ОБЪЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

А. В. Дубровский, Д. А. Наумов.

 

Источник: http://ssga.ru/main/obemnoe_modelirovanie_territorii_agropromyshlennyh

 

Ключевые слова: Объемное моделирование, геоиформационные системы, агропромышленные комплексы, фракталы

В настоящее время в силу постоянно совершенствующейся компьютерной техники и программных продуктов появилась возможность построения объемных цифровых моделей любых природных и искусственных объектов. Объемные цифровые модели могут быть применены как в демонстрационных целях для визуального анализа ситуации, так и в практических целях для моделирования, специальных расчетов, построения производных цифровых моделей, научных исследований и т. д. Кроме того, при выполнении любых работ, связанных с техногенными природно-территориальными комплексами, важным вопросом является информационная основа проекта — база пространственных данных, которая может быть полностью обеспечена только средствами геоинформационных технологий [1].

В данной статье рассмотрен вопрос построения объёмной модели рельефа на территорию опытных производственных хозяйств ОПХ Кремлевское и ОПХ Северо-Кулундинское средствами Vertical Mapper. Работы по созданию цифровой топографической карты (ЦТК) на территорию этих хозяйств выполнялись на базе Сибирского межрегионального кадастрового бюро. Одним из требований, предъявляемых заказчиком работ для целей создания автоматизированного рабочего места агронома, является объемная визуализация цифровой модели территории средствами ГИС — технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1) проведена обработка исходного цифрового картографического материала для дальнейшего использования при создании объемной модели рельефа;

2) выполнена пошаговая процедура построения объемной модели рельефа;

3) произведены специальные расчеты по полученной объемной модели рельефа, построены производные цифровые карты, получены профили склонов.

В качестве инструментального средства построения объемной модели рельефа был выбран программный продукт Vertical Mapper, полностью интегрированный в геоинформационную систему MapInfo.

Vertical Mapper специально разработан для построения объемных моделей ситуации по существующим цифровым картам, созданным в ГИС MapInfo [2]. Vertical Mapper строит объемную модель рельефа, используя информацию об отметках точек местности из семантического описания объектов. Для наложения ситуации территории на построенную объемную модель рельефа с помощью специальной процедуры создается растровая подложка, которая совмещается с объемным рельефом. Такое представление пространственной информации более наглядно и позволяет точнее идентифицировать интересующий пользователя участок территории.

При работе с объемной моделью рельефа пользователю предоставляется широкий спектр возможностей по настройке объемного изображения (изменение градиентной раскраски поверхности, добавление теней, изменение точки просмотра, расположения источника освещения и т. д.). Используя построенную модель рельефа, можно автоматически выполнить рисовку горизонталей, построение профилей местности. Ряд имеющихся процедур обеспечивает пространственный анализ данных: определение зон видимости, взаимной видимости между двумя выбранными точками, вычисление уклонов местности, экспозиций.

Для работы с Vertical Mapper необходим слой точечных объектов, содержащий информацию о отметках. Отметки получены при выполнении процедуры преобразования ломаных линий горизонталей цифровой топографической карты в точечные объекты.

Далее, выполняя процедуру автоматической интерполяции, был создан файл градиентной заливки, отображающей значения отметок точек местности. Файл градиентной заливки использовался в дальнейшем для построения объёмной модели рельефа [4].

Полученная объемная модель может быть применена для:

– визуализации территории сельскохозяйственного предприятия;

– автоматического построения карт уклонов рельефа, а также карт максимальных уклонов с отображением направления и величины уклона;

– создания плана территориального землеустройства;

– проектирования расположения сельскохозяйственных угодий и направления распашки склонов;

– планирования и осуществления противооползневых и противоэрозионных мероприятий, предупреждения оврагообразования;

– осуществления геодинамического мониторинга.

На рисунке 1 а, б приведен фрагмент построенной цифровой карты уклонов местности, превышающих 20. При уклонах больше данной величины начинается интенсивный смыв плодородного слоя и оврагообразование. Карты уклонов могут быть нескольких видов. На рисунке 1 а показана карта уклонов, на которой темными линиями отображены участки территории, где уклон рельефа более 20. В качестве цифровой подложки для составления карты уклонов использовались горизонтали. На рисунке 1 б дан фрагмент карты максимальных уклонов, отображающей величину уклона в виде столбика гистограммы с градиентной заливкой. В качестве цифровой подложки использовалась топографическая карта территории.

Рисунок 1 – Карта уклонов местности более 20

В результате анализа построенной объемной модели рельефа территории опытного производственного хозяйства Северо-Кулундинское установлено:

- 6% территории имеет величину уклона рельефа более 20 градусов;

- 15% территории являются потенциально-опасными в аспекте оврагообразования и прогрессирования эрозионных процессов;

- рекомендуемое для большей части территории направление распашки склонов юг – север.

По полученным в местах максимальных уклонов местности продольным профилям рельефа выполнено проектирование противоэрозионных работ, включающих террасирование склонов и посадку лесозащитных полос.

По имеющейся объемной модели рельефа проведено прогнозное моделирование развития территории при условии, что никаких дополнительных работ, ограничивающих распространение эрозии, проводиться не будет, а эндогенные и экзогенные процессы, действующие на территории, будут иметь прежнее направление и силу. Полученные данные свидетельствуют о том, что при отсутствии комплекса противоэрозионных мероприятий уже через несколько лет около 14% территории будет иметь уклон более 20.

В настоящее время для создания искусственных объемных моделей различных поверхностей, в том числе и рельефа, широкое применение находят фракталы. С помощью процедуры фрактального самокопирования характерных элементов поверхности можно создать точную копию реального тела. В работе [4] отмечено, что с помощью фрактального подхода при моделировании рельефа можно воссоздать реальный образ рельефа местности. В частности, для уточнения моделей склонов оврагов на рассматриваемой территории (рисунок 2 а, б), был использован метод, основанный на применении свойства подобия между объектом и составляющими его элементами на разных масштабных уровнях [5]. На рисунке 2 а показан склон оврага, построенный по исходным отметкам точек местности, полученным с топографической карты. Однако отображаемый на карте рельеф является генерализированной, в зависимости от масштаба карты, достаточно приближенной моделью реального рельефа. При применении процедуры фрактального самокопирования характерных элементов орографии можно получить более детальную модель рельефа, приближенную к реальной (рисунок 2 б).

 Рисунок 2 – Пример применения процедуры фрактального самокопирования для детализации модели рельефа

Таким образом, в результате исследований разработана следующая методика формирования трехмерных моделей ландшафта для внутрихозяйственного землеустройства с использованием Vertical Mapper:

- получение исходного цифрового картографического материала, содержащего данные об отметках точек рассматриваемой территории;

- выполнение процедуры автоматической интерполяции для получения поля отметок точек местности;

- настройка параметров представления объемной модели рельефа и ее автоматическое построение;

- создание карт уклонов и построение профилей склонов;

- построение прогнозных моделей рельефа с использованием данных о тенденциях действия эндогенных и экзогенных процессов;

- детализация рельефа территории с использованием метода фрактального самокопирования характерных элементов поверхности.

Данная методика позволяет проводить комплексный анализ данных о рельефе территории и может быть использована для создания информационной основы ведения геомониторинга агропромышленного комплекса.

Список литературы

1. Патренина, М. А. Опыт разработки и перспективы развития геологических ГИС удаленного доступа/ М. А. Патренина, И. Д. Зольников, Н. Н. Добрецов. // Материалы научно-практ. семинара «Применение ГИС-технологий в геокартировании». — Томск, 1999. – С.18-25.

2 Дубровский, А. В. Сравнительный анализ возможностей объемной визуализации коммуникационных сетей в современных ГИС/ А. В. Дубровский, Д. А. Наумов.// Соврем. проблемы геодезии и оптики: Сб. материалов LIII междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию СГГА. 11—21 марта 2003 г. Ч.III / СГГА. — Новосибирск, 2003. —  С. 301—304.

3. Дубровский, А. В., Наумов, Д. А., Особенности формирования трехмерных моделей ландшафта для внутрихозяйственного землеустройства / А. В. Дубровский, Д. А. Наумов. // Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов. Мат. междунар. науч.-практ. конф. АГРОИНФО-2003, Новосибирск 22-23 октября 2003 г. Расн. Сиб. от-ние. – Новосибирск, 2003. – Ч.-2. –  С. 89-93.

4. Берлянт, А. М. Картографическая генерализация и теория фракталов / А. М. Берлянт А. М., О. Р. Мусин, Т. В. Собчук. –  М., 1998. – 136 с.

5. Дубровский, А. В. Предпосылки использования фрактального подхода при исследовании самоорганизующихся объектов геодезии  / А. В. Дубровский.// Сб. науч. тр. аспирантов и молодых учен. Сиб. гос. геодез. акад. / Под общ. ред. Т. А. Широковой. – Новосибирск, 2003. –  С. 109-114.