Меркенов А.Е., Курмангожина М.Д., Амангельдинов Е.М.
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА СОЗДАНИЯ 3D МОДЕЛИ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ АЭРОФОТОСЪЕМКИ *
Аннотация:
автоматизированный метод создания трехмерных моделей городских территорий на основе данных аэрофотосъемки представляет собой важное направление в области геоинформационных технологий. В данной статье представлен подробный анализ процесса разработки и реализации автоматизированного подхода к созданию 3D-моделей городских территорий с использованием программного обеспечения ArcGIS. Метод основан на использовании зональной статистики для присвоения высотных значений объектам на основе данных Цифровой Модели Рельефа (ЦМР) и Цифровой Модели Местности (ЦММ). Приведенный метод позволяет существенно сократить временные и человеческие ресурсы, необходимые для создания 3D-моделей, а также повысить точность и надежность получаемых результатов. Исследование подчеркивает важность автоматизации процесса создания 3D-моделей для оптимизации городского планирования, управления территориями и улучшения качества принимаемых решений в сфере городского развития.
Ключевые слова:
автоматизация, 3D моделирование, городские территории, аэрофотосъемка, анализ данных, геоинформационные технологии, программное обеспечение ArcGIS, зональная статистика, высотные данные, городское планирование, управление территориями
В настоящее время современные технологии аэрофотосъемки стали основным инструментом для создания детальных 3D-векторных моделей городских территорий, особенно с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Эти модели основаны на данных цифровой модели рельефа (ЦМР) и цифровой модели местности (ЦММ), полученных в результате аэрофотосъемки. Такой подход открывает новые перспективы для эффективного управления городскими ресурсами и стратегического планирования развития инфраструктуры. В данной статье рассматривается процесс создания трехмерных векторных моделей и анализируются преимущества, которые предоставляют такие 3D-векторные модели. Также определяется их значимая роль в оптимизации управления городскими территориями. Традиционные методы, такие как лазерное сканирование или использование спутниковых снимков, могут быть дорогостоящими и сложными в осуществлении.Однако, с появлением современных технологий аэрофотосъемки и развитием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), этот процесс стал более доступным и эффективным. БПЛА могут быть относительно недорогими в эксплуатации и позволяют снимать высококачественные изображения с воздуха. Такие изображения могут быть обработаны с использованием специализированного программного обеспечения для создания трехмерных векторных моделей.Этот подход значительно снижает затраты на создание трехмерных моделей городских территорий и делает их более доступными для широкого применения. Кроме того, он обеспечивает более высокую детализацию и точность моделей, что делает их ценным инструментом для управления городскими ресурсами, планирования развития инфраструктуры и принятия стратегических решений.Несмотря на технический прогресс, эффективная обработка информации и переход к автоматизированным методам является проблемой, особенно при обработке больших объемов данных аэрофотосъемки с высокой точностью и эффективностью. Разработка эффективных методов сокращения времени и людских ресурсов для проведения исследований и интеграции результатов в системы управления является настоятельной необходимостью. Автоматизированные методы обработки имеют решающее значение для сокращения временных затрат и повышения точности. Оптимизация временных и человеческих ресурсов имеет важное значение, поскольку традиционные методы требуют значительного вмешательства человека и времени. Автоматизированные методы, способные выполнять повседневные операции, снижают необходимость вмешательства человека и ускоряют создание векторных 3D-моделей.Современные технологии аэрофотосъемки в сочетании с программным обеспечением (ПО) ArcGIS предоставляют уникальные возможности для создания детализированных 3D-векторных моделей городских территорий. Однако процесс создания этих моделей по-прежнему вызывает серьезную проблему, особенно в отношении данных о высоте.Проблема с ручным назначением высот:На практике создание 3D-векторных моделей городов сталкивается с серьезными проблемами в таких масштабах, как, например, город Астана, общая площадь которого превышает 750 квадратных километров. Традиционный метод включает в себя ручное назначение высот для каждого объекта в городе. Готовые оцифрованные векторные данные и продукты аэрофотосъемки интегрируются в ПО ArcGIS. Однако создание 3D-векторной модели вручную на базе этих данных для нескольких тысяч объектов сопряжено с значительными затратами времени и ресурсов.Процесс ручного присвоения высот осуществляется следующим образом:1. Создание полей атрибутов: для каждого объекта в городе в таблице атрибутов создаются поля атрибутов для значений минимальной и максимальной высоты (Рис. 1).Рис. 1. Поля минимальной и максимальной высоты объектов в городской среде.2. Присвоение минимальных высот: с помощью идентификатора карты отображаются данные о высоте, содержащие в ЦМР, для передачи минимальных высот объектам в городе (Рис. 2).Рис. 2. Отображение данных минимальной высоты с использованием идентификатора карты.3. Присвоение максимальных высот: с помощью идентификатора карты отображаются данные о высоте, содержащие в ЦММ, для передачи максимальных высот объектам в городе (Рис. 3).Рис. 3. Отображение данных максимальной высоты с помощью идентификатора карты.4. Заполнение данных вручную: все полученные данные вручную записываются в таблицу атрибутов, копируются и вставляются в соответствующие ячейки объектов (Рис.4).Рис. 4. Заполнение данных вручную: ввод данных о высоте вручную в таблицу атрибутов.Этот подход требует значительного количества времени и человеческих ресурсов, особенно при работе с обширными территориями. Ручное присвоение высот ограничивает эффективность процесса создания 3D-векторных моделей и препятствует масштабированию метода на уровне всего города. Решение этих задач предполагает изучение и внедрение автоматизированных методов обработки данных, что в будущем станет ключевым аспектом оптимизации и ускорения процесса создания 3D векторных моделей городских территорий.Передовые методы аэрофотосъемки в сочетании с программным обеспечением позволяют осуществлять автоматизированную передачу высоких данных на объекты городской территории. Этот автоматизированный подход направлен на оптимизацию процесса создания 3D-векторных моделей и решение задачи ручного присвоения высот. Автоматизированный метод, основанный на зональной статистике, является эффективным решением проблем, связанных с обработкой больших объемов данных.Процесс автоматизированного метода присвоения высот осуществляется следующим образом:1. Подготовка данных: к ПО ArcGIS добавляются оцифрованные двумерные векторные данные на область интереса и продукты аэрофотосъемки (данные ЦМР и ЦММ).2. Создание полей атрибутов: аналогично методу ручного присвоения на первом этапе, в таблице атрибутов создаются поля для минимальной и максимальной высоты каждого объекта. 3. Инструмент зональной статистики: в ПО ArcGIS, инструмент зональной статистики является мощным инструментом для анализа пространственных данных в определенных областях. Этот инструмент позволяет рассчитывать различные статистические показатели в заданных областях на основе значений растровых данных. Зональная статистика часто используется в контексте анализа геопространственных данных, таких как модели рельефа, зашифрованные аэрофотоснимки и другие.Инструмент зональной статистики записывает минимальные и максимальные высоты в пределах каждого объекта на основе идентификационных номеров объектов из растровых данных (ЦМР и ЦММ) (Рис.5).Рис. 5. Использование инструмента зональной статистики.4. Формирование дополнительной таблицы: для каждого объекта создается отдельная запись в дополнительной таблице с идентификационным номером объекта, минимальными и максимальными значениями высоты.5. Связь двух таблиц: основная таблица связана с атрибутами объектов и дополнительная таблица на основе идентификационного номера (рис. 6).Рис. 6. Использование окна подключения.Автоматизированный метод обработки данных дает несколько важных преимуществ. Во-первых, это значительно снижает затраты времени и человеческого ресурса за счет ускорения процесса создания 3D-векторных моделей. Во-вторых, он позволяет эффективно работать с обширными городскими территориями, что является трудоемким при использовании ручных методов. Этот подход вносит важный вклад в разработку методов аэрофотосъемки и создание геопространственных моделей для улучшения городского планирования и управления городскими территориями.В ходе исследования были выявлены основные трудности, с которыми сталкиваются методы присвоение высотных значении при формировании 3D векторных моделей городских территорий. Одна из основных проблем – необходимость обрабатывать большие объемы данных и вручную назначать значения высоты объектам.В рамках исследования внедрены методы автоматизации присвоение высоты, основанные на зональной статистике в ПО ArcGIS, успешно демонстрирующие их эффективность. Эти подходы значительно снижают потребность в ручном вмешательстве, сокращают время обработки данных и повышают точность результатов. Обсуждение преимуществ таких методов показывает их важность в оптимизации процесса создания 3D-моделей городских территорий.Однако важно отметить ограничения предлагаемых решений, такие как зависимость от входного качества и необходимость тщательной настройки параметров автоматизированных методов.
Номер журнала Вестник науки №4 (73) том 1
Ссылка для цитирования:
Меркенов А.Е., Курмангожина М.Д., Амангельдинов Е.М. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА СОЗДАНИЯ 3D МОДЕЛИ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ АЭРОФОТОСЪЕМКИ // Вестник науки №4 (73) том 1. С. 478 - 487. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13736 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+