Составление цифровой модели местности. 
Виды ЦММ

При автоматизированном проектировании автомобильных дорог основным источником информации о местности служат цифровые модели местности (ЦММ). Их разработка и последующее использование при проектировании дорог требуют в десятки раз меньших затрат времени и трудовых ресурсов по сравнению с получением необходимой информации при использовании топографических планов и стереомоделей по обычной технологии.

Составными частями цифровой модели местности являются: цифровые модели рельефа местности, цифровые модели ситуации, цифровые модели геологического и гидрогеологического строения местности, цифровые модели распределения экологических параметров на местности и др. Цифровые модели местности могут быть регулярными, нерегулярными, статистическими [13, 26].

В программном комплексе CREDO (подсистема CREDO-TER) используются цифровые модели рельефа (ЦМР), ситуации (ЦМС) и геологии (ЦМГ). ЦМР формируется на основе точек, структурных линий и контуров рельефа. При этом создается сеть, состоящая из треугольников, с помощью которой могут быть вычислены высотные отметки точек с известными координатами в плане, построены разрезы поверхности земли по заданному направлению, выполнено отображение рельефа с использованием горизонталей, условных изображений откосов и обрывов.

При этом предполагается, что поверхность внутри каждого треугольника, вершинами которого являются точки с известными координатами X, Y, Z, или между пересекающимися структурными линиями, представляет собой плоскость, уравнение которой в матричной форме имеет вид.

X — X1 Y — Y1 Z — Z1.

X2- X1 Y2 — Y1 Z2 — Z1 = 0 .

X3 — X1 Y3 — Y1 Z3 — Z1.

В результате преобразования матрицы получаем зависимость для определения высотной отметки Z точки при заданных ее координатах X и Y в плане:

Z = AX + BY + C.

Элементы цифровой модели рельефа местности.

X1,Y1,Z1.

Xт, Yт, Zт.

X3,Y3,Z3.

X2,Y2,Z2.

Цифровая модель ситуации местности представляет собой совокупность объектов, положение и размеры которых заданы точками, а вид — с помощью условных знаков, контуров, линий и заполнений. По методу построений и характеристикам следует различать площадные, линейные и точечные объекты.

Источники данных для построения ЦММ Основой для создания ЦММ является массив точек с координатами X, Y, Z. Путем его обработки с помощью интерактивного графического аппарата строятся точечные, площадные и линейные объекты, создается математическая модель рельефа.

Данные для получения ЦММ могут формироваться одним из следующих способов:

• — при вводе информации в текстовых или специальных редакторах в процессе обработки материалов тахеометрической съемки, планово-высотных обоснований, линейных изысканий в подсистеме CREDO DAT;
• — при обработке информации с электронных регистраторов в подсистеме CREDO DAT;
• — при стереофотограмметрической обработке аэрои космических снимков (например, с помощью систем ВНИМИ, СПТБ);
• — при дигитализации картографического материала (ГРАФИТ-СПТБ и другие пользовательские системы);
• — при векторизации и дигитализации отсканированного отображения (система POCKBIT);
• — при импорте результатов проектирования в подсистемах СREDO CAD, CREDO PRO;
• — при непосредственном вводе данных с клавиатуры;
• — при импорте данных из внешних систем.

Схема обмена данными для подсистемы СREDO TER приведена на рис. 1.

При импорте данных из внешних систем они с помощью конверторов е преобразуются в файлы открытого обменного формата (ООФ) (рис.1) типа ТОР и ABR, которые создаются попарно с одинаковыми именами для одних и тех же участков. Число таких пар в рабочем каталоге не ограничено. Однако файл типа ТОР может существовать и использоваться самостоятельно.

Файлы ООФ конвертируются в файлы типа CMMV*BIN внутреннего формата CREDO TER, описание которых приводится в прил. 1.

Рис. 1. Схема обмена данными через открытый обменный формат

Конвертация файлов ОФФ в файлы ЦММ происходит путем запуска в разделе меню «Цифровая модель местности» задачи «Импорт, экспорт, конвертация данных» с позицией «ASC11(ООФ) в ЦММ». При этом на экране появляется список имеющихся файлов типа ТОР, из которого пользователь с помощью курсора выбирает нужный файл. После нажатия клавиши «Enter» происходит преобразование и одновременно на экране отображаются элементы (точки, линии, объекты), импортируемые из файлов ООФ, а также элементы существующей ЦММ (если она есть в рабочем каталоге).

Последовательность работ при составлении цифровой модели рельефа местности В первую очередь, необходимо создать каталог для проектируемого объекта, так как вся информация по нему должна находиться в отдельном каталоге. Не допускается ввод данных и проектирование нескольких объектов в одном и том же каталоге. Это связано с тем, что файлы, образующиеся в процессе работы, имеют стандартные неизменяемые имена.

После запуска системы CREDO на экране появляется основное меню системы, в котором выбирается пункт «Утилиты». Затем на экране возникает подменю для выбора или задания каталога, что может быть выполнено с использованием «дерева» или списка каталогов. Система «просматривает» все каталоги на всех дисках и предлагает пользователю список объектов. В этот список вводится имя нового каталога для проектируемого объекта или в случае продолжения работы выбирается имя существующего каталога.

Геодезические работы CREDO DAT.

Цифровая модель местности CREDO TER.

Объемная геологическая модель CREDO GEO.

Геометрическое проектирование CREDO PRO.

Проектирование автодороги CREDO CAD.

Утилиты Выход из системы Основное меню системы CREDO.

Геодезические работы CREDO DAT.

Цифровая модель местности CREDO TER.

Объемная геологическая модель CREDO GEO.

Геометрическое проектирование CREDO PRO.

Проектирование автодороги CREDO CAD.

Утилиты Выход из системы При возвращении в основное меню в нем необходимо выбрать пункт «Цифровая модель местности». После его активизации появляется подменю, в котором, если информация должна поступать от внешних систем, необходимо воспользоваться первой строкой, содержащей функции, обеспечивающие обмен данными между внешними системами и CREDO TER через ООФ.

Импорт, экспорт, конвертация данных Цифровая модель местности Возврат на предыдущий уровень Импорт, экспорт, конвертация данных Цифровая модель местности Возврат на предыдущий уровень При непосредственном вводе с клавиатуры координат точек, используемых для создания ЦММ, следует активизировать в подменю пункт «Цифровая модель местности», после чего пользователь входит в рабочую среду CREDO TER. дорога программный credo.

Необходимым этапом разработки объекта является заполнение карточки объекта. Для этого после выбора в рабочей среде (рис. 2.) с помощью горизонтальных кнопок управления процедуры «Данные» в выпадающем меню функций необходимо активизировать функцию «Карточка объекта» и в появившееся диалоговое окно ввести данные об имени объекта, масштабе и др.

Рис. 2. Взаимосвязь между процедурами, функциями и операциями при работе в подсистеме CREDO TER

Для ввода координат точек вызываются процедура «Рельеф», функция «Точка», операция «Создать». Точное задание координат каждой из точек осуществляется путем нажатия на клавишу «F7», после чего в появившееся диалоговое окно следует ввести координаты точки X, Y, активизировать клавишу «ОК» путем нажатия клавиши «Tab» и дважды нажать клавишу «Enter». Программа запрашивает высоту заданной точки Z, отметка которой вводится в диалоговом окне. В результате в рабочем окне появляются изображение точки, ее номер и высотная отметка.

После ввода всех точек необходимо перейти к созданию одного или нескольких контуров рельефа, с помощью которых выделяются участки поверхности, имеющие однородный рельеф. Допускается делать контур внутри других контуров. Отдельные контуры создаются для поверхностей, границы которых представляют собой изломы или сдвиги рельефа (откосы, обрывы, ямы и т. п.).

Для создания контура рельефа используются процедура «Рельеф», функция «Контур рельефа», операция «Создать». Курсором в режиме «Захват» последовательно захватываются точки, образующие контур. Построение заканчивается замыканием контура, т. е. захватом точки, с которой начиналось построение. В любой момент построения можно отказаться от текущего шага, нажимая правую клавишу мыши или клавишу «Esc», а при последовательном их нажатии, вообще, вернуться к началу построения контура.

Для создания и отображения рельефа участка местности, выделенного контуром, а также просмотра разрезов по заданным направлениям следует воспользоваться функцией «Поверхность», операцией «Создать». После их вызова, установки курсора внутри выбранного контура и нажатия левой клавиши мыши программа проверяет возможность построения поверхности и строит триангуляцию в пределах выбранного контура. После этого следует запрос о виде отображения поверхности, предлагающий следующие варианты:

без отображения;

горизонтали ломаные;

горизонтали интерполяционные;

горизонтали аппроксимационные;

откосы;

обрывы.

Горизонтали в виде ломаных линий целесообразно применять для отображения искусственно созданных поверхностей: проезжей части и обочин дорог, различного вида планировок. Для естественного рельефа используются интерполяционные или сглаживаемые сплайнами, аппроксимационные горизонтали, которые выглядят более плавными по сравнению с интерполяционными. Однако, если последние проводятся точно через узлы интерполяции, то аппроксимационные горизонтали могут отходить от узлов интерполяции; при этом погрешность может достигать до ¼ сечения горизонталей. После выбора вида горизонталей, установки курсора внутри контура и нажатия левой клавиши мыши в рабочем окне возникает изображение поверхности с помощью горизонталей.

Для отображения откоса необходимо выделить линию верха откоса. Для этого курсором в режиме «захват» показываются начальная и конечная точки верха откоса. В связи с тем, что две точки многоугольного контура можно соединить двумя путями, линию верха откоса определяют движением курсора поперек воображаемой линии, соединяющей начальную и конечную точки. После нажатия левой клавиши мыши происходит построение штрихов откоса. Если они выглядят неудачно, можно внести исправления, используя операцию «Штрихи откоса».

Построение обрывов аналогично построению откосов. Для замены линии контура по низу обрыва на точки следует использовать операцию «Изменить» функции «Контур рельефа».

Для анализа рельефа предусмотрены два способа построения разреза: по любой ломаной линии, проведенной на сформированной поверхности, и просмотр рельефа в трехмерной перспективе.

При построении разреза используется операция «Разрез» функции «Поверхность». Курсором и левой клавишей мыши фиксируются точки линии разреза. Для завершения ее построения следует дважды нажать клавишу мыши. После этого на экране появляется изображение разреза поверхности земли по заданной линии.

Просмотр рельефа в трехмерной перспективе осуществляется с помощью функции «Камера» процедуры «Рельеф». Операция «Установка» дает возможность назначать в рабочем окне точку стояния камеры, направление обзора, размер объектива и фокусное расстояние. С помощью операции «Солнце» возможно изменять положение источника освещения. Операция «Кадр» позволяет просмотреть перспективное изображение участка поверхности. В случае необходимости с помощью функции «Камера» процедуры «Настройка» можно изменить вид отображения, освещение, окраску, фактуру, вертикальный масштаб изображения.