Види цифрових моделей місцевості

Кінцевою метою вишукувань автомобільних доріг при проектуванні на рівні САПР-АД є, перш за все, отримання великомасштабного топографічного плану місцевості в межах широкої смуги варіювання конкурентних варіантів траси і цифрової моделі рельєфу, геологічної і гідрогеологічного будови того ж ділянки місцевості (ЦММ) в єдиній системі координат . За ЦММ і одержуваних на їх основі математичних моделей місцевості (МММ) в кінцевому підсумку здійснюють системне, автоматизоване проектування конкурентних варіантів траси автомобільних доріг. Трудові витрати на отримання за допомогою ЦММ необхідної для проектування інформації (профілі землі по осі траси, поперечні профілі землі, інженерно-геологічні розрізи і т.д.) виявляються в кілька десятків разів меншими, в порівнянні з отриманням тієї ж інформації при використанні топографічних планів і стереоскопічних моделей за традиційною технологією.

При цифровому моделюванні рельєфу, геологічної і гідрогеологічного будови місцевості в залежності від складності рельєфу, ситуаційних особливостей місцевості; способу виробництва досліджень, завдань проектування, наявності парку сучасних геодезичних приладів, приладів супутникової навігації, засобів геофізичної підповерхневої розвідки, засобів автоматизації та обчислювальної техніки можуть бути сформовані ЦММ з використанням найрізноманітніших принципів.

Питаннями розробки різних видів ЦММ було присвячено велику кількість досліджень. При цьому, всі відомі види ЦММ можна розбити на три великі групи: регулярні, нерегулярні та статистичні.

Регулярні ЦММ створюють шляхом розміщення точок у вузлах геометрично правильних сіток різної форми (трикутні, прямокутні, шестикутних), що накладаються на апроксимується поверхню з заданим кроком. Найбільш часто застосовують ЦММ з розміщенням вихідних точок у вузлах сіток квадратів (рис. 3.4, а) або рівносторонніх трикутників (рис. 3.4, б). Регулярні ЦММ в вузлах правильних шестикутних сіток (рис. 3.4, в) знайшли застосування при проектуванні нафтопромислових доріг в умовах рівнинного рельєфу Західного Сибіру.

Мал. 3.4. Види цифрових моделей місцевості:
а - в вузлах правильних прямокутних сіток; б - в вузлах трикутних сіток; в - в вузлах шестикутних сіток; г-на поперечниках до магістрального ходу; д - на горизонталях; е - на структурних лініях; ж - статистична; з - на лініях, паралельних осі фотограмметричних координат

Масив вихідних даних для регулярних ЦММ (рис. 3,4 а-в) може бути представлений в наступному вигляді:

m - число точок по горизонталі;

п - число рядків по вертикалі;

Нерегулярні ЦММ, представлені великим числом типів знайшли широке застосування в практиці автоматизованого проектування об'єктів будівництва.

Вельми часто використовують ЦММ, побудовані по поперечникам до магістрального ходу (рис. 3.4, г). Масив вихідних даних для ЦММ цього типу представляють в наступному вигляді:

в1. у2. уi - відстань між початком траси і точками перетину її осі і відповідними діаметрами;

х11. х12. xil - відстані між вихідними точками ЦММ на поперечниках і віссю траси, що приймаються позитивними ліворуч від траси і негативними - вправо;

Оскільки магістральний хід в загальному випадку може мати кути повороту для подання нерегулярного масиву (3.2) необхідно ще задавати і координати вершин кутів повороту. Інформацію для криволінійної траси представляють вже в трикоординатних вигляді.

ЦММ, побудовані по поперечникам до осі магістрального ходу або до осі траси, знаходили широке застосування в початковий період переходу на системне автоматизоване проектування лінійних інженерних об'єктів, коли вихідна дослідницька інформація збирається у відповідності зі старою традиційною технологією досліджень, а також при розробці проектів реконструкції автомобільних доріг .

При наявності великомасштабних топографічних планів і карт часто виявляється досить ефективним створення ЦММ з масивом вихідних точок, що розміщуються на горизонталях з реєстрацією їх планових координат дигитайзером через певні інтервали довжини (рис. 3.4, д). Масив вихідних даних моделі записують в наступному вигляді:

Н1. Н2. Hi - висоти відповідних горизонталей;

Масив точок (3.3) може бути сформований також в ході малювання горизонталей на стереофотограмметрічеськие приладі. Вельми перспективним для створення ЦММ даного типу є використання скануючих дигитайзеров - автоматів і коордіметров.

При автоматизованому проектуванні інженерних споруд широко використовують також цифрові моделі на структурних лініях (структурні ЦММ), що розміщуються за характерними зламів місцевості і з урахуванням її ситуаційних особливостей. Ці ЦММ мають найменшої вихідної інформаційної щільністю точок місцевості (рис. 3.4, е).

Масив вихідних точок структурних ЦММ задають:

xi. yi. Hi - координати i -й точки масиву характерних точок рельєфу і ситуації;

j. k. l. - номери інших точок того ж масиву, в напрямку яких можна вести лінійну інтерполяцію висот; в неявному вигляді

ПР - ознака, що визначає ту чи іншу послідовність вихідних точок тієї чи іншої структурної лінії рельєфу.

Структурні ЦММ (3.4, 3.5) використовують головним чином при невисокому ступені автоматизації процесу збору та реєстрації вихідної інформації (наприклад, при використанні матеріалів звичайної тахеометричної зйомки, при ручному, або напівавтоматичного фотограмметричної обробки знімків, при дигіталізації топографічних планів і карт і т.д. ).

Залежно від виду вихідного матеріалу, що використовується для формування ЦММ, в практиці автоматизованого проектування застосовують і інші види нерегулярних цифрових моделей, наприклад, ЦММ, побудовані на лініях, паралельних координатним осях стереофотограмметричного приладу (рис. 3.4, ж), при використанні для формування масивів точок матеріалів аерофотозйомок.

Статистичні ЦММ (3.6) припускають у своїй основі нелінійну інтерполяцію другого і третього і т.д. порядків. При створенні масиву вихідних даних статистичної ЦММ точки для її формування вибирають в залежності від випадкового розподілу, близького до рівномірного (рис. 3.4, д).

Масив вихідних даних статистичної ЦММ представляють у вигляді: