Цифровая модель местности: особенности составления

Цифровая модель местности позволяет проанализировать и отразить поверхность земли с помощью трехмерной графики. Информацию для построения получают, как правило, с помощью сканирования LIDAR-оборудованием или методом аэрофотосъемки.

Современное программное обеспечение предоставляет широкий спектр возможностей для построения подобных 3D-изображений. Сегодня расскажем, как именно это делается и каких проблем нужно стараться избегать.

Где и для чего используется цифровая модель местности

Цифровые модели местности (ЦММ) – очень полезный вспомогательный инструмент для специалистов разных сфер, например, для дизайнеров, геодезистов или проектировщиков.

Благодаря ЦММ можно рассчитать наиболее оптимальные параметры объекта при строительстве или разработать точный дизайн-проект городского сооружения, кроме того, это позволит визуально рассмотреть различные проектные решения.

За счет дистанционных методов сбора и обработки информации о местности, процедура геодезической съемки земных участков значительно упростилась. В наше время есть возможность за сутки облететь территорию в тысячу гектаров на беспилотном или пилотном воздушном судне. 3D-моделирование существенно позволило сократить сроки и стоимость изыскательских работ.

Главные достоинства цифровой модели местности можно увидеть в сфере геодезии. Инженер, обработав ряд точек, получает информацию о рельефе и его особенностях, затем происходит проектирование и разработка главных объектов.

Это интересно!

“Инженерно-геодезические изыскания для строительства: зачем нужны и как проводятся”

Подробнее

Другие сферы, в которых используются ЦММ:

• построение рельефа местности для топографических планов и проектов;
• подсчет объема открытых работ в горах;
• исполнительные BIM-модели уровня LOD-2;
• визуальный проект объектов и застроек;
• подбор самого эффективного пути линейного объекта;
• анализ и сравнение двух ЦММ, выполненных в разное время;
• места размещения городских видеокамер, исключая «слепые зоны».

В данный момент именно цифровые модели местности, рельеф и триангуляция на их базе являются основным способом проектирования на земной поверхности. Кроме того, ЦММ позволяют определить и просчитать факторы риска, проанализировать негативные аспекты и последствия природных катаклизмов.

Основные виды цифровой модели местности

Формат, в котором предоставляется ЦММ, зависит от конечной цели. Он может быть:

• Цифровой моделью рельефа (ЦМР). В нем содержится вся основная информация о рельефе, включая координаты и высоты, а также отображается связь между ними и определение новых высот согласно заданным плановым отметкам.

• Цифровой моделью контуров (ЦМК). Содержит данные о характеристиках и плановом положении объектов, связях между ними.

В первом формате модель будет содержать и плановые координаты, и высоты, во втором – только плановые координаты.

Способы получения данных для построения цифровой модели местности

Преимущества применения космической съемки для создания ЦММ

При космической съемке высокого разрешения можно обратиться сразу к архиву оператора. Вероятнее всего, подходящие снимки уже имеются и будут оперативно предоставлены. Если же необходима новая съемка, согласование с компетентными органами и инстанциями не требуется.

Преимущества применения аэрофотосъемки для создания ЦММ

Для получения высокоточных ЦММ подойдет аэрофотосъемка, так как она обеспечивает высокую детализацию, среднеквадратическую ошибку определения координат точек менее 10 см и может выполняться ниже облачности.

Преимущества применения съемки с БПЛА для создания ЦММ

Эффективный способ получения цифровой модели местности – съемка посредством БПЛА. Она предоставляет полную информацию об объекте изучения, что в короткие сроки позволяет составить подробную модель в высоком разрешении. Съемку с БПЛА можно сравнить с лазерным сканированием, но по более демократичной цене.

Это интересно!

“Геодезия участка как обязательный этап перед началом строительства”

Подробнее

Преимущества применения LIDAR для создания ЦММ:

• точные измерения и высокая скорость;
• полученная информация может использоваться для составления топографически карт, планов и чертежей с различными сечениями;
• возможность дистанционной съемки в потенциально опасных и труднодоступных зонах.

Камеры высокого разрешения позволяют получить не только массив координат, но и реальные изображения, что является очень полезным дополнением при построении ЦММ.

Этапы создания цифровой модели местности

В различные электронные системы ГИС все еще вводятся данные и различные обновления, представленные в топографически картотеках. Сам процесс выглядит так:

• Сканирование. В первую очередь делается именно эта процедура в оптимальном разрешении, которое зависит от конечной цели ЦММ. Иногда детальной информации не требуется, но она медленно загружается и дольше прорабатывается.

• Стыковка и наложение. На этом шаге все элементы цифровой модели местности совмещаются, швы делаются незаметными, редактируются погрешности и несоответствия.
• Векторизация. Для отметки горизонтальных линий нужна специальная программа, которая делает это в автоматическом режиме, так как ручная настройка занимает много времени.
• Интерполяция растрового изображения. Для этого используется один из вышеперечисленных методов. Из электронной карты получается полноценная ЦМР.
• Объемная визуализация. Цифровая модель местности, загруженная в ГИС, позволит работать с ней во многих САПР.

Топ-5 программ для создания цифровой модели местности

Существует ряд программ для создания ЦММ. Вот некоторые из них:

Maps Made Easy для 3D-картирования

Maps Made Easy не только обрабатывает аэрофотоснимки, но и создает 3D-модели и ортокарты. Имеется отдел для хранения и обработки карт в облаке.

Для работы в данном приложении делается аэрофотосъемка, обрабатываются снимки, сделанные за счет любой воздушной платформы. Затем фото оцифровываются и переносятся в облако программы. Там они сшиваются в 3D-карты за счет специального сервера и программного обеспечения 3D-фотограмметрии.

Это интересно!

“Современные методы строительства: инновационные технологии в сочетании с традиционными материалами”

Подробнее

Расширение хостинга позволяет хранить и изображения, и объемные модели карт. Бесплатное расширение позволяет справляться с рядом базовых задач без дополнительных платных услуг.

ПО для 3D-картинга от AutoDesk

У AutoDesk есть множество продуктов, создающих 3D-карты с помощью съемки БПЛА или наземных станций. Некоторые из них:

• AutoCAD – это профессиональное ПО для 2D- и 3D-проектирования.

• REVIT – ПО для строительства, которое включает в себя дизайн, проектировку, управление не только зданиями, но и инфраструктурой местности.
• AutoCAD Civil 3D для строительной проектно-конструкторской документации.
• AutoCAD Map 3D – ПО для создания карт на основе моделей, предоставляющее доступ к сведениям САПР и ГИС.
• RECAP – удобное ПО с сервисами для захвата реальности и 3D-сканирования.

ПО для фотограмметрии Agisoft PhotoScan

Agisoft PhotoScan – выполняет не только фотограмметрическую обработку цифровых изображений, но и генерирует объемные модели пространственных данных. Распространенное приложение для ГИС, которое документирует культурные объекты и разрабатывает визуальные эффекты. Кроме того, позволяет зафиксировать измерения объектов различных масштабов.

ПО для фотограмметрии Precision Mapper & Viewer

Precision Mapper – программное обеспечение, которое позволяет онлайн обрабатывать и изменять сведения, предоставленные с аэрофотосъемок. Оно генерирует их в 2D- и 3D-изображения. Очень простой интерфейс в использовании, который стабильно дополняется новыми инструментами для оптимального анализа.

ПО для 3D-картирования Drone Deploy Enterprise

Программное обеспечение, позволяющее создать цифровую модель местности с помощью аэрофотосъемки. Выполняет масштабные и сложные задачи с помощью дронов.

Это интересно!

“Современные технологии проектирования: этапы, программные средства”

Подробнее

Данная программа дает возможность управления несколькими БПЛА, каждый из которых участвует в создание трехмерной карты местности. Вся обработка происходит в облаке. Есть совместный доступ к данным и анализу, что облегчает работу команды операторов и инженеров.

Возможные проблемы при создании и использовании цифровой модели местности

Создание цифровой модели местности – достаточно сложный процесс, сопряженный с множеством трудностей. Большое количество времени занимает удовлетворение существующих норм и стандартов, принятых задолго до появления техники и аппаратуры, позволяющей совершать вычислительные операции.

В ряде развитых стран подобные нормы упрощены, однако есть множество противоречий и проблем в оформлении сопровождающих нормативных документов, которые курируют вопрос создания ЦММ. Вот некоторые из них:

• Ориентир оформления конечных форм текстовой и графической документации – «ручной». Он строго фиксирован.
• Все технические правила и технологии действий регламентируются нормативными документами, которые в свою очередь не идут «в ногу» с современными технологиями.
• Сама структура топографических данных не соответствует требуемым задачам информационного моделирования. Кроме того, есть несоответствие классификации и кодирования, а также правил цифрового описания объектов, которое необходимо картографировать, в рамках компьютерного представления данных.
• Из-за узкого подхода к основным элементам геометрии объектов и типам предоставляемых данных, возможность качественного и полноценного обмена данными между производителями и потребителями, к сожалению, довольно затруднена.

Часто, имея усовершенствованные вычислительные технологии, изыскательная организация вынуждена передавать цифровую модель местности проектной организации в виде двухмерного, а иногда и бумажного чертежа. Уже на основе предоставляемой информации проектная организация сможет создать полноценную ЦММ.

Все это снижает эффективность работы, а вместе с тем и качество и требует дополнительных расходов.

Еще одним барьером для полноценной работы современных технологий являются ведомственные инстанции и неурегулированные экономические взаимоотношения предприятий и смежников.

Для оптимальной работы разработчиков современных информационных технологий должны быть созданы определенные ведомственные и межведомственные документы, в которых прописан регламент приема и передачи результатов работы в электронном виде. Они должны обеспечивать:

• Взаимодействие производителей и потребителей цифровой модели местности и налаживать обмен данными в межведомственных компаниях в цифровом виде.
• Внедрение отечественного программного обеспечения, которое направлено не только на учет и управление, но и на полное предоставление информации о модели и формирование инженерных прикладных задач на основе ЦММ ИН.
• Стандарт обмена сведениями в рамках ЦММ инженерного назначения.

К решению подобных задач можно прийти только благодаря совместной работе ученых, сотрудников и руководителей ведомств, а также разработчиков, производителей и общественных профессиональных кооперативов.

Без точной информации об особенностях территорий, где будут производиться строительные работы, невозможно создать проект. Именно в таком случае потребуется подробная и детальная цифровая модель местности. Она создается с помощью топографических карт.

По сути, ЦММ – это математическое представление и изображение плановых координат и высот того или иного участка местности. Проектные организации анализируют рельеф территории и уже на основе этого выполняются строительные работы. Без отслеживания состояния местности и застроек на ней проведение работ невозможно. ЦММ позволяет рассчитать объем будущих работ и ответить на ряд других проектных вопросов перед началом строительства.