Трёхмерное моделирование Анапской пересыпи на основе данных воздушного лазерного сканирования

Развитие трехмерного моделирования пространственных объектов стало возможным благодаря совершенствованию методов цифровой съемки местности, развитию программного обеспечения для обработки данных и собственно компьютерных аппаратных средств. Анализ трехмерных моделей позволяет оперативно получать высокоточную информацию об объемах, морфологии и морфометрии природ- ных и антропогенных объектов, оценивать динамику их развития, условия формирования и исследовать воздействующие на них факторы.

Основными исходными материалами для создания 3-D моделей служат материалы воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и цифровой аэрофотосъемки (ЦАФС) (рис. 1).

Рис. 1. Пример данных лазерного сканирования (слева вверху) и цифровой аэрофотосъем- ки (справа внизу)

Систематические исследования Анапской пересыпи [1] обусловлены уникальностью данного природного объекта, а также большим интересом туристического потока к этой рекреационной зоне [2].

В результате ВЛС и ЦАФС 2013, 2015 и 2020 года были получены материалы на территорию Анапской пересыпи, длиной около 50 км. Следует отметить, что плотность лазерных съемок различных лет различна и составляет от 1 до 20 измерений на квадратный метр. Пространственное разрешение цифровых снимков 10-22 см на пиксель. Несмотря на имеющиеся отличия, материалы съемок разных лет позволяют построить сопоставимые между собой по точности в плане и по высоте регулярные модели GRID с размером ячейки 1 м и ортофотопланы.

Материалы съемок обрабатывались в специализированном программном обеспечении, в котором проводилась классификация точек лазерного отражения (ТЛО). Методика обработки лазерных данных подробно описана в ряде статей [3]. Также использовалась программная среда ENVI с модулем ENVILiDAR. В ней проводилось автоматическое выделение растительности и сооружений, также создание цифровой модели рельефа (ЦМР). Далее все обработанные данные подгружались в программное обеспечение от ESRI – ArcMap и ArcScene. В данных программах проводилось построение модели, создавались необходимые текстуры. Таким образом метод создания 3D модели на основе ТЛО можно наблюдать на рисунке 2.

Рис. 2. Схема метода создания 3D модели на основе ТЛО

Классификация точек выполнялась, как правило, автоматизировано, с последующей ручной доработкой. Выделяется несколько групп точек: ground (земля), vegetation (растительность, которая в свою очередь классифицируется по высоте), buildings (сооружения), low points. В последнюю категорию, как правило, отправляются ошибочные точки.

Обработка в ENVILiDAR проводилась полностью в автоматизированном режиме. Указывались необходимые параметры метрики объектов, на основе которых программа сама определяла позицию и формы объектов. В программе ENVILiDAR присутствует функция трёхмерной визуализации, что видно на рисунке 3.

Рис. 3. Фрагмент 3D модели участка Анапской пересыпи в ENVILiDAR

В ArcMap проводилась классификация непосредственно, моделирование и визуа-всех объектов, а в ArcScene проводилась, лизация модели.

Рис. 4. Фрагмент трёхмерной сцены Анапской пересыпи в ArcScene

Несмотря на условность текстур, главная цель модели была достигнута. Основной функцией модели было продемонстрировать соотношение пропорций объектов. Размеры и пропорции объектов определялись в автоматическом режиме, благодаря исходным данным в виде ТЛО.

Данные лазерного сканирования, являясь передовой технологией, служат отлич- ной основой для различных исследований и изыскательной деятельности. Благодаря субсантиметровой точности определение объектов и метричность в трёхмерном пространстве будут развиваться и обретать новый облик в сфере гео-наук и точных инженерных дисциплин.