Гидроакустика/Цифровое моделирование рельефа

Цифровое моделирование рельефа (ЦМР, англ. DTM digital terrian modeling) — статистическое представление непрерывной поверхности земли с помощью данных координатной выборки.

Этапы моделирования

Цифровое моделирование рельефа связано со следующими технологически­ ми этапами:

• создание исходного массива данных;
• преобразование исходного массива измерений для целей решения кон­кретной задачи и создание модели рельефа;
• визуализация модели рельефа с помощью средств компьютерной графики;

Визуализация ЦМР может быть двухмерной (2D) и трехмерной (3D) и, как правило, осуществляется в формах:

• оперативной визуализации, имеющей целью оценку качества работы дат­чика исходной информации о рельефе, например, МЛЭ;
• интерактивной визуализации, необходимой для активного обследования и оценки ЦМР;
• статической визуализации для окончательного представления результа­тов съемки.

Первым этапом пост-обработки является загрузка файлов первичных данных, их проверка и преобразование в новый формат.

Вторым этапом пост-обработки является обработка информации, автоматическая фильтрация, используемая для устранения «выбросов» (грубых ошибок расчета глубин). Автоматическая фильтрация должна тщательно контролироваться и быть «интеллектуальной». Такая интеллектуальная фильтрация обычно основана на задании критерия качества или величин возможного изменения глубины. Во время этого процесса данные могут быть также прорежены (thinned) и преоб­разованы в форму сетки глубин, т. е. в каждой ячейке грида оставле­но одно значение глубины. Эта операция в англоязычной литературе именуется «binning». Далее рекомендуется конечная объемная визуализация, позволяющая наглядно оценить качество данных.

В условиях постоянно увеличивающейся плотности многолучевых дан­ных с одновременными требованиями минимизации размеров ячейки «грида» (>0,2 м), автоматическая фильтрация и редактирование становятся единствен­но возможным практическим способом обработки больших баз данных много­лучевой батиметрии. В этом направлении ведется большая исследовательская работа.

Способы представления

В гидрографических приложениях ЦМР может быть представлена в виде:

• набора нерегулярно расположенных точек;
• нерегулярной треугольной сети точек (Triangulated Irregular Network -- TIN);
• изолиний (изобат);
• регулярной прямоугольной и треугольной сети точек.

Последний вид ЦМР, получивший в зарубежной литературе краткое наиме­нование «грид» (grid), имеет наиболее широкое распространение в геоинформа­тике, благодаря простоте математической обработки и получения производных значений.

Может возникнуть вопрос, какой же вариант сети: регулярная или нерегуляр­ная, наилучшим образом подходит для построения ЦМР. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Все зависит от источника данных, целей съемки и требований к конечному результату. Для съемок с ОЛЭ в инженерных целях, когда требует­ся максимально быстрое представление результатов, например, для обеспечения дноуглубительных работ, удачным выбором может быть использование матрицы глубин, формируемой в реальном масштабе времени для последующей оператив­ной передачи на земснаряд, оборудованный системой, способной ее визуализиро­вать. Для съемок с ОЛЭ в целях обеспечения безопасности мореплавания наилуч­шим выбором является использование ТШ-моделей с последующим построением изобат. Качество автоматически построенных изобат (отсутствие острых углов) будет наглядно демонстрировать полноту покрытия глубинами района съемки. На основе однолучевой съемки может быть построен грид, обеспечивающий создание ЦМР в виде изобат. Однако, к такой ЦМР следует относиться с осторожностью. Дело в том, что изобаты, автоматически построенные на основе гридов, созданных с использованием некоторых методов интерполяции, могут быть проведены даже в том районе, где прямое измерение глубин никогда не выполнялось.

Литература

• Ю. Г. Фирсов "Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров"