Рис. 10.4. Приклад растрової поверхні відмивання рельєфу в плані і в перспективі

Інструмент Кривизна розраховує ухил ухилу (другу похідну поверхні), тобто визначає, чи є задана частина поверхні опуклою чи вигнутою. Опуклі частини поверхні, такі як хребти, в цілому добре видні на поверхні, і водотоки з них спрямовані в інші області. Ввігнуті частини поверхні, типу каналів, зазвичай є більш прихованими і приймають водотоки з інших областей. Інструмент Кривизна має два додаткових варіанта – План (Plan) і Профіль (Profile). Вони первісно використовуються для інтерпретації впливу рельєфу на водний потік і ерозію. Профіль кривизни здійснює вплив на прискорення або уповільнення водного потоку, що в свою чергу впливає на ерозію і відкладення наносів. Плоска кривизна впливає на сходження і розбіжність течій.

На рис. 10.5 представлений приклад растрової поверхні кривизни в плані і в перспективі.

Рис. 10.5. Приклад растрової поверхні кривизни в плані і в перспективі

10.2.Інструменти аналізу видимості

ВГІС представлений доволі потужний інструментарій для аналізу видимості частин поверхонь.

Інструмент Лінія видимості (Line Of Sight) визначає, чи видно одне місце розташування з іншого, і чи видні проміжні місця розташування, розташовані вздовж лінії погляду між цими двома позиціями.

На рис. 10.6 наведений приклад, коли за допомогою інструмента Лінія видимості, спостерігач із північного кінця лінії може бачити частини рельє-

210

фу вздовж лінії, які зафарбовані в зелений колір, і не може бачити частини рельєфу, які зафарбовані червоним кольором. У цьому випадку спостерігач не в змозі побачити вогонь у долині на іншому боці гори.

Інструменти аналізу видимості підтримують зміщення або зсуви, які дозволяють уточнювати висоту точок спостереження і точок або комірок, що можуть спостерігатися.

На рис. 10.7 подано приклад аналізу за допомогою інструмента Лінія видимості, який порівнює результати аналізу зі зміщенням цілі спостереження і без її зміщення. Місця вздовж лінії, які видимі для спостерігача, зелені, а ті, що приховані рельєфом, позначені червоним кольором.

Рис. 10.6. Приклад визначення лінії	Рис. 10.7. Приклад визначення лінії
видимості	видимості зі зміщенням точки
	спостереження і без неї

На рис. 10.8 подано приклад аналізу за допомогою інструмента Лінія видимості, який використовує зміщення для моделювання видимості викидів диму.

Рис. 10.8. Приклад визначення лінії видимості зі зміщенням точки спостереження для моделювання видимості викидів диму

При використанні великого зміщення цілі, ціль спостереження стає видимою, навіть якщо видимість точок уздовж проміжної території не змінилась.

211

Інструментарій ГІС дозволяє також додавати зміщення і для спостерігача, наприклад, змоделювати вежу в місці розташування спостерігача. Додавання зміщення до місця розташування спостерігача значно збільшує кількість елементів рельєфу, які видимі з місця спостереження.

Інструмент Точки спостереження (Observer Points) дозволяє визначи-

ти, які спостерігачі, позначені як набір точок, можуть бачити ту чи іншу задану комірку растрової поверхні.

Інструмент Видимість (Viewshed) розраховує для кожної комірки растрової поверхні і набору вхідних точок (або вершин вхідних ліній), як багато спостерігачів бачать будь-яку задану комірку.

На рис. 10.9 наведений приклад аналізу за допомогою Інструмента Видимість з однією вхідною точкою спостереження. У спостерігача є зміщення для моделювання огляду з пожежної вежі, яка на 50 метрів вище поверхні землі. Комірки поза зоною видимості спостерігача на зображенні праворуч відображені чорним кольором.

Рис. 10.9. Приклад визначення лінії видимості з однією вхідною точкою спостереження

На рис. 10.10 на перспективних зображеннях можна побачити точку спостереження і рельєф поверхні і як гірські хребти приховують долини, що розташовані за хребтами.

Рис. 10.10. Приклад точки спостереження і рельєфу поверхні, який приховує долини, що розташовані за хребтами

212

Інструменти Точки спостереження (Observer Points) і Видимість

(Viewshed) також дозволяють встановлювати зміщення для спостерігача залежно від мети спостереження і задавати набір параметрів, які дозволяють обмежувати напрямок і відстань, які може бачити кожний спостерігач.

10.3. Інструменти розрахунку об’єму

Інструментарій ГІС дозволяє розраховувати об’єми на підставі відомостей про поверхню дослідження. Цей інструментарій розраховує різницю в об’ємах між растровою або TIN-поверхнею та іншими поверхнями. Залежно від інструментарію, інша поверхня може бути визначена горизонтальною площиною на заданій висоті або іншою растровою чи TIN-поверхнею.

На рис. 10.11 наведений приклад поверхні рельєфу, що подає звичайний рівень заповнення водойми.

Рис. 10.11. Приклад поверхні рельєфу, що подає звичайний рівень заповнення водойми

Можна використовувати Інструменти аналізу об’єму для розрахунку об’єму додаткової води, коли водойма близька до повного наповнення.

Інструмент Об’єм для поверхні (Surface Volume) обчислює площу проекції, площу поверхні та об’єм поверхні над зазначеною висотою, або базовою площиною. Поверхня може бути растром, TIN або terrain. Результати записуються в текстовий файл з роздільниками-комами.

Якщо Вхідна поверхня (Input Surface) – набір даних TIN або terrain, аналізується вклад кожного трикутника в загальну площу та об’єм. Вихідним значенням буде сума цих частин. Якщо Вхідна поверхня (Input Surface) – растр, центри пікселів растра з’єднуються в трикутники і такі трикутники обробляються за аналогією з TIN.

Вихідний текстовий файл (Output Text File) – це ASCII текстовий файл з роздільниками-комами, в який записуються результати роботи інструмента. Якщо файл існує, дані будуть дописані в нього. Перший рядок файла містить

213

назву полів. Це: Набор даних (Dataset), Висота площини (Plane_Height),

Базова площина (Reference), Коефіцієнт Z (Z_Factor), Площа 2D (Area_2D),

Площа 3D (Area_3D), Об’єм (Volume). Інші рядки містять значення.

Висота площини (Plane Height) або {base_z} у python являє собою висоту горизонтальної площини, використовуючи яку виконують обчислення. Це значення потрібно вказувати у вихідних одиницях. Воно не буде перемножува-

тись на Коефіцієнт Z (Z Factor). За умовчання Висота площини (Plane Height)

визначається параметром Базова площина (Reference Plane). Якщо значення Базова площина (Reference Plane) дорівнює ABOVE, встановлюється значення Висоти площини (Plane Height), яке дорівнює мінімальній висоті площини. Якщо ж воно дорівнює BELOW, за умовчання встановлюється значення Висоти площини (Plane Height), яке дорівнює максимальній висоті площини.

Будуть розраховані площа та об’єм, укладений між базовою площиною і поверхнею. Аргумент Базова площина (Reference Plane) визначає, чи буде вважатись об’єм "вище" або "нижче" поверхні. Для цього потрібно використовувати ключові слова ABOVE (ВИЩЕ) або BELOW (НИЖЧЕ) для вибору потрібного варіанта. За умовчання Базова площина (Reference Plane) розташовується вище поверхні (значення ABOVE).

При встановленні значення Базова поверхня (Reference Plane) ABOVE (ВИЩЕ) будуть обчислені площа проекції і площа поверхні для частини поверхні, яка знаходиться над зазначеною Висотою поверхні (Plane Height). Об’єм буде розрахований для поверхні, що знаходиться над зазначеною висотою частини.

На рис. 10.12 і рис. 10.13 представлені два приклади, що відповідають значенню Базової площини (Reference Plane) ABOVE (ВИЩЕ) і Висоті пло-

щини (Plane Height), що відповідає розташуванню площини вище площини перетинання і вище площини перетинання.

У випадку встановлення Базової площини (Reference Plane) BELOW (НИЖЧЕ) розраховується площа проекції і площа поверхні для її частини, яка розташована нижче зазначеної Висоти площини (Plane Height). Об’єм буде розрахований для частини поверхні, що знаходиться під зазначеною висотою.

Рис. 10.12. Приклад розташування базової площини вище площини перетинання

214

Рис. 10.13. Приклад розташування базової площини нижче площини перетинання

На рис. 10.14 і рис. 10.15 представлені два приклади, що відповідають значенню Базової площини (Reference Plane) BELOW (НИЖЧЕ) площини перетинання і Висоті площини (Plane Height), що відповідає розташуванню площини вище поверхні перетинання.

Рис. 10.14. Приклад розташування базової площини нижче площини перетинання

Рис. 10.15. Приклад розташування базової площини вище площини перетинання

215

Параметр Коефіцієнт Z (Z Factor) використовується для конвертації значень Z в інші одиниці виміру (наприклад, із футів у метри). Значення висот поверхні будуть помножені на це число. Щоб отримати коректні результати, одиниці виміру X, Y і Z повинні бути однаковими. Інструмент буде прагнути розрахувати підходящий Коефіцієнт Z (Z Factor). Він зможе це зробити тільки у випадку, якщо вказана просторова прив’язка, використовується система координат проекції (а не географічна) і визначені одиниці виміру x, y і z [129].

Можна використовувати цей інструмент для розрахунку об’єму води в перетині русла ріки на певній стадії водопілля. Цей інструмент може бути використаний на растрових і TIN-поверхнях. Вихідним результатом є текстовий файл, що містить використані параметри, сумарну поверхню території і об’єми.

Інструмент Насипу / Виїмки (Cut Fill) використовується для розрахунку кількості відмінностей у кожній комірці растрів станів до і після для однієї і тієї ж області. Це процедура, при якій висота поверхні рельєфу змінюється за рахунок видалення або додавання поверхневого матеріалу.

Цей інструмент може бути використаний для розрахунку об’єму землі, яка повинна бути насипана або викопана на місці будівництва, щоб змінити форму поверхні. Якщо взяти поверхні для одного й того ж місця на два різних моменти часу, інструмент зможе визначити ті ділянки, з яких матеріал був видалений, ті ділянки, на які матеріал був доданий, а також ті ділянки, де поверхня не зазнала змін. Цей інструмент працює з двома растрами, і результати подаються як растр різниці між двома шарами (рис. 10.15).

Растр до

Растр після

Вихідний растр

Рис. 10.15. Приклад роботи Інструмент Насипи / Виїмки (Cut Fill)

За допомогою інструмента Насипу / Виїмки (Cut Fill) можна:

–визначати ділянки ерозії і нагромадження осадового матеріалу в долині річки;

–обчислити об’єми і площі поверхневого матеріалу, який повинен бути видалений, а також площі та об’єми ділянок, які повинні бути вирівняні до рівня майданчика під будівництво;

216

– виявляти ділянки, які часто заповнюються поверхневим матеріалом під час грязьових зсувів, а також визначати безпечні для будівництва будинків ділянки зі стабільним ґрунтом.

При виконанні операції Насипи / Виїмки, за умовчання до шару застосовується спеціалізована шкала, яка дозволяє виділити ділянки насипів і ділянки виїмок. Визначальний фактор – це таблиця атрибутів вихідного растра, яка розглядає додатний об’єм як ділянки, де була здійснена виїмка (видалення) матеріалу, а від’ємний об’єм – як ділянки, де матеріал був насипаний (доданий).

Інструмент Насипи / Виїмки дозволяє будувати карту на основі двох вхідних поверхонь – до і після події – і відображати площі ділянок і об’єми матеріалів, які були змінені шляхом видалення або додавання матеріалу поверхні.

Обидва вхідних растра повинні співпадати. Це означає, що у них повинна бути одна й та ж початкова точка, однакова кількість рядків і стовпців комірок і один і той же розмір комірок.

Щоб отримати коректний результат, z-одиниці повинні співпадати з наземними одиницями виміру x, y. Це гарантує, що об’єми будуть виражені в значущих кубічних одиницях виміру (наприклад, кубічних метрах). Якщо вони відрізняються, потрібно використовувати коефіцієнт z, щоб перетворити одиниці z в одиниці x, y. Наприклад, якщо для x та y одиницями виміру є метри, а z вимірюється в футах, то можна використати z-коефіцієнт 0,3048 для перетворення футів у метри. Або можна використати інструмент Помножити групи інструментів Математичні (Math), щоб отримати растр поверхні, в якому одиниці виміру z-значень відповідають одиницям виміру наземних координат.

Таблиця атрибутів вихідного растра (рис. 10.16) подає зміни в об’ємах поверхні, що обчислені в результаті виконання операції Насипи / Виїмки.

Рис. 10.16. Таблиця атрибутів вихідного растра

217

Додатні значення в різниці об’ємів вказують на ділянки растра "до події", де була здійснена виїмка матеріалу. Від’ємні значення вказують на ділянки, на які матеріал був доданий (ділянки насипів).

Коли операція Насипи / Виїмки запускається через інструмент, за умовчання застосовується спеціалізована шкала, яка виділяє ділянки насипів і виїмок. У відповідності з цією шкалою ділянки виїмок відображаються синім кольором, а ділянки насипів – червоним кольором. Ділянки, які не зазнали змін, будуть показані сірим кольором.

Використання інструмента Насипи / Виїмки (Cut Fill) для морфології річки. При використанні морфології річки як прикладу для відстеження кількості і місця розташування ерозії і відкладів у долині річки, необхідно взяти ряд перетинів через долину й обстежити на регулярній основі з метою виявлення областей ерозії і накопичення опадів.

На рис. 10.17 представлені поперечні перетини поверхні, яка зазнала певних змін: з деяких ділянок матеріал був видалений, а на інші ділянки був доданий.

а

б

в

Рис. 10.17. Поперечні перетини поверхні, яка зазнала певних змін

На рис. 10.17 а показана поверхня в початковому стані. На рис. 10.17 б представлена поверхня через певний відрізок часу, протягом якого на цю поверхню діяли ерозійні сили і сили накопичення осадків. На рис. 10.17 в представлено, як інструмент Насипи / Виїмки (Cut Fill) визначає ділянки, де матеріал був видалений (вийнятий) і ділянки, де він був доданий (насипаний).

Вихідний растр зберігає деякі властивості змін, що відбулись у своїй таблиці атрибутів (рис. 10.18).

До	Після	Значення	До	Після	Значення

До	Після	Значення	До	Після	Значення

Рис. 10.18. Динаміка змін в атрибутивній таблиці

218