ОБ ИЗОЛИНИИ ВЫСОТ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ ГОРНЫХ УЧАСТКОВ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

АННОТАЦИЯ

В данной статье описаны проблемы, связанные с использованием изолиний высот на  топографических картах. Основное внимание уделялось высотной составляющей, на основе которой проводятся горизонтали.  Вопросы нанесения изолиний фотограмметрическим способом говорится в этой работе. Приведены программные средства для построения цифровых карт и пространственных моделей рельефа. Анализируется, что  точность модели определяется масштабом исходной карты и сложностью рельефа. Графически представлено уточнение топографической карты с помощью “Photoshop”. Для снижения ошибки векторизации предлагается произвести обработку контурных линий и линейных объектов на основе геоинформационных  технологий.

ABSTRACT

This article describes the issues of using contour lines of heights in topographic maps. The main attention is paid to the height component, on the basis of which the horizontals are formed. The issues of drawing lines by the photogrammetric method are discussed in the work. The software tools for building digital maps and spatial terrain models are briefly described. It is analyzed that the accuracy of the model is determined by the scale of the original map and the complexity of the relief. The refinement of the topographic map with the help of the graphic editor "Photoshop" is given. To reduce vectorization errors, it is proposed to process contour lines and linear objects using special software tools.

Ключевые слова: топографическая карта, изолинии, программные средства,  рельеф местности, цифровая модель.

Keywords:  topographic map, contour line, program tools, relief, digital model

Введение

В [5] говорится о точности исходных данных при построении цифровой модели рельефа (ЦМР) с помощью ГИС “ПАНОРАМА”. В этой работе особое внимание уделялось топографическим картам, составленным фотограмметрическим способом на аэрогеодезических предприятиях. Также приведены  некоторые результаты ЦМР горных и  особо важных участков Республики Узбекистан. Позже появилась работа [1], где детально анализируется методика оцифровки в ГИС  и теоретические основы полиномов n – степени при оцифровке. Однако в этих публикациях мало обращено внимание точности объектов. Эти карты получены из архива геодезических подразделений в бумажном формате  или же из интернета в формате .jpg, которые были отсканированы без соблюдения технических требований [12]. Тем не менее, исходные данные в виде топографических карт являются единственными и надежными материалами при инженерно-изыскательских работах горных участков Республики Узбекистан.  

Горные районы  представляют собой обширную часть Центральной Азии, разделенными между собой крупными тектоническими разломами. Соответственно, производство топогеодезических работ в этих местах существенно отличается как по времени, так и по точности. Если учесть, что по ним проходят границы, дорожные сети и другие важные объекты, то важность и актуальность ЦМР  является бесспорным [7]. Наиболее чувствительной к точности ЦМР является высота пункта, которая получена тригонометрическим нивелированием или фототеодолитной съемкой. Топографические карты горных районов были составлены в 1960-1980гг. по материалам аэрофотосъемки, которые не обновлялись  и не редактировались до настоящего времени.

В настоящее время создание и обновление карт выполняется на основе данных дистанционного зондирования Земли и наземного лазерного сканирования. Несмотря на то, что имеются современные спутниковые изображения Земной поверхности, полученные с помощью специальных фотокамер,  возникает задача об исследовании точности этих данных. Решение этой проблемы связано с  техническими возможностями оборудований и программных средств. Особенно это касается таких элементов, как горизонтали, изображения которых представляют линий различной толщины с размытыми контурами, что отрицательно влияет на процесс векторизации [4]. На некоторых картах границы административных областей  изображены не четко, а в некоторых местах даже отсутствуют. В таких случаях графические работы, связанные с определением площадей,  являются приближенными. Корректировка и нанесение границ с помощью специальных программ приводит к эффективности геодезических работ при построении спутниковой геодезической сети  исследуемого района. Одним из оптимальных решений этой проблемы является обработка отсканированных данных с помощью специальных программных средств или же графических редакторов “Photoshop”. Такие программные редакторы были разработаны с учетом всевозможных цветовых или спектральных комбинаций, позволяющих улучшить исходный материал для решения прикладных задач [8]. При этом  следует соблюсти основные требования к цифровым картам, учитывая физико-географические условия горных районов, а также должны содержать максимально точно описание расположение реальных объектов в принятой системе координат и их семантических характеристик.

В данной статье описаны некоторые элементы топографической карты, которые нанесены с техническими ошибками, а также возможности редактора “Photoshop” при восстановлении изображений линий  границ областей и улучшении качества нанесения изолиний. Такая процедура работ выполняется при проведении лабораторных работ с помощью ГИС “Панорама” в национальном университете  Узбекистана [6].  

Топографические карты

Поскольку основным элементом при формировании границ является линия в виде пунктира или сплошной линии, то здесь описаны методы нанесения горизонталей и программные средства, используемые при фотограмметрических работах.

Рисунок 1.   Фрагмент топографической карты

Отсканированная карта (рис.1), которая представляется в виде растра, должна отвечать требованиям, предъявляемым к стандартному формату изображений. Растровая карта должна быть отсканирована из оригинала с разрешением не менее 400 точек на дюйм (dpi), где основным условием является привязка к системе координат, используемых в данном регионе. Погрешность нанесения горизонталей колеблется в диапазоне 0.1 - 0.8 мм, допустимое среднее смещение составляет 0.5мм сечения. Точность модели определяется масштабом и сложностью рельефа, что требует решения задачи об интерполяции ее поверхности, которая представляется как функция двух переменных x,y. На практике исходный рельеф задается в виде пикетных точек, полученных с помощью тахеометрической съемки. В ГИС существует модуль, обеспечивающий преобразование изолиний в регулярную сетку или триангуляционную сеть, используя метод векторизации и сегментации (рис.2).

В аэрогеодезических предприятиях горизонтали наносятся стереофотограмметрическим способом по  результатам  полевых геодезических  измерений и данным аэрофотосъемки. Эта процедура нанесения достигла такого совершенства и автоматизма, что стали все меньше обращать внимание на систему относимости, в результате  на некоторых картах отсутствуют изолинии или линии административных делений районов.

Рисунок 2. Фрагмент границы двух областей

Восстановление или редактирование границы возможно в том случае, если известны координаты точек, находящихся между двумя районами. Для этого наиболее эффективным способом является использование данных Earth Map.

В первую очередь, следует учесть плотность проведения горизонталей, которая зависит от наклона рельефа и крутизны ската. Эта зависимость в виде диаграммы или графика представлена на топографических картах масштаба 1:100000–1:500000, которые расположены на сайте https://satmaps.info/genshtab.php.

Технические средства

На первых этапах создания цифровых карт были реализованы собственные разработки специалистов геодезических организаций и использованы модули стандартной программы SURFER [2]. Оригинальный программный комплекс “ОАЗИС” был составлен аэрогеодезическим предприятием Республики Узбекистан. Это первая многофункциональная программа в ЦА, предназначенная решать основные геодезические и картографические задачи. К сожалению, из-за ограниченности финансирования и несовместимости формата геодезических данных, работа была временно приостановлена.

С внедрением современных геоинформационных технологий (INTERGRAPH, TERRA VISTA, PHOTOMOD, ARCGIS, PANORAMA и другие) процесс подготовки стал более универсальным. Весь технологический цикл, от полевых измерений до получения конечного продукта, занимает минимум времени по сравнению с традиционными методами [10].

Для выполнения подготовительных работ используют современные плоттеры широкого формата, с помощью которых можно распечатать цифровую топографическую карту заданного региона. Поскольку в мелкомасштабных картах горных районов горизонтали проведены близко друг к другу [9], то распечатка в крупном масштабе позволит оценить некоторые аспекты инженерных работ, связанных с проектированием особо важных сооружений.  

Анализ результатов

Анализ результатов векторизации изолиний высот показал, что, чем сложнее рельеф местности, тем больше точек оцифровки приходится использовать в ГИС. В результате получается ЦМР, который соответствует реальной местности. Если изолинии изображены расплывчато, то приходится использовать возможности “Photoshop CC”. Выбранный участок, который расположен на соответствующей номенклатуре, должен быть в одной координатной системе. Это позволит более корректно составить схему проектирования инженерно-строительных сооружений в горной местности.  

а)                                             б)

Рисунок 3. Высотная составляющая и горизонтали  (а-оригинал, б – обработка на “Photoshop CC”)

Из рисунка видно, что фрагмент карты, обработанный с помощью “Photoshop CC”, имеет яркие изолинии по сравнению с оригиналом карты. Соответственно, процесс векторизации займет меньше времени и будет более эффективным [3,12].

В заключении можно сделать вывод о том, что использование различных программных средств и графических редакторов создает основу для оптимального решения топографо-геодезических задач, а также формирования точных ЦМР.

Список литературы:

1. Абдумуминов Б. Анализ сегментации при проектировании цифровой модели рельефа/Б. Абдумуминов, Д. Назирова, Р. Миртолипов // Вопросы науки и образования. – 2020. – №15(99). – С.103-108.
2. Гулямова Л.Х., Мирмахмудов Э.Р., Абдумаликов Д.Х., Олтибоев Д. Создание трехмерных моделей рельефа окрестности рудника Ауминзо-Амантайтау // Вестник науки. Международный научный журнал. Тольятти. 2021.Т.4, №10(43). С.152-162.
3. Кошкарев А.В. Цифровое моделирование рельефа // Морфология рельефа (под ред. Д.А. Тимофеева и Г.Ф. Уфимцева). М.: Научный мир. – 2004. – С.103–122.
4. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков/И.К. Лурье. – М.: Изд-во КДУ, 2008. – 424с.
5. Мирмахмудов Э.Р., Гулямова Л.Х., Щукина О.Г. О точности исходных данных для построения цифровой модели рельефа / Вестник науки. Сборник статей по материалам II - Международной научно-практической конференции. Уфа, 3 июля 2020. С.76-86.
6. Мирмахмудов Э.Р., Абдумуминов Б.О. Построение 3D модели рельефа в ГИС ПАНОРАМА по топографическим картам / Методическое указание.Ташкент.: Университет. 2021.-38с.
7. Мирмахмудов Э.Р., Ковалев Н.В., Олтибоев Ж. М. Анализ математической основы топографических карт горных районов Республики Узбекистан / Международный научно-практический журнал. Глобальные науки и инновации 2021. Нурсултан, Казахстан. 2021.
8. Скотт К. Adobe Photoshop CS6: Справочник по цифровой фотографии.Изд. Диалектика.-464с.
9. Составление и подготовка к изданию топографических карт масштабов  1:200000, 1:500000. – М.: Редакционно-издательский отдел ВТС, 1980. – 132с.
10. Хромых В.В. Цифровые модели рельефа. Учебное пособие / В.В. Хромых, О.В. Хромых. – Томск: Изд-во «ТМЛ-Пресс», – 2007. – 178c.
11. Хлебникова Т. А. Моделирование и пространственный анализ в ГИС. Цифровое моделирование рельефа в ГИС «Панорама»: учеб.- метод. пособие / Т. А. Хлебникова, С. Р. Горобцов. – Новосибирск: СГУГиТ, 2018. –70 с.
12. Электронный ресурс https://satmaps.info/genshtab.php.