Понятие ЦМР
Одним из существенных преимуществ технологий географических информационных систем (ГИС) над обычными «бумажными» картогра- фическими методами исследований является возможность создания про- странственных моделей в трёх измерениях. Основными координатами в таких ГИС-моделях помимо широты и долготы служат также данные о высоте. При этом система может оперировать с десятками и сотнями тысяч высотных отметок, а не с единицами и десятками, что было возможно и при использовании методов «бумажной» картографии. В связи с доступно- стью быстрой компьютерной обработки громадных массивов высотных данных становится реально выполнимой задача создания максимально приближенной к действительности цифровой модели рельефа (ЦМР). На основе ЦМР, в свою очередь, возможно быстрое создание серии тематиче- ских карт важнейших морфометрических показателей: гипсометриче- ской карты, карт крутизны и экспозиций склонов, а на их основе и карт эрозионной опасности, направлений поверхностного стока, геохи- мическоймиграции элементов, устойчивости ландшафтов и т.п. Под цифровой моделью какого-либо геометрического (географическо- го) объекта понимается определенная форма представления исходных дан- ных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» (вос- станавливать) объект путем интерполяции, аппроксимации или экст- раполяции [Новаковский Б.А., Прасолов С.В., Прасолова А.И., 2003].
Цифровые модели рельефа – это особый вид трёхмерных математических моделей, представляющий собой отображение «рельефа» как реальных, так и абстрактных геополей (поверхностей). При этом в качестве «рельефа по- верхности» в цифровой модели могут выступать, кроме реального релье- фа, различные другие показатели и характеристики: атмосферное давле- ние, температура воздуха, осадки, пластовое давление нефти, геофизиче- ские поля, концентрация загрязняющих веществ и т.п. Геополя могут быть как континуальными, так и дискретными , но для обоих типов применяется дискретная форма представления ис- ходных данных. ЦМР может быть получена с помощью разнообразных технологий. Цифровая модель может иметь в качестве структурной основы иерархи- ческую, реляционную, сетевую или комплексную модель. Цифровые модели могут храниться в базах данных или независимо в виде файловых структур.
Цифровые модели рельефа позволяют производить следующие операции:
• быстрое получение информации о морфометрических показателях (высота, угол наклона, экспозиция склона) в любой точке модели;
• анализ крутизны и экспозиций склонов, построение «на лету» со- ответствующих карт ;
• генерация горизонталей ;
• построение профилей поперечного сечения рельефа по направлению прямой или ломаной линии;
• анализ поверхностного стока;
• генерация сети тальвегов и водоразделов;
• расчёт объёмов;
• расчёт площадей поверхности;
• расчёт уровней и площадей затопления;
• построение трёхмерных моделей рельефа с возможностями рендеринга и драпировки поверхности как векторными объектами (гидросеть, дороги, населённые пункты, ландшафтные карты и т.п.), так и растровыми слоями (топокарты, данные дистанционного зондирования);
• создание видеоизображения «пролёта» над поверхностью модели по заданному маршруту (системы виртуальной реальности);
• анализ зон видимости с заданной точки или точек обзора и построение соответствующих карт или трёхмерных моделей;
• трансформация исходноймодели путёмдобавления новых данных.
Сложность представления трехмерных объектов на картах, «трёхмерного картографирования» исторически породила множество способов картографического изображения рельефа: система изолиний (горизонтали, изогипсы), отметки высот, совокупность точечных, линейных, площадных знаков, дополняющих изображение рельефа горизонталями (знаки оврагов, обрывов, сухих участков рек, скал, ледников и т.д.), но не всегда уточняющих его метрику. Поэтому следует различать цифровые модели картографического изображения рельефа (цифровые карты) и собственно ЦМР, под которыми на практике зачастую понимаются цифровые модели высот, создаваемые с использованием ограниченного набора исходных картографических данных о рельефе (X, Y, Z) [Сербенюк С.Н., КошельС.М., Мусин О.Р., 1991]