

Tymczasowy - 30 minut;

na małą skalę - 1 stopień.

Płytki do budowy cyfrowego modelu terenu są dostępne do bezpłatnego pobrania w wielu państwowych i regionalnych centrach wymiany informacji.
DEM to karta cyfrowarelief, czyli przedstawienie powierzchni Ziemi. DTM - zestaw metod stosowanych do otrzymywania lub reprezentowania macierzy wysokości. Filtrowanie macierzy wysokości jest zbiorem metod stosowanych do poprawy podobieństwa geomorfologicznego macierzy. Analiza lub parametryzacja obszaru - proces ilościowej oceny szczegółowości obszaru. Analiza cyfrowych modeli terenu (DTA) jest używana jako ogólny termin określania parametrów aplikacji. Teren - mapy lub obrazy uzyskane z bazy danych za pomocą DTA.

Źródła danych DEM

Topografia lub relief - forma lub konfiguracja terenu, reprezentowana na mapie za pomocą linii konturu, odcieni hipsometrycznych i cieniowania. Obecnie istnieje pięć głównych źródeł danych do tworzenia cyfrowego modelu terenu:

badania naziemne;

pokładowe gromadzenie informacji fotogrametrycznych;

dostępne badania kartograficzne, takie jak mapy topograficzne;

skanowanie laserowe powietrzem;

Stereoskopowe lub radarowe obrazy satelitarne.

Te metody gromadzenia macierzy są porównywane, biorąc pod uwagę cztery aspekty:

cena;

dokładność;

gęstość pobierania próbek;

wymogi wstępnego przetwarzania.

Tradycyjnie takie informacje zostały zebrane przez inspektorów z badań naziemnych, a następnie półautomatyczna digitalizacja stereoploterów. Jest to najdokładniejsza, ale i najdroższa metoda gromadzenia danych. Ostatnie wydarzenia dotyczą automatycznego porównywania obrazów stereofonicznych, wykorzystania obrazów z laseremskanowanie, teledetekcję lub nakładki stereoskopowe (SPOT, ASTER) lub zdjęcia interferometryczne.
Drugą nowoczesną metodą o wysokiej wydajności jest pokładowy i interferometryczny system radarowy, który służy do dokładnego pozyskiwania danych zarówno na powierzchni Ziemi, jak i na terenie.

Rodzaje cyfrowych modeli terenu

Porównanie kilku powierzchni elewacji można wykorzystać do odwzorowania trzech wysokości lub oszacowania objętości obiektów. Skanowanie laserowe służy do budowania budynków, linii energetycznych, otwartych kamieniołomów, terenu, a nawet geometrii fal na morzu. Istnieją różne sposoby modelowania wysokości: cyfrowe modele terenu (DIM), cyfrowe modele powierzchni (SMP), cyfrowe modele terenu (3DM) i trójkątne nieregularne sieci (TNC). SMF wychwytuje naturalne i wbudowane funkcje na powierzchni Ziemi i jest użyteczny w modelowaniu 3D dla telekomunikacji, urbanistyki i lotnictwa, ponieważ obiekty badań są pokazane z wysokością ponad powierzchnią Ziemi. DIM jest czystą siatką netto, powiązaną z pionowym układem współrzędnych. Kiedy programista odfiltrowuje punkty takie jak mosty i drogi, otrzymuje płynny cyfrowy model terenu. Budynki linii energetycznych, budynków i typów roślinności nie są uwzględnione w DEM. Konstrukcja siatkowa jest szczególnie przydatna w planowaniu hydrologii, użytkowania gruntów i gleby. CMM ma dwie definicje, w zależności od kraju użytkowania. W niektórych krajach jest to w rzeczywistości synonimem DIAi oznacza powierzchnię elewacji, reprezentującą czystą ziemię, związaną z ogólnym pionowym elementem.

Stany Zjednoczone mają inną definicję cyfrowych modeli Elewacja - wektor zestaw danych składa się z regularnie rozmieszczonymi punktami i naturalnych elementów, takich jak grzebienie i przełamać linie. Uzupełnia macierz wysokości, w tym liniową charakterystykę powierzchni ziemi. W TSMM stosowane GOST R 52440-2005 przy czym jest on przeznaczony do tworzenia bazy danych mapowania przestrzennego położenia wiązania uzyskane w toku studiów inżynierskich wyszukiwania, kataster działa, badania, badania statystyczne, robót i innych specjalnych badań. Ten model jest zwykle tworzony przy użyciu stereofotogrametrii. Punkty są rozmieszczone regularnie i charakteryzują formę nagich obszarów. Z tych regularnych i konturowych linii można interpolować CMM w DIA. Jest to charakterystyczne cechy powierzchni Ziemi znacznie lepsze linie trójwymiarowe złamać i regularnie rozmieszczone punkty trójwymiarowych dostaw.

Triangulated irregular network

W celu symulacji ciągłego obszaru na podstawie danych pomiarowych z obszaru między pomiarów powinny być związane metod obliczeniowych. Dla tych pierwszych poszczególnych punktów są połączone w trójkątnej powierzchni, dostępne w formacie wektorowym (TIN: tryanhulyrovannaya nieregularna sieć) przez interpolację.
w razie potrzeby przekształca się dane wektora formacie rastra, na przykład podczas etapustały rozmiar komórki. Aby to zrobić, stosuje się różne metody matematyczne. Ważne jest, aby przetestować symulację, aby zdecydować, który z najbardziej realistycznych do wyboru dla obszaru badań. Chociaż niektóre aplikacje GIS, takie jak Arc GIS, mogą obsługiwać TIN, inne działają tylko z geomodelkami rastrowymi. W zależności od położenia podstawowych punktów pomiarowych, przedstawiono różne układy.

Przyrządy do uzyskiwania wysokości

Po wybraniu metody dla rzeczywistej powierzchni obszaru, wybierz narzędzie do pomiaru pomiarów. Obecnie powszechnie stosowane:

Bezzałogowy statek powietrzny.

LiDAR - pomiary odbijają światło odbitą od ziemi i wracają do czujnika w celu uzyskania wysokości powierzchni Ziemi.

Stereophotogramowanie z fotografii lotniczej.

Zestaw stereo do prezentacji zdjęć lotniczych.

Konfigurowanie bloku obrazu satelitarnego.

Interferometria na podstawie danych radarowych.

​​

Kinematyczny GPS w czasie rzeczywistym.

Mapy topograficzne.

Teodolit lub tachymetr.

Radar dopplerowski.

Niektóre metody zdalnego czujnika do wysokości matrycy

do włosów interferometria - syntetyczne otwór radarowe, takie jak „topograficzne misji transfer radarowych», wykorzystuje dwa obrazy radarowe anteny wykonanych w tym samym czasie, w celu stworzenia modelu cyfrowego elewacji.

Fotogrametria - fotografie wykonane z co najmniej dwóch różnych punktów widzenia są wykorzystywane w fotografii lotniczej w fotogrametrii. Tak jak to działaludzką wizję, jest w stanie uzyskać głębokość i perspektywę poprzez indywidualne punkty widzenia.

Interpolacja cyfrowych map konturu

Dawne metody generowania DIM często obejmują interpolację cyfrowych map konturu, które można uzyskać przez bezpośrednie badanie powierzchni ziemi. Metoda ta jest nadal stosowana w obszarach górskich, gdzie interferometria nie zawsze jest zadowalająca. Dane z linii konturu lub dowolne inne przykładowe zbiory danych za pomocą GPS lub naziemnej nie są cyfrowym modelem terenu (DEM), ale można je uznać za cyfrowe modele terenu. MMM uwagę, że wysokość jest stale dostępna w każdej lokalizacji obszaru badawczego. Jakość matrycy jest miarą tego, jak dokładna jest wysokość każdego piksela (absolutna precyzja) i jak dokładnie przedstawiono szczegół (dokładność względna). Kilka czynników odgrywa ważną rolę w jakości produktów uzyskanych na podstawie matrycy:

nierówności terenu;

gęstość pobierania próbek;

metoda gromadzenia danych o wysokości;

rozdzielczość siatki lub rozmiar w pikselach;

algorytm interpolacji;

Rozdzielczość pionowa;

algorytm analizy obszaru.

Standardowe produkty 3D obejmują maski jakości, które dostarczają informacji na temat wybrzeża, jeziora, pokrywy śnieżnej, chmur i korelacji.

Badanie za pomocą GIS Global Mapper

Pierwszym krokiem jest użycie narzędzia do wyszukiwania Globalne narzędzie do tworzenia obiektu punktowego pod wymaganym adresem - jest to rzutowanie dla tego obszaru. Następnie za pomocą narzędzia online danychmożesz łączyć się z obrazami o wysokiej rozdzielczości. Witryna GIS zawiera wiele użytecznych warstw, które można dodać. Dane wektorowe są pobierane w postaci ukształtowanego pliku za pomocą przeglądarki internetowej w programie Global Mapper, po prostu przeciągając pliki. Technologia konstruowania cyfrowych modeli reliefu:

Pobierz archiwum danych DEM.zip. Rozmiar archiwum ZIP wynosi 25 MB.

Rozpakuj archiwum do katalogu na twardym dysku.

Otwórz archiwum DEM.zip.

Utwórz podkatalog o nazwie "DEM" w katalogu, w którym przechowywane są dane.

Rozpakuj wszystkie pliki z archiwum ZIP do nowego podkatalogu.

Rezultatem końcowym będą dwa podkatalogi, z których jeden zawiera 30-metrowy DMP, a drugi - 10-metrowy DMP.

Te zbiory danych mają wcześniejszy format dystrybucji DEM USGS - rzędne w poziomych (pikselowych) jednostkach i reprezentatywne dla obszaru pokrytego arkuszem mapy topograficznej 1: 24 000.

Uruchamia program mapowania globalnego.

Otwórz DEM, wybierz Plik & gt; "Otwórz plik", a następnie przejdź do katalogu DEM_30m lub DEM_10m, otwierając plik bushkill_pa.dem.

Użyj narzędzi Powiększ i Przesuń, aby powiększyć i przewinąć DEM.

Przycisk Pełny widok (ikona główna) aktualizuje oryginalny pełny widok zestawu danych.

Aby zobaczyć matrycę wysokości z cieniowaniem wzgórza, znajdź przycisk włączania /wyłączania cieniowania wzgórza, w lewym dolnym rogu, gdzie są promienie słoneczne.

Obejmuje cieniowanie wzgórz.

Możesz zmienić wygląd układu, wybierając Narzędzia> & gt; "Konfiguruj", zmieniając ustawienia "PionowoParametry "i" Ustawienia cieniowania ", wybierz kolor z każdego przycisku" Niski kolor "lub" Wysoki kolor "w obszarze cieniowanego gradientu.

Kliknij przycisk "Zastosuj".

Przejdź do zakładki "Parametry pionowe" i poeksperymentuj z suwakiem "Vertical Exaggeration", kliknij "Apply".

Przejdź do narzędzia pobierania krajowej karty.

Upewnij się, że bieżący zakres został wybrany w menu nad mapą. Określa obszar na mapie, dla którego chcesz znaleźć dane.

Rozwiń sekcję "Produkty elewacji (3DEP)" w menu po lewej stronie i zaznacz pole wyboru obok dowolnego zestawu danych, które chcesz pobrać.

Kliknij przycisk "Znajdź produkty" i użyj linków wyświetlanych w wynikach wyszukiwania, aby wyświetlić obszar każdego zestawu danych na mapie i pobrać żądany DEM.

Zostanie utworzone archiwum zip, które można zapisać na dysku twardym.

Uruchom program Global Mapper i przejdź do folderu, w którym przechowywane jest archiwum zip.

Kliknij dwukrotnie nazwę pliku. Dane powinny być wyświetlane - program może je odczytać nawet w skompresowanej formie.

Obraz danych DEM powinien pojawić się w oknie Global Mapper.

Jeśli DEM Bushkill jest nadal widoczny, otwórz Control Center i wyczyść flagę Bushmill DEM. Kliknij przycisk "Pełny widok".

Aby wyświetlić dane DEM z Shadow Hill, znajdź przycisk Włącz /Wyłącz cieniowanie na pasku narzędzi w lewym dolnym rogu.

Obejmuje cieniowanie wzgórz.

Możesz zmienić wygląd, wybierając polecenie Narzędzia>."Konfiguruj" i zmienia ustawienia "Parametry pionowe" i "Parametry shadera".

Możesz wyświetlić metadane powiązane z danymi o układzie za pomocą menu Narzędzia & gt; "Centrum zarządzania". Wymiary PIXEL są określone w stopniach, a nie w metrach.

Oprogramowanie

Różne programy komputerowe, w tym oprogramowanie specjalnie przystosowane do pomiarów urządzeń od producentów sprzętu geodezyjnego (Zeiss, Leica, Wild, Sokkia, Trimble), są dostępne do przetwarzania i interpolacji punktów pomiarowych. W praktyce archeologicznej AutoCAD jest powszechnie używany do przetwarzania i przepisywania rzeczywistych trójwymiarowych danych pomiarowych. Możesz kupić dodatkowe moduły lub zaawansowane wersje, aby utworzyć linie konturu i modele 3D. Do projektowania powierzchni 2,5 D można zastosować dowolny program GIS. Ponadto dane z badań geofizycznych można łatwo odczytać i zaprojektować za pomocą danych pomiarowych terenu. Plany konturowe mogą być tworzone w formacie DXF. Pliki są eksportowane do programu AutoCAD. Zacienione lub kolorowe layouty terenu są eksportowane do różnych formatów graficznych (TIFF, JPEG, BMP) i zintegrowane z programem AutoCAD. Uzyskane modele są zwykle przedstawiane w formacie rastrowym, w którym wartość wysokości jest przypisana do komórki, z pewną współrzędną XY o danej długości strony. Zasadniczo warianty rastrowe są podobne do obrazów, z tą różnicą, że wartością koloru pozostaje wartość wysokości. Konwertuj cyfrowe modele bitmap relief srtm z jednego formatu na inny wProgramy GIS zwykle nie stanowią problemu, więc nie jest wymagany tutaj określony format, zwłaszcza że często są one już udokumentowane w poprzednich specyfikacjach. W zależności od wybranego nośnika źródłowego wybierane są różne sposoby wyświetlania powierzchni terenu. Pliki AutoCAD (* .dwg) są często trudne do wyeksportowania do innych programów wektorowych, takich jak Corel Draw lub Adobe Illustrator do dalszej edycji. Jednak, aby uwzględnić plany i rysunki do publikacji, program AutoCAD może być wyświetlany jako pliki PDF, konwertowane na pliki JPEG, rozszerzane lub modyfikowane przy użyciu programów do edycji obrazów.

Zakres metody

Dokładne informacje na temat powierzchni Ziemi mają fundamentalne znaczenie w wielu naukach. Topografia kontroluje zakres procesów skorupy ziemskiej (parowanie, przepływ wody, ruch masy, pożary lasów), które są ważne dla wymiany energii między fizycznym systemem klimatycznym w atmosferze a cyklami biogeochemicznymi. Ekologia bada związek między formami życia i środowiska, takimi jak gleba, woda, klimat i krajobraz. Hydrologia opiera się na znajomości konturu ziemi w celu modelowania ruchu wody, lodowców i lodu. Geomorfologia opisuje relief, rozpoznając procesy formacji. Klimatologia bada strumienie cząstek temperatury, wilgoci i powietrza. Innym obszarem zastosowania DEM jest globalna klasyfikacja pokrycia terenu. Dokładne mapowanie i klasyfikacja powierzchni Ziemi w skali globalnej jest najważniejszym warunkiem wstępnym do modelowania geologicznego na dużą skalę. W trakcieLiczne badania wykazały, że obrazy radarowe są odpowiednie do dokumentowania i klasyfikowania naturalnej roślinności i obszarów rolniczych. Podczas teledetekcji elewacje macierzy są używane do korekcji obrazów lub uzyskania informacji tematycznych na temat geometrii czujnika i miejscowego reliefu. Tak więc, dla synergicznego zastosowania różnych systemów czujników GIS, stosowanie cyfrowych modeli terenu jest warunkiem wstępnym kodowania zdjęć satelitarnych i korekcji efektów terenu.