ZESZYTY NAUKOWE WYDZIAŁU ETI POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Nr 6 Seria: Technologie Informacyjne 2008

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE WYDZIAŁU ETI POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Nr 6 Seria: Technologie Informacyjne 2008 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Instytut Geodezji Politechnika Gdańska, Zakład Geodezji NUMERYCZNY MODEL TERENU MIERZEI WIŚLANEJ I DNA MORSKIEGO OPRACOWANIE AUTORSKIEJ APLIKACJI Streszczenie Referat prezentuje sposób opracowania danych przestrzennych na potrzeby stworzenia Studium Wykonalności Kanału śeglownego przez Mierzeję Wiślaną, ograniczając tematykę referatu do problematyki związanej z autorską aplikacją PROFILER. Autorzy opisują metody pozyskania danych do stworzenia numerycznego modelu terenu Mierzei Wiślanej oraz strefy brzegowej Bałtyku i Zalewu Wiślanego. W ramach prezentacji aplikacji PROFILER przedstawiona jest jej funkcjonalność i wykorzystanie dla procesu inwestycyjnego w ramach Studium Wykonalności. 1. WSTĘP Realizacja kanału Ŝeglowego na Mierzei Wiślanej jest inwestycją, która ma skrócić, pogłębić i uniezaleŝnić od Rosji połączenie portu w Elblągu i innych miejscowości połoŝonych nad Zalewem Wiślanym z morskimi drogami prowadzącymi przez Bałtyk. W chwili obecnej Zalew Wiślany jest połączony z Bałtykiem dwiema drogami wodnymi prowadzącymi przez zbyt płytką dla transportu morskiego rzekę Szkarpawę i przez rosyjską Cieśninę Pilawską, która równieŝ jest tworem powstałym w formie przekopu wykonanego w 1497 roku, a poszerzonego i zmodernizowanego w latach sześćdziesiątych XX wieku [1]. Jednak w maju 2006 Federacja Rosyjska ograniczyła ruch w Cieśninie Pilawskiej wyłącznie do tranzytu, wymuszając likwidację ruchu turystycznopasaŝerskiego i towarowego w portach Zalewu Wiślanego (Elbląg, Tolkmicko, Frombork, Nowa Pasłęka). Decyzja ta praktycznie zamknęła wspomniane porty, gdyŝ w ponad 90% funkcjonowały one w oparciu o nietranzytowy transport turystyczny i towarowy. Wobec stanowiska Rosji, rząd Polski pod koniec 2006 roku podjął decyzję o konieczności powrotu do planów budowy polskiego kanału Ŝeglowego na Mierzei Wiślnej. Studium Uwarunkowań Budowy Kanału śeglownego na Mierzei Wiślanej dało odpowiedź w zakresie optymalnej lokalizacji inwestycji m.in. pod względem uwarunkowań przyrodniczych, ekonomicznych, ukształtowania terenu i stosunków własnościowych na obszarze Mierzei Wiślanej.

2 2 W istotnej części analizowanych zagadnień przydatnym był numeryczny model terenu (NMT) i jego analiza w dedykowanym oprogramowaniu. Studium Uwarunkowań zostało opracowane przez autorów referatu w zakresie prac geodezyjnych [2]. W szczególności obejmowało ono analizy NMT oraz ukształtowania dna morskiego strefy brzegowej Bałtyku i Zalewu Wiślanego, a takŝe opracowanie i wdroŝenie aplikacji informatycznej PROFILER, słuŝącej do analizy i modelowania 3D powierzchni terenu Mierzei Wiślanej i dna morskiego. Wyniki tych prac były przydatne dla prawidłowej oceny wpływu inwestycji na prowadzenie prac refulacyjnych w tym ochronę plaŝ morskich i pogłębianie transportowych torów wodnych, określenie optymalnej lokalizacji kanału Ŝeglowego ze względu na wielkość prac ziemnych i transport urobku, a takŝe pośrednio przez wykorzystanie wykonanej w ramach Studium ortofotomapy na zakres powierzchniowy inwestycji i połoŝenie obszaru inwestycyjnego w odniesieniu do sieci lądowych dróg komunikacyjnych, obszarów zurbanizowanych i terenów cennych przyrodniczo. ZałoŜeniem w warunkach realizacji Studium Wykonalności było opracowanie i udostępnienie aplikacji, która pozwoliłaby na wykonywanie przekrojów pionowych przez NMT i dno morskie. Aplikacja miała realizować zadania w środowisku MS Windows XP, na komputerach osobistych o ograniczonych do 1 GB zasobach pamięci RAM. 2. OPRACOWANIE DANYCH WEJŚCIOWYCH W pierwszym etapie opracowania części geodezyjnej Studium przeanalizowane zostały dostępne zasoby danych przestrzennych w tym: numeryczny model terenu (NMT) realizowany w ramach prac związanych z LPIS na potrzeby dopłat bezpośrednich dla producentów Ŝywności, zasób zdjęć fotogrametrycznych wykonanych w latach , szczegółowy kilometraŝ polskiej linii brzegowej, wyniki pomiarów dna morskiego realizowane w ramach monitoringu brzegu Morza Bałtyckiego. Analizie poddano równieŝ wyniki skaningu laserowego wykonanego testowo dla rejonów brzegowych Morza Bałtyckiego. Wstępnie rozwaŝono moŝliwość uŝycia lotniczego skanera laserowego do pozyskania obrazu numerycznego modelu terenu. Zapoznano się takŝe z wynikami dotyczącymi moŝliwości pozyskania danych dna morskiego strefy brzegowej metodami powiązanymi z lotniczym skaningiem laserowym (m.in. [3], [4], prace Geomar S.A. w Szczecinie). W efekcie badań i analiz jakościowych [5], [6] oraz dokładnościowych postanowiono, Ŝe głównym źródłem danych do opracowania NMT Mierzei Wiślanej oraz obrazu dna morskiego będą zdjęcia lotnicze (Rys. 1) w skali 1: i pomiary RTK (ang. Real Time Kinematic) w technologii GPS (ang. Global Positioning System), opcjonalnie GNSS (ang. Global Navigation Satellite Systems tj. GPS + GLONASS) uzupełnione danymi o kilometraŝu linii brzegowej, zweryfikowane w celu poprawnego zapisu topologii modelu wysokościowego. Przyjęto, Ŝe wynikowy NMT nie moŝe posiadać następujących niezgodności: przecięć linii strukturalnych nie posiadających wspólnego węzła, niedomknięcia obszarów (wody, obszary wyłączeń), powielonych elementów posiadających identyczny atrybut XY, a róŝny atrybut Z. Opracowany i zweryfikowany NMT został zapisanym w formie siatki trójkątów (TIN) w formatach Intergraph TTN i ESRI TIN dla kaŝdego modułu mapy w skali 1: Poza wizualizacją 3D dane modelujące NMT zostały przetworzone do autorskiego formatu

3 NUMERYCZNY MODEL TERENU I DNA MORSKIEGO OPRACOWANIE 3 implementowanego w oprogramowaniu PROFILER. Format został stworzony ze względu na optymalizację szybkości analiz 3D i zabezpieczenie interesu autorów dla wykorzystania aplikacji PROFILER wyłącznie dla obszaru Mierzi Wiślanej i przyległego dna morskiego. Rys. 1. Zdjęcia lotnicze uŝyte w opracowaniu wraz z identyfikacją fotopunktów Rys. 2. Wizualizacja NMT Mierzei Wiślanej wraz z dnem strefy brzegowej Bałtyku i Zalewu Wiślanego; PUWG 1992

4 4 Wykorzystany w analizach i osadzony w aplikacji PROFILER numeryczny modelu terenu (NMT) obejmował polską część Mierzei Wiślanej oraz dno morskie w pasie przybrzeŝnym do 1800 m w stronę wód Morza Bałtyckiego i dno Zalewu Wiślanego ok. 350 m w stronę wód Zalewu Wiślanego (Rys. 2.). Jako układ odniesień przestrzennych przyjęto Państwowy Układ Współrzędnych Geodezyjnych 1992 oraz układ wysokości Kronsztad 1986, do którego transformowano dane z innych układów, w których dostępne były dane wejściowe (w tym WGS1984, PUWG1965 i układ wysokości Amsterdam). Końcowy produkt cyfrowy model terenu powstał przez połączenie numerycznego modelu terenu dla obszaru zachodniej części Mierzei Wiślanej opracowywanego metodami fotogrametrycznymi, dostępnego numerycznego modelu terenu z projektu LPIS oraz dane pozyskane z monitoringu brzegu prowadzonego przez Urząd Morski w Gdyni. 3. APLIKACJA PROFILER PROFILER powstał dla platformy Win32 w środowisku programistycznym BDS2006 (Borland Developer Studio 2006) wzbogaconym o bibliotekę komponentów GLScene wspomagających i upraszczających implementację rozwiązań graficznych 3D opartych na specyfikacji OpenGL. Oprogramowanie PROFILER analizuje NMT zapisany w postaci siatki trójkątów (format TTN Intergraph) zapisanych w plikach data.inet. PROFILER umoŝliwia wizualizację NMT oraz generowanie profili powstałych w wyniku przecięcia NMT przekrojami normalnymi umieszczanymi wzdłuŝ linii prostych wskazanych przez uŝytkownika wskazaniami na powierzchni NMT. Rys. 3. Wizualizacja profilu oznaczonego na cyfrowym modelu terenu

5 NUMERYCZNY MODEL TERENU I DNA MORSKIEGO OPRACOWANIE 5 Funkcje realizowane przez oprogramowanie PROFILER: 1. płynna zmiana skali scroll myszy ustawionej w odpowiednim oknie, 2. translacja przesuwanie myszy z wciśniętymi lewym przyciskiem myszy i SHIFT 3. obroty 3D CTRL+SHIFT+lewy przycisk myszy, 4. wstawianie punktu CTRL+prawy przycisk myszy, 5. wprowadzanie współrzędnych punktu początkowego przekroju F1 lub końcowego F2 (przekopiowywane są współrzędne aktualnie wskazanego w pkt. 4. punktu terenowego); współrzędne moŝna wprowadzić równieŝ z klawiatury, 6. przycisk PRZEKRÓJ tworzy przekrój dla linii wskazanej w pkt. 5., 7. przycisk S/F wizualizację NMT między trybu wypełnienia a wireframe, 8. przycisk KOLORY dobór zakresu barw dla wizualizacji wysokości, 9. zwijanie podokien 2D i 3D, 10. centrowanie okna 2D SHIFT+lewy przycisk myszy na wybranym punkcie terenu, 11. parametr R przy punktach oznacza wielkość znacznika w wizualizacji (promień sfery). Rys. 4. Przekrój pionowy jednej z lokalizacji SKOWRONKI ZAKOŃCZENIE Opracowanie Studium Wykonalności budowy kanału Ŝeglownego przez Mierzeję Wiślaną jest pierwszym i najwaŝniejszym etapem na drodze budowy polskiej drogi wodnej z Zalewu Wiślanego do Zatoki Gdańskiej na Bałtyku. NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe w dobie współczesnych technologii informacyjnych bardzo waŝne jest łączenie wiedzy kierunkowej z dziedziny geodezja i kartografia oraz informatyka. Dzięki tej syntezie powstało oprogramowanie zachowujące standardy geodezyjne dla opracowań numerycznego modelu terenu technikami fotogrametrycznymi i umoŝliwiające rozpoczęcie prac projektowych przy inwestycji na Mierzei Wiślanej.

6 6 BIBLIOGRAFIA [1] Wikipedia on-line [2] Janowski A., Szulwic J., Dembicki E., Zadroga B.: Budowa kanału Ŝeglugowego przez Mierzeję Wiślaną. Cyfrowy model terenu Mierzei Wiślanej wraz z oprogramowaniem, 2007 (sprawozdanie techniczne). [3] Gutelius B., High performance airborne lidar for terrain and bathymetric mapping technologies, Integrating remote sensing at the global, regional and local scale : Pecora 15/ land satellite information IV conference and ISPRS commission 1 midterm symposium/fieos, [4] Moore K. D., Jaffe J. S., Ochoa B. L.: A New Bathymetric Laser Imaging System; dostęp on-line 2008: jaffeweb.ucsd.edu/pages/instruments/lls/poster.pdf. [5]Dietrich W. E., Wilson C.J., Montgomery D.R., McKean J.: Analysis of erosion thresholds, channel networks, and landscape morphology using a digital terrain model, Journal of Geology, [6]Quinn P., Beven K., Chevallier P., Planchon O.: The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modelling using digital terrain models, Hydrological Processes, V.5/1, ss , NUMERIC MODEL OF VISTULA SPIT AREA AND SEA BED REPORT ON ORIGINAL APPLICATION Summary The report presents the manner of special data preparation for the needs of Feasibility Study of Navigation Channel across the Vistula Spit limiting the report subject theme to issues connected with original PROFILER application. The authors describe methods of data acquiring for the construction of a numeric model of the Vistula Spit area and coastal zone of the Baltic Sea and the Vistula Bay. In the scope of presentation of PROFILER application its functionality and utilization for investment process in the scope of feasibility Study is presented.