23. Понятие о цифровой модели рельефа. Модели данных для хранения цмр. Типы представления цмр.

Цифровая модель рельефа - средство цифрового представления 3-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде 3-мерных данных как совокупность высотных отметок или отметок глубин и иных значений аппликат в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN), или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Процесс цифрового моделирования рельефа включает создание ЦМР, их обработку и использование. Источниками исходных данных для создания ЦМР суши служат топокарты, аэрофотоснимки, косм снимки и др. ДДЗ, данные альтиметрической съемки, систем спутникового позиционирования, нивелирования и других методов геодезии. Источниками исходных данных для создания ЦМР подводного рельефа акваторий (батиметрии) являются морские навигационные карты, данные промерных работ, эхолотирования, в том числе с использованием гидролокатора бокового обзора; для создания ЦМР рельефа поверхности и ложа ледников - аэросъемка, материалы фототеодолитной и радиолокационной съемки.

ЦМР может храниться как в виде растровой (GRID), так и в виде векторной (TIN) модели данных. Выбор типа представления ЦМР определяется задачами ГИС. Далее на модель может быть наложен космический снимок. Если для отображения рельефа используется регулярная сетка, то описание местности производится с помощью регулярной сетки с равными промежутками между ячейками (растровая ЦМР). При растровом представлении ЦМР для каждой точки растра определяются значения высот. Растровому методу свойственны эффекты усреднения и «размывания», поэтому при работе с крупными масштабами его применение ограничено. Но использование растрово-сетчатого представления местности обеспечивает легкость обработки и хранения данных, применение простых и легко автоматизируемых методов создания уровней детализации, что важно для быстрой визуализации больших объемов данных. Формат GRID - это формат хранения растровых данных, разработанный Esri. Существует два типа гридов: целочисленный и с плавающей точкой. Целочисленный грид используется для отображения дискретных объектов, а с плавающей точкой - для отображения непрерывных данных. TIN дает лучшее представление рельефа в случае сильнопересеченной местности. Но TIN-модель трудно обновлять. Каждое изменение рельефа моделируемой территории обычно влечет за собой необходимость заново развивать всю сеть. Другая отрицательная черта TIN — чрезмерная сложность создания уровней детализации. Вследствие этого, визуализация в режиме реального времени на основе TIN — представления затруднена

Типы цифровых моделей рельефа. Наиболее широко распространенных представлений поверхностей (полей) в ГИС: растровому представлению (модели) и модели TIN. 

Растровая модель пространственных данных — разбиение пространства (изображения) на далее неделимые элементы (пикселы) — применительно к ЦМР обозначает матрицу высот: регулярную (обычно квадратную) сеть высотных отметок в ее узлах, расстояние между которыми (шаг) определяет ее пространственное разрешение. Именно таковы ЦМР, создаваемые национальными картографическими службами многих стран. Преимущество такой модели — в удобстве ее компьютерной обработки. К растровой, или как ее чаще называют матричной или регулярной модели, путем интерполяции, аппроксимации, сглаживания и иных трансформаций могут быть приведены ЦМР всех иных типов, что чаще всего и делается на практике.

Суть модели TIN в ее наименовании — «Нерегулярная треугольная сеть». В своем пространственном выражении это сеть треугольников — обычно элементов триангуляции Делоне — с высотными отметками в ее узлах, что позволяет представить моделируемую поверхность как многогранную.

Кроме всего прочего, ими показано, что с точки зрения практических приложений, в том числе для создания ЦМР, классическая (ортодоксальная) триангуляция Делоне как основа модели TIN обладает примечательными свойствами, обусловливающими ее оптимальность в трех смыслах: она имеет наименьший индекс гармоничности как сумму индексов гармоничности каждого из образующих треугольников (близостью к равноугольной триангуляции), свойства максимальности минимального угла (наибольшей невырожденности треугольников) и минимальности площади образуемой многогранной поверхности.

Модель TIN поддерживается многими мощными универсальными программными средствами ГИС, модулями обработки и создания ЦМР в их составе. Таков, к примеру, модуль pcTIN в программных средствах ГИС ArcInfo (ESRI Inc., США).