Цифровая модель рельефа (ЦМР) является одной из важнейших составных частей геоинформационных технологий. Она не требует полевых исследований по всей изучаемой территории и при этом даёт слитный массив данных высот. Очень важна разработка ЦМР для трехмерного геоинформационного моделирования месторождений полезных ископаемых, как средства наиболее эффективной пространственной организации разновременных данных.
Инициативные научные работы зачастую не предполагают выделения специальных средств на проведение топографо-геодезических работ, закупку точных спутниковых данных и проч., которые позволяли бы создавать точные ЦМР. Вызывает интерес возможность построения максимально корректных моделей рельефа на основе комплексирования открытых, общедоступных источников геоинформации [1], разработка методики создания таких моделей для типичных форм рельефа или определенных участков земной поверхности. К таким данным относятся: спутниковые - AsterGDEM (Global Digital Elevation Model) и SRTM (Shuttle radar topographic mission); топографические карты масштаба 1: 200000, 1:100000.
Чаще всего исследователями при построении ЦМР изучаемых объектов используется сравнительно простая методика построения триангуляционной нерегулярной сети (TIN-модель), которая является слоем, представляющим непрерывное поле значений высот для придания изображению объемного вида [2]. Однако, в случае высокогорных областей и карт рассматриваемых масштабов, полученные модели характеризуются наличием эффекта линейной аппроксимации и сглаживания находящихся между изолиниями форм рельефа, что зачастую неприемлемо. Для устранения эффекта аппроксимации необходимо заполнить пространство между изолиниями дополнительными геоданными. Тем не менее, изолинии необходимы для включения в конечную модель, а кроме того являются эталоном, позволяющим делать выводы о точности создаваемых ЦМР [3].
Задача решалась на примере горных районов Восточного Саяна. Комплекс исследований показал, что для заполнения пространства между изолиниями топокарты на данной территории по высотам до 2160м следует использовать данные AsterGDEM, от высоты 2160 и выше из - SRTM 4.2. Необходимо учитывать, что данные ДЗЗ сглаживают высшие формы рельефа: для корректного моделирования горных вершин (от 2720м) в обоих случаях необходимо использовать данные точек высот с топографической карты, в противном случае произойдет их сглаживание [3]. После нахождения пространственных границ применимости определенных типов геоинформации, возможно приступить к нахождению методики комплексирования ДЗЗ- и топоданных.
Необходимо учитывать форматы, в которых представлены исходные данные: данные дистанционного зондирования Земли являются регулярными DEM-растрами (далее ДЗЗ-DEM), в то время как топокарта представлена нерегулярными векторными линиями и точками.
Наиболее очевидный способ уточнения рельефа - переформатирование ДЗЗ-DEM в массив точек высот XYZ (широта, долгота и высота точки) и его последующее сложение с топо-изолиниями рельефа, разбитыми на точки. Такой метод ожидаемо не дает приемлемого результата в реальных условиях: алгоритмы линейной интерполяции формируют «ступенчатую» в районе изолиний модель. Попытка устранения этого эффекта путем буферизации изолиний топокарты с помощью зон различного размера и последующей вырезкой из ДЗЗ-DEM попадающих в эту зону точек для высокогорных областей также не дает положительных результатов.
Наиболее применимым методом комплексирования выбран следующий метод. На первом этапе производится реэкспорт TIN-модели (сформированной из данных топографической карты) в GRID-массив точек XYZ по регулярной сети 5x5 м, затем производится экспорт данных ЦМР SRTM и AsterGDEM в GRID XYZ в сеть той же размерности, и производится простое сложение этих двух массивов.
Нужно отметить, что размерность 5x5 м не случайна и получена опытным путём: серия построений моделей с различным размером ячейки, как одинаковой для карты и ДЗЗ (20x20, 15x15, 10x10, 7x7, 5x5, 3x3), так и разных (5x10, 10x5) показывает, что уменьшение ячейки не приводит к улучшению результата, но требует значительно бóльших вычислительных ресурсов.
Рис. 1. а – ЦМР 7 топо x 7SRTM, б) – 5 топо x 10 SRTM, в) 5 топо x 5 SRTM (модель и изолинии)
По вышеприведенной методике производилось построение модель участка рельефа с расположенным на нем тригопунктом, что позволило оценить точность модели. Было установлено, что разработанная ЦМР отличается от реального рельефа на 3м, в то время как GPS-навигатор в среднем дает погрешность до 15-17 м по вертикали [4]. Также доказано, что созданная по приведенной методике ЦМР точнее любого отдельно взятого открытого источника данных во всем диапазоне высот.
По предложенной методике можно производить построение ЦМР для решения различных видов геологических задач.