Анализ сегментации при проектировании цифровой модели рельефа

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

АНАЛИЗ СЕГМЕНТАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА

12 3

Абдумуминов Б. , Назирова Д. , Миртолипов Р.

1Абдумуминов Баходир - старший преподаватель, Термезский государственный университет, г. Термез;

Назирова Дилором - студент, Миртолипов Рустам - студент, Национальный университет Узбекистана, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: в данной статье приводится степень сегментации при оцифровке изолиний топографических карт с помощью геоинформационной системы "ПАНОРАМА". Анализируется роль горизонталей в процессе построения цифровой модели рельефа. Предлагается оптимальный вариант оцифровки горизонталей для районов, имеющих сложный рельеф и с большими изменениями высот. В качестве сравнения использованы цифровые модели, полученные по двум источникам, SRTM и топографическим картам. Показана разность между дискретностью точек и кривой линии при сегментации горизонталей на топографических картах.

Ключевые слова: ЦМР, ГИС, ЦК, сегментация, горизонтали, оцифровка.

УДК 528.7+629.78

Современные геодезические исследования предъявляют высокие требования к точности не только горизонтальных составляющих, но и к вертикальной. Это означает, что необходимо иметь максимально детальные карты для того, чтобы проектировать цифровые карты (ЦК). К сожалению, они порой менее доступны, чем материалы космической съёмки. Тем не менее, по имеющимся бумажным картам можно создать цифровую модель рельефа (ЦМР). Особую

103

значимость приобретают районы со сложным рельефом, где горизонтали проведены очень плотно в зависимости от масштаба карты и картографической проекции. Горизонтали играют важную роль при определении заложений и угла наклона поверхности к горизонтальной проекции. Поэтому целью работы было показать дискретность сегментации изолинии топографической карты [1].

По материалам наземных геодезических измерений и аэрокосмического сканирования строится ЦМР, но самым экономичным и доступным источником является топографическая карта. Обычно ЦМР в геоинформационной системе (ГИС) создается из нескольких карт, каждая из которых требует определенной обработки и корректировки [2].

Описание рельефа путем интерполяции или аппроксимации имеет важной значение для ЦК, построенной с помощью ГИС. Разработка цифровой модели путем интерполяции производится по ограниченному числу дискретных точек. Наиболее точным методом является аппроксимация полиномом первого или второго порядка [3]. В случае сложных и труднодоступных районов, где рельеф карты представлен сложными кривыми, целесообразно использовать полином "п" порядка:

полином

го порядка ,

где а1 (¡=0, 1, 2.....п) - коэффициенты полинома;

хк(к=1, 2, 3 ......п) - переменные, зависящие от координат

точек.

Коэффициенты а1 определяются методом наименьших квадратов, соблюдая условие минимума измеренных и вычисленных значений [4].

Использование ЦМР имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными картами, прежде всего, это значительное сокращение затраты труда и времени, визуализация местности в различных конфигурациях.

С внедрением современных геоинформационных технологий процесс подготовки и создания ЦК стал более универсальным. Весь технологический цикл, от полевых

измерений до получения конечного результата, занимает минимум времени по сравнению с традиционными методами.

Исходными данными для построения ЦМР используются бумажные карты, составленные по карте масштаба 1:50 000 и изданные в конце прошлого века. Обычно объекты, сооружения и линии на картах масштаба 1:25000-1:50000 нанесены стереофотограмметрическим способом. Следовательно, ортометрические или нормальные высоты изолиний нельзя считать точными, а оцифровка рельефа является задачей не простой и весьма трудоемкой (рис.1).

Рис. 1. Фрагмент топографической карты

Существует множество специальных программ для перевода в электронный вид и каждая из них имеет свои преимущество и недостатки. Основным недостатком является не высокая точность горизонталей по результатам топографической съемки и аэрофотосъемки. Поэтому точность высот точек и предметов на карте на несколько порядков ниже, чем точность по горизонтальным составляющим. В процессе построения основное внимание уделяется точности векторизации и сегментации, которые позволяют оценить соответствие цифровой модели с реально существующим рельефом (рис.2).

Рис.2. Сегментация изолинии: а- грубая, б-точная

Из рисунка 2 видно, что, чем больше дискретных точек зафиксировано, тем точнее представляется кривая. Сегментация - это процесс разделения цифрового изображения на несколько сегментов и заключается в упрощении или изменении представления изображения, чтобы его было проще и легче анализировать (рис3).

Рис.3. Степень сегментации изолиний горного участка: а - грубая, б - точная

Если исследуемый район представляет горную местность (рис.3), где изолинии на картах мелкого масштаба нанесены с высотой сечения рельефа 100м., то для векторизации и сегментации можно использовать утолщенные горизонтали [5]. В результате создается матрица высот и математическая модель, обеспечивающая пространственную модель местности. Создание ЦМР не простая задача, требующая определенного навыка и подготовки работы с

геоинформационными технологиями. В таком случае самым доступным способом является радиолокационный метод.

Если же использовать данные радиолокационной топографической миссии шаттл (SRTM- Shuttle Radar Topography Mission), то для некоторых участков местности этот метод не позволяет получить информацию об объекте. Тогда на помощь приходит наземный метод съемки, который более мобильный, чем спутниковый способ. Для сравнения двух методов были использованы результаты SRTM и классические карты Сурхандарьинской области (рис.4).

Рис.4. Цифровая модель рельефа Сурхандарьинской области

на основе

SRTM

Анализ двух цифровых моделей показывает, что по форме они близки между собой, хотя исходные данные разных лет. Это говорит о том, что традиционные методы не утратили своего значения и могут быть востребованы, по крайне мере, ближайщие 5-7 лет.

Таким образом, сегментация играет важную роль при разработке цифровых карт и планов на определенную местность. Поэтому разработка ЦК это комплекс работ вовлеченных всех специалистов, связанных с геоизображением и картографическим моделированием.

Список литературы

1. Ершова Н.В. Подготовка ГИС данных: учебно-методическое пособие / Н.В. Ершова, Г.П. Фролова. Бишкек: КРСУ, 2015. 44 с.

2. Хромых В.В. Цифровые модели рельефа. Учебное пособие / В.В. Хромых, О.В. Хромых. Томск: Изд-во «ТМЛ-Пресс», 2007. 178c.

3. Leberl F. Interpolation in Square Grid DTM/ E.Leberl//The ITC Journal. Graz University of Technology. 1973. №5. PP.75 - 807.

4. Унковский В.А. Теория вероятностей. М.,1953. 320с.

5. Мирмахмудов Э.Р., Абдумуминов Б.О. Построение цифровой модели горного участка по топографическим картам//Наука, образование и культура. 2020. №2 (46) С.78-82.