Zastosowanie metody interpolacji warstwic do tworzenia NMT. dr inż. Ireneusz Wyczałek Zakład Geodezji POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Transkrypt

1 Zastosowanie metody interpolacji warstwic do tworzenia NMT dr inż. Ireneusz Wyczałek Zakład Geodezji POLITECHNIKA POZNAŃSKA

2 Zastosowanie metody interpolacji warstwic do tworzenia Numerycznego Modelu Terenu PLAN REFERATU 1. Obiekt testowy 2. TIN i wybrane NMT obiektu testowego 3. Geodezyjna metoda interpolacji warstwic 4. Mapy warstwicowe z typowych programów geodezyjnych 5. Własne rozwiązanie bazujące na metodzie interpolacji 6. Algorytm obliczeniowy 7. Aplikacja informatyczna 8. Zasadnicze czynności przygotowawcze 9. Wyniki kolejnych etapów modelowania 10. Ocena dokładności modelu 11. Porównanie różnych wariantów modelowania 12. Porównanie wyników z modelami GIS-owskimi

3 Obiekt testowy Obiekt fikcyjny obejmujący rozszerzający się grzbiet, ciek, podnóże stoku oraz rów Na obszarze 360 x 460 m, zróżnicowanym w granicach 8 m, dane są 22 pikiety (3D) oraz szkic linii szkieletowych i krawędziowych, jak poniżej:

4 TIN i NMT obiektu testowego TIN IDW (wszystkie pt) IDW (6p) spline (napięcie) kryging spline

5 Geodezyjna metoda interpolacji warstwic 1) Połączenie punktów zgodnie ze szkicem polowym, obejmującym linie szkieletowe, krawędzie i uskoki, spadki oraz wydzielone powierzchnie ukształtowane sztucznie; 2) Interpolacja wzdłuż linii łączących pikiety (połączenia metodą najmniejszych odległości lub największych spadków); 3) Warstwice krzywoliniowo, z zachowaniem prostopadłości do linii szkieletowych oraz przy zapewnieniu zasady współkształtności; 4) Uwzględnienie charakteru formy terenowej:

6 Mapy warstwicowe z typowych programów geodezyjnych Warstwice na modelu TIN Geo-Info MikroMap C-GEO

7 Własne rozwiązanie bazujące na wnioskach płynących z metody interpolacji warstwic 1. Model opiera się na bokach trójkątów; 2. Powierzchnia modelu jest pozioma na liniach szkieletowych; 3. Krzywizna terenu jest modelowana między bokami; 4. Powierzchnie sztuczne pozostają płaskie.

8 Własne rozwiązanie bazujące na wnioskach płynących z metody interpolacji warstwic 1. Sposób przebiegu interpolacji; 2. Zmienne parametry powodują zmianę krzywizny.

9 Algorytm obliczeniowy Schemat blokowy algorytmu START TeMCA modelującego teren Wczytaj punkty Wczytaj linie N-krotnie Utwórz TIN Czy zmienić boki? N Czy zmienić formę terenu? N OCENA DOKŁADNOŚCI URUCHOM AUTOMAT T KONIEC T T N Oszacować dokładność? N ZAMIANA BOKÓW ZAMIANA LOKALNEJ FORMY TERENU Zapisać raster? ZAPIS T

10 Aplikacja informatyczna Okna i panel sterowania programu TeMCA

11 Zasadnicze czynności przygotowawcze Niezbędne działania na wstępnie wygenerowanej siatce trójkątów: 1) zmiana ukształtowania siatki trójkątów 2) definicja / zmiana typu linii: a) globalnie b) lokalnie dla danej linii 3) wybór / ustalenie skali barwnej dla linii 4) ustalenie parametrów wygładzania

12 Wyniki kolejnych etapów modelowania Etap wstępny: TIN Etap I: interpolacja wierszami Etap II: wygładzanie w wierszach Etap III: wygładzanie między wierszami Etap IV: analiza zbieżności wygładzania

13 Porównanie różnych wariantów modelowania Wariant 1: Ostre grzbiety Wariant 2: Umiarkowane grzbiety Wariant 3a: Płaskie grzbiety, p=4 Wariant 3b: Płaskie grzbiety, p=1 Wariant 3c: Płaskie grzbiety, p=9 Różnica p1-p4 Różnica p4-p9 Różnica p4-u4 Różnica p4-o4

14 Ocena dokładności modelu Schemat blokowy START T Czy są punkty kontrolne? N Wygeneruj ICP losowo Czy mają wysokości? Oblicz różnice v H = H MOD - H REF Oblicz parametry statystyczne Wygeneruj histogram przedziałowy Wygeneruj mapę błędów T Koniec N Czy jest NMT referencyjny? T Oblicz wysokości ICP Odczytaj lub zadaj wysokości ICP N T Czy masz plik wysokości? T Wczytaj ICP z pliku Zdefiniujesz ręcznie? N N Wygeneruj wysokości ICP na podstawie N(σ)

15 Ocena dokładności modelu 1. Porównanie ze zbiorem punktów odniesienia pomierzonych lub określonych innym sposobem (np. z mapy warstwicowej)

16 Ocena dokładności modelu 2. Porównanie z modelem określonym z wyższą dokładnością (np. LiDAR)

17 Ocena dokładności modelu 3. Porównanie z modelem wygenerowanym w oparciu o dane statystyczne opisujące błędy pomiaru

18 Porównanie modelu TIN z wynikiem wersji o4

19 Porównanie modelu spline 6T z wynikiem wersji o4

20 WNIOSKI 1. Rastrowe metody modelowania terenu dają zróżnicowane wyniki; 2. Geodezyjno-topograficzna metoda interpolacji warstwic w oparciu o rozproszone punkty jest dobrą i sprawdzoną metodą reprezentacji powierzchni terenu na mapie; 3. Brakuje sprawdzonych metod realizacji metody geodezyjno-topograficznej; 4. Metoda bazująca na teorii automatów komórkowych realizuje zasady interpolacji geodezyjno-kartograficznej traktując model jako cel interakcji automatów z ich otoczeniem zewnętrznym; 5. Warianty definicji obszarów o różnych cechach stwarzają warunki do optymalizacji definicji formy; 6. Wyniki modelowania wykazują duże zróżnicowanie względem rastrowych metod interpolacji lub aproksymacji, implementowanych standardowo w GIS; 7. Metoda przeznaczona jest do modelowania terenu w warunkach miejskich, mocno przekształconego przez człowieka, z dużym udziałem powierzchni sztucznych, z uskokami i nieregularnymi zmianami formy.

21 Zastosowanie metody interpolacji warstwic do tworzenia Numerycznego Modelu Terenu DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ dr inż. Ireneusz Wyczałek Zakład Geodezji POLITECHNIKA POZNAŃSKA