Разработка компонента программного комплекса «ЭкоГИС» для создания и редактирования цифровых моделей рельефа

Информационное обеспечение географии в настоящее время осуществляется с использованием геоинформационных технологий. Они находят широкое применение в различных областях географических исследований.

Создание и применение цифровых моделей местности ЦММ позволит решить важную прикладную задачу – пространственный анализ. ЦММ, широко применяемые в настоящее время в разных областях, значительно облегчают анализ.

В последние годы данные цифрового рельефа становятся все более открытыми. Их использование связано с современными компьютерными технологиями создания ГИС, что дает совершенно уникальный инструмент для анализа самых разных природных явлений. Это позволяет обществу сфокусировать свое внимание на актуальной проблеме предсказания развития ситуации, например, при прорывах плотин, наводнениях и прочих чрезвычайных происшествиях.

С появлением современных численных методов решения уравнений гидродинамики, при соответствующем уровне вычислительной техники (параллельные вычислительные технологии) эта задача стала вполне разрешимой, то есть стало возможным прямое моделирование динамики поверхностных вод на реалистичном рельефе на территории несколько тысяч квадратных километров с приемлемой точностью [1–9].

Современные геологические исследования предъявляют высокие требования к точности привязки данных и их размещению на разно-целевых картах. Основой всех построений является максимально детальные топографические карты, но, к сожалению, они, порою, менее доступны, чем материалы космической съемки или данные цифрового рельефа.

1.    Информационная модель

Программный комплекс «ЭкоГИС» состоит из восьми основных модулей и блоков (рис. 1) [6]:

Рис. 1. Схема, поясняющая принцип и структуру работы программного комплекса «ЭкоГИС»

• 1.    Интерфейс программного комплекса «Main» обеспечивает управление работой всего программного продукта.

• 2.    Расчетный модуль обеспечивает проведение расчетов посредством программной реализации гидродинамической нестационарной модели движения жидкости.

• 3.    Сервер приема данных устанавливается на машине пользователя производящей расчеты, в целях удаленного подключения к ней главного модуля программного комплекса.

• 4.    Файловый блок входных данных – область дискового пространства, предназначенная для хранения картографических данных.

• 5.    Файловый блок настроек проекта – область дискового пространства, предназначенная для хранения настроек проекта.

• 6.    Файловый блок выходных данных – область дискового пространства, предназначенная для хранения файлов, полученных в процессе моделирования.

• 7.    ГИС «Карта 2008» позволяет создавать и редактировать векторные (пользовательские, тематические) карты в форматах MAP и SIT, строить по данным векторных карт матрицы абсолютных и относительных высот в формате MTW, матрицы качества в формате MTQ.

• 8.    Модуль создания и редактирования ЦММ (рис. 2) позволяет создавать цифровые модели местности из входных данных, а также производить редактирование ЦММ по линейным или площадным объектам.

  
  
  

  EditDTM

  
  

+mre: ManualResetEvent

+StartEditingByLine(inout matrix_height, in doublet],in doublet])

+StartEditingByPolygon(inout matrixheight, in doublet],in doublet])

matrixheight

+H: doublet,]

+matrix_height(ln X:double[],in Y:doublet], in Z:double[],in N:int,in M:int)

+TriangulationAllPoint(): void +FillingByTriangulation(): void +Weightedlnterpolation8(): void #WeightedInterpolation8Point(in obj:Point): void +Weightedlnterpolationl6(): void

#WeightedInterpolationl6Point(obj:Point): void

Edit DTM статический класс для редактирование ЦММ по линейным и площадным объектам. Start Editing By Line и Start Editiing By Polygon – функции класса реализующие редактирование.

Класс matrix_height. Данный класс описывает структуру хранения данных цифровой модели рельефа (его можно также использовать для описания цифровой модели местности, если в H записывать не координату Z, а другую компоненту, описывающую местность).

Функционал создания ЦММ: Triangulation All Point выполняет построение триангуляции Делоне, а Filling By Triagulation заполняет все ячейки цифровой модели местности; Weighted Interpolation16 и Weighted Interpolation8 – функции средневзвешенной интерполяции по 16 и 8 направлениям.

Класс Polygon Object предназначен для хранения площадного объекта, а класс Line Object – для хранения линейного объекта.

2.    Тестирование

Существуют данные рельефа, находящиеся на нерегулярной сетке координат, и чтобы создать цифровую модель рельефа необходимо нанести эти данные на регулярную сетку и заполнить места без данных с помощью некоторых методов.

Все эти методы позволят избавиться от мест в цифровой модели рельефа, в которых нет данных (рис. 3).

Но интерполяция плохо работает над данными, в которых очень много неизвестных, например, данные с рельефом дна водоема (данные представлены ниже в примерах), а вот с матрицами, у которых данных не хватает незначительно, они применимы (рис. 4–5).

Триангуляция справляется с выше изложенной задачей значительно лучше. Данные находящиеся на нерегулярной сетке считываются и с помощью одного из конструкторов в классе matrix_height и заносятся на регулярную сетку (рис. 6).

Рис. 3. ЦМР с указанными артефактами

Рис. 4. ЦМР после интерполяции Рис. 5. ЦМР после интерполяции по 8 направлениям               по 16 направлениям

Рис. 6. Исходные данные рельефа

Далее, по этим точкам необходимо построить триангуляцию с помощью метода в matrix_height, Triangulation All Point (рис. 7). И после, на основе триангуляции, заполнить матрицу высот методом Filling By Triangulation (рис. 8).

Рассмотрим модуль редактирования матрицы высот. Редактирование производиться по двум разным типам объектов, а значение элемента матрицы рассчитывается по формуле, которую указывает пользователь. Редактирование цифровой модели местности по площадному объекту (по полигону) или по линейному объекту, происходит по средству изменения высоты, находящихся на этой сетки, в пределах выделенной границы объекта (рис. 9–12).

Заключение

Рис. 7. Триангуляция Делоне по известным данным

Рис. 8. Построенная ЦМР по триангуляции

Рис. 9. Исходная ЦМР

Рис. 10. Полученная ЦМР

Рис. 11. Исходная ЦМР в профиль

Рис. 12. Полученная ЦМР в профиль