Матрица высот

Цифровая модель рельефа (ЦМР) - это неотъемлемая часть цифровой карты или цифровой модели местности (ЦММ), где объектом «моделирования» является рельеф местности. Исходной информацией для создания такой модели являются съёмочные пикетные точки с геодезическими координатами X, Y, Z и структурные линии рельефа, вершины которых имеют координаты X, Y, Z. Сама по себе эта исходная информация является моделью рельефа нерегулярной структуры. В настоящее время известны следующие источники исходной информации о рельефе:

- наземная топографическая съёмка,

- фотограмметрический метод обработки стереопар аэрокосмической съёмки,

- данные воздушного лазерного сканирования,

- радиолокационная интерферометрия.

Качество полученной одним из перечисленных способов информации о рельефе зависит от соответствия плотности пикетов изменению характера рельефа, наличию структурных линий в пересеченной местности. Структурные линии, как исходные данные, могут присутствовать только при наземных и фотограмметрических методах съёмки. Отсутствие структурных линий в данных лазерного сканирования компенсируется избыточной плотностью точек на поверхности земли.

Исходная ЦМР может быть преобразована в пространственную модель поверхности в виде треугольников, вершинами которых являются съёмочные пикетные точки. Правила построения такой триангуляции определены в теоремах российского математика Б.Н. Делоне. Основные из них гласят:

- внутри окружности, описанной вокруг любого из треугольников не должно содержаться съёмочных пикетных точек;

- ребра треугольников не должны пересекать структурных линий рельефа.

Триангуляция Делоне (в английской терминологии TIN - Triangular Irregular Network- треугольная нерегулярная сеть), т.е. нерегулярная модель рельефа. Регулярной моделью рельефа является матрица высот или DEM (Digital Elevation Model- цифровая модель высот).

Матрица высот (МВ) представляет собой набор высотных пикетов регулярной структуры, т.е. на поверхности земли высоты заданы с определенным постоянным шагом ΔX и ΔY. Преимущества регулярной формы представления модели рельефа в удобстве хранения и манипулирования, а недостаток в избытке узлов на спокойном рельефе и недостатке в пересеченной местности. Поэтому иные прикладные программы имеют возможность создавать и манипулировать с матрицей высот переменной плотности.

Преимущество нерегулярной сетки TIN в более рациональном описании поверхности в зависимости от пересечённости местности, а недостаток в сложности хранения и манипуляции. Программы, предназначенные для создания и манипулирования ЦМР, как правило, предусматривают преобразование из нерегулярной структуры в регулярную.

Другой формой представления ЦМР являются горизонтали, которые могут быть созданы по стереопарам непосредственно в ЦФС путём стереоскопической трассировки линии на заданной высоте. Горизонтали также могут быть построены по нерегулярной (TIN) или регулярной (МВ) модели рельефа. Преимущество горизонталей как формы представления рельефа в том, что это более привычная и наглядная форма представления рельефа. Недостаток в сложности численных алгоритмов решения картометрических задач.

Можно выделить три основные задачи построения ЦМР на ЦФС:

- построение горизонталей для отображения на топографических картах,

- построение матрицы высот для ортофототрансформирования снимков и создания фотоплана,

- построение модели рельефа для решения прикладных задач.

Точность и подробность ЦМР во всех случаях регламентируется соответствующими нормативными документами [3].

В зависимости от требований к создаваемой ЦМР, особенностей материала и функциональных возможностей ЦФС можно выделить следующие способы построения ЦМР:

- трассировка горизонталей по стереоскопическим моделям,

- набор пикетов и рисовка структурных линий рельефа по стереоскопическим моделям,

- набор пикетов в автоматическом режиме с заданными оператором параметрами с последующей редакцией.

Возможны комбинации перечисленных способов.