В онлайне: 2 (гостей - 2, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 550.8.05 (004.94)

Создание трехмерных моделей рельефа дна для целей мониторинга гидротехнических сооружений


Изотова Е. А., аспирант, Кияшко Г.А., доцент,
Дальневосточный федеральный университет, Россия

Рассмотрено построение в геоинформационной системе ArcGIS трехмерной модели рельефа морского дна для целей мониторинга гидротехнических сооружений при строительстве мостового перехода через пролив Босфор Восточный.

Изучение рельефа шельфа является первостепенной задачей для научных и прикладных исследований в области геологии, геоморфологии, геофизики, при проведении поисково-разведочных работ, включая прокладку трубопроводов, создании геоакустических и гидроакустических моделей [3].

Инженерные работы по обустройству территорий морских портов, в особенности при строительстве и мониторинге гидротехнических сооружений, требуют проводить работы по обследованию морского дна с целью оценки его состояния. Такие работы могут проводиться водолазами при условии отличной видимости, небольшой глубины и площади выполняемых работ. При больших объемах работ более эффективно применяется гидрографическая съемка морского дна. Получаемый с эхолота массив точек обрабатывается, вводятся необходимые поправки, проводится отбраковка данных. После учета всех внешних факторов на выходе из гидрографического программного продукта получаем файл с координатами точек и отметками дна в данных точках. Обычно на основе такого файла вычерчивается батиметрия морского дна с горизонталями и отметками глубин в точках. Однако такое двумерное изображение рельефа дна не дает полного и достоверного представления о процессах, происходящих на глубине с течением времени.

Современные технологии трехмерной визуализации позволяют "взглянуть" на рельеф местности из любой точки пространства под любым углом, а также "полетать" над местностью [1]. Трехмерная же модель рельефа морского дна может эффективно использоваться для поиска и идентификации объектов на дне с целью их последующей оценки. Построение трехмерной модели морского дна существенно отличается от методов построения поверхности суши. И дело не только в отсутствии методики, а в более сложном процессе получения данных. Актуальность применения трехмерного моделирования с помощью ГИС-технологий объясняется тем, что оно обеспечивает большую наглядность и интерпретируемость данных, предоставляет возможность наиболее полно передавать информацию об изменениях объектов и исследуемой среды с течением времени.

В данной работе приведен пример построения трехмерной модели рельефа морского дна по результатам инженерно-гидрографических работ при строительстве мостового перехода через пролив Босфор Восточный. Трехмерная модель рельефа была построена в геоинформационной системе ArcGIS, в качестве входных данных использовался слой точек съемки, которые в качестве атрибутивной информации содержат значения высот.

На основе данных была построена триангуляционная нерегулярная сеть (TIN) которая является слоем, представляющим непрерывное поле значений высот для придания изображению объемного вида. TIN можно рассматривать как сеть связанных треугольников, вычерченных между неравномерно распределенными точками, заданными координатами x,y и z. Плоскости треугольников аппроксимируют рельеф местности [2].

TIN модель рельефа дна строилась в программном продукте ArcScene семейства ArcGIS с помощью инструмента ArcToolbox - Create TIN (Создать TIN), где в качестве свойства точек, которое необходимо учесть при создании TIN, указывалась Глубина, а сами точки использовались в качестве объекта "облако точек". В результате чего была получена TIN модель рельефа дна, которая полностью и довольно детально отображает состояние дна, различные объекты, находящиеся в глубине.

Полученная триангуляционная модель использовалась для объемной визуализации двумерных проектных чертежей и анализа расхождений между проектной документацией и фактически созданной поверхностью отсыпки под опору мостового перехода в 3D виде (рис. 1). Данная операция реализуется в ArcScene, путем "натягивания" изображения на поверхность TIN и установки базовых высот из этой поверхности.

TIN модель рельефа дна с


Рис. 1 – TIN модель рельефа дна с "натянутым" на нее проектным чертежом опоры мостового перехода


Кроме того, TIN так же служит основой для создания растровой (GRID) трехмерной модели с помощью интерполяции Z-координаты, содержащей информацию о глубинах уровня моря. Растровая модель строится, в основном, для лучшего, "гладкого" отображения рельефа, поскольку преобразование в растровый формат приводит к созданию регулярной сетки данных, так как каждая ячейка растра содержит данные о глубине.

На основе таких трехмерных моделей можно производить расчеты площадных и объемных характеристик поверхностей и уклонов, экспозиций рельефа, а также выполнять построение профилей и изолиний рельефной поверхности. Трехмерная модель дает полное представление о пространственном распределении векторных и растровых данных и возможность визуальной оценки взаимного влияния различных факторов друг на друга и составления последующего прогноза развития ситуации. При использовании высокоточного оборудования точность съемки дна достигает 20 см, поэтому любые объекты, которые могут представлять интерес для той или иной области деятельности, хорошо распознаются на трехмерной модели.

Библиографический список

  1. Алчинов А.И., Кекелидзе В.Б. Современные методы визуализации рельефа // Геопрофи: Электронный журнал по геодезии, картографии и навигации. - 2006. - №1 - С 13-14. Режим доступа: http://www.geoprofi.ru/technology/Article_2182_10.htm
  2. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков (учебник). - М.: КДУ, 2010. - 424 с.
  3. Никифоров С. Л. Рельеф шельфа морей Российской Арктики // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. - М.: 2006. - 36 с.



25.12.12 01:25 | Lena_Izotova (участник)
Дело в том, что, поскольку использовался многолучевой эхолот, заглубление его вибратора до 0,7 м. А то, что невозможно было снять эхолотом, снималось вручную с помощью тахеометра. Поэтому на глубине распределение точек более чем достаточное, а вот для изображения над поверхностью воды данных не хватает. В таком случае иногда помогает однолучевой эхолот, его заглубление чуть меньше, однако все равно если отсыпка или иное сооружение выступает над поверхностью воды необходимо использовать наземные способы съемки, что, согласитесь, не всегда может быть удобно.

24.12.12 19:38 | pud (участник)
Сложная модель (1437595 точек). Тогда воппрос: почему на рисунке получился так грубо фоне остальных один треугольник? Он переламывает поверхность натянутого чертежа.

24.12.12 07:17 | Lena_Izotova (участник)
Расчет производился в том же программном продукте. Средняя ошибка по поверхности 0,0005469, Ср.кв. - 0,07380
Количество точек, использовавшихся для построения TIN 1437595

Все комментарии (4)

 

Разделы конференции

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.