ЦММ – цифровая модель местности

Цифровая модель местности — это представление плана и рельефа местности в электронном виде. В данной статье рассмотрим значимость и применение цифровых карт рельефа и местности, которые стали революционным средством в области картографии, геоинформационных технологий, городского планирования, геодезии. Также ЦММ активно применяются при разработке проектов как в BIM так и в классическом виде. Разберем основные аспекты создания и использования данных моделей, их роль в современных подходах к управлению земельными ресурсами, оптимизации проектных работ и, как результат, эффективному развитию территорий

История развития современных цифровых моделей объектов местности

История разработки цифровых моделей местности (ЦММ) тесно связана с прогрессом в разработке геодезического оборудования и развития компьютерных технологий, особенно благодаря развитию профессионального софта. Первые эксперименты по созданию цифровых моделей рельефа и местности начали проводить в начале 60-х годов прошлого столетия. 

Развитие ЦММ значительно повлияло на интеграцию в данный процесс следующих технологий: аэрофотосъемка и фотограмметрия, лазерное 3д-сканирование и спутниковая геодезическая съемка с применением ГНСС-аппаратуры. Со временем модели местности становились более точными и детализированными благодаря улучшению точности и скорости сбора полевых данных и технологии обработки геопространственной информации. Это повысило точность ЦММ и эффективность применения в различных сферах – от градостроительства до экологического мониторинга.

Что такое цифровая модель местности

Цифровая модель местности (ЦММ) – способ представления топографической информации в цифровом виде. Это комплексное электронное отображение местности, сочетающее данные о природных и искусственных объектах: рельеф, инженерные сети, строения и проч. Данная модель обеспечивает структурированное представление информации, доступное для анализа с помощью компьютерных систем. Широко используется в сферах, связанных с проектированием.

ЦММ – это данные о местоположении объектов, их характеристиках, а также математическое представление рельефа, основанное на данных измерений. Точность этих измерений достигается с помощью разнообразных методов и инструментов, геодезического оборудования и специализированных программ. Модели бывают растровыми, векторными и гибридными, каждая из которых обладает уникальными характеристиками и спецификой применения.

Основные этапы разработки ЦММ

Создание цифровых моделей местности включает ряд основных этапов. От сбора исходных данных процесс переходит к их анализу и обработке. Завершающий этап – создание представления местности через геоинформационные системы (ГИС).

Технологии и методы сбора данных для создания цифровых моделей местности.

Применяются как классические, так и инновационные методы. Классические методы - тахеометрическая съемка местности. Современным и инновационным методом является лазерное трехмерное сканирование LIDAR-оборудованием (наиболее эффективен метод аэрофотосъемки совмещенный с лидарной съемкой). «Лидар» особенно эффективен на площадных объектах, обеспечивает высокую степень точности и детализации съемки.

Фотограмметрия, которая использует технологии обработки фотоснимков, эффективна при совместном использовании с методом лидарной съемки. Это связано с тем, что по данным фотограмметрии невозможно определять высотные отметки под растительностью, что возможно при применении Лидара

Совместное использование лидарной съемки и фотограмметрии позволяет определять геометрические параметры объектов: координаты XYZ. Наличие ортофотоплана позволяет проводить дешифррование объетов. По этим данным возможно эффективное создание высоко детализированные топографических планов местности масштаба до 1-500. Данный метод особенно эффективен для проведения съемки площадных, вытянутых линейных объектов.

Спутниковая фотосъемка также играет важную роль в моделировании трехмерных карт. Полученные данные предоставляют подробный обзор географических характеристик местности. Преимуществом подхода является обширное покрытие территории и способность получать данные в реальном времени, хотя следует учесть ограничения, связанные с высокой стоимостью.

Данный метод подходит для карт более мелких масштабов и больших площадях территорий. 

При выборе метода для разработки цифровых моделей местности важно учитывать специфические требования проекта, экономическую эффективность, а также необходимую точность и детализацию. Комбинирование разных методов сбора информации может обеспечить более эффективное и точное представление местности в цифровом виде.

Процесс обработки данных

Процесс обработки данных включает в себя несколько общих этапов:

1) Первичная обработка (предварительная обработка данных, сбор информации с полевых устройств, скачка данных в соответствующий софт)

2) Создание единой модели данных (сшитое облако точек, ортофотоплан, уравненный проект кредо-дат с полевыми измернеиям)

3) Подготовка по полевым данным оформленных материалов

4) Досъемка (полевое дешифрирование) 

Программное обеспечение

В методике создания трехмерных географических моделей применяются разнообразные программные продукты. Среди наиболее известных: Аutodesk Civil 3d, Credo, Agisoft PhotoScan

Этот (и многочисленный прочий) софт обеспечивает обширный диапазон функций – от базового черчения планов до созданий поверхностей рельефа. 

Для обработки данных и сканирования используется софт, такой как: Leica Cyclone, Faro Scene, прочий софт, который подходит непосредственно к оборудованию. Эти инструменты позволяют сшивать станции сканирования в единое облако точек, экспортировать облака точек в CAD-системы, проводить привязку облаков точек в требуемую систему координат. 

Наша компания производит обработку лазерного 3д-сканирования в софте от Leica, дальнейшая обработка c составлением ЦММ происходит в Autodesk Civil 3d.

Виды цифровых моделей местности

• Колоризованное плотное облако точек.

• Многоуровневые тайловые модели.

• Сетки GRID.

Преимущества использования цифровых моделей местности и рельефа

Цифровые иодели местности (ЦММ) применяются в различных сферах: геодезические изыскания, городское планирование, экология и сельское хозяйство, землеустрйоство. Обеспечивают пользователей подробными, а также максимально точными и объемными изображениями рельефа и объектов местности, значительно упрощают задачи планирования, анализа и управления земельными наделами, природными активами.

Одним из главных достоинств цифровых моделей местности является способность визуализировать сложные географические объекты и рельеф, что крайне важно в области проектирования и строительства. Дает архитекторам и инженерам-проектировщикам возможность более точно планировать и проектировать различные строительные проекты, уменьшая возможные риски, повышая эффективность использования земельных ресурсов.

В области кадастра и управления землепользованием цифровые модели местности применяются для точного определения границ земельных участков, проектирования инфраструктуры и проведения проектных работ по межеванию участков. Обеспечивают высокую точность и значительно ускоряют процесс анализа географических данных.

В сельскохозяйственной отрасли эти модели используются для планирования землепользования, оценки урожайности, мониторинга засухи и управления водными ресурсами.

Различные области применения 3D-моделей местности

Трехмерное моделирование объектов местности при создании ЦММ является актуальной задачей при BIM-проектировании. Рассмотрим направления, где применяются BIM-технологии.

1.Архитектурное проектирование и планирование. 3D-модели территорий используются для многоаспектного архитектурного проектирования и планирования строительства объектов. Позволяют оценивать пространственные и визуальные особенности будущих конструкций: парки, дорожные сети, водоемы, другие элементы урбанистического дизайна. Способствуют разработке цветовых и стилистических решений, идеально гармонирующих с окружающей средой.

2.Фотореалистичная визуализация. Используется для оценки дизайна строительных объектов и их воздействия на локальный ландшафт и исторические виды. Применение 3D-моделей позволяет визуализировать предполагаемый облик новых зданий на фоне существующей застройки, что важно для оценки их эстетической привлекательности и гармонии с окружающей средой.

3.Инженерные разработки и BIM-проектирование. Цифровые модели местности широко используются в инженерных исследованиях: анализ рельефа, создание карт, вертикальное зонировании, разработка эффективных строительных планов, расчет объемов земельных работ. Модели также применяются в BIM-проектировании для создания точных и эффективных планов зданий и инфраструктурных объектов.

Практические примеры успешного использования ЦММ

Цифровые карты рельефа находят широкое применение во многих сферах. Оказывают существенное влияние на планирование, проектирование, а также улучшают навигацию и путешествия. Примеры использования:

•Городское планирование и развитие. Цифровые карты рельефа обеспечивают точную визуализацию территорий для разработки городской инфраструктуры.

•Картография и навигация. Создание усовершенствованных карт, включая трехмерные изображения с детализированными элементами ландшафта.

•Охрана природы и экологические исследования. Изучение распределения растительности, водных ресурсов и прочих экологических аспектов.

•Транспорт и логистика. Цифровые модели местности помогают в разработке планов дорожной сети, карт маршрутов и улучшении логистичестики.

•Туризм. Создание интерактивных карт и приложений для навигации туристов, виртуальных туров и проч.

Новые технологические тренды в области ЦММ 

В сфере построения цифровых моделей местности технологии искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения занимают центральное место, обеспечивая обработку обширных объемов геопространственных данных с высокой степенью точности. Применение ИИ и машинного обучения в создании ЦКР способствуют усовершенствованию качества моделей, гарантируют более детализированное и точное отображение территорий. 

Передовые технологии включают разработку алгоритмов для интерпретации данных о высоте аэрофотосъемки, лазерного сканирования и анализа космических снимков. 

Влияние ЦММ на повседневную жизнь

Цифровые модели местности (ЦММ) оказывают значительное влияние на многие области: геодезия, геология, география, инженерия и пространственное планирование. Позволяют точно и детально отображать ландшафтные особенности и физические объекты территории, повышают эффективность планирования строительства и разработку новых проектов. 

ЦММ также способствуют управлению ресурсами и планированию, помогая в прогнозировании и исследовании охраняемых природных территорий. Модели становятся мощным инструментом для лучшего понимания и управления окружающим миром, делая жизнь безопаснее и эффективнее благодаря совершенствованию технологий сбора данных.

ЦММ используются в повседневной жизни в онлайн картографических сервисах и навигации.