Menu

Cyfrowy model terenu w Autodesk Land Desktop

W poprzednim numerze opisane zostały możliwości importu współrzędnych punktów do programu Autodesk Land Desktop 3. Dziś nadszedł czas na omówienie narzędzi do tworzenia cyfrowego modelu terenu przy wykorzystaniu tych punktów.
Wprowadzone do projektu i odpowiednio pogrupowane punkty stanowią w programie Land Desktop podstawę do budowy cyfrowego modelu terenu, definiowania linii nieciągłości oraz tworzenia obiektów powierzchniowych, liniowych i punktowych.
Budowanie cyfrowego modelu terenu
Cyfrowy model terenu (DTM) tworzony przez Land Desktop jest powierzchnią składającą się z trójkątnych płaszczyzn łączących sąsiednie punkty z bazy punktów COGO. Stąd wynika wniosek, że im więcej punktów zawiera model terenu, tym bardziej jest on dokładny. Nie ma przy tym obawy o przeciążenie programu zbyt dużą liczbą punktów, ponieważ są one składowane w zewnętrznej bazie danych i ich ilość nie ma wpływu na prędkość pracy z projektem. Większą dokładność modelu terenu osiąga się dodatkowo przez uwzględnienie w modelu linii nieciągłości, granic terenu, warstwic, a nawet plików zawierających cyfrowy model wysokościowy (DEM).
Proces budowy modelu terenu należy rozpocząć od stworzenia nowego modelu i jego nazwania w Eksploratorze modelu terenu. Następnie określa się punkty definiujące kształt terenu. Opisana w poprzednim numerze możliwość grupowania punktów pozwala na oddzielenie punktów określających rzeźbę terenu od innych punktów charakterystycznych opisujących elementy takie jak drzewa, ogrodzenia, granice działek, osie jezdni itp. Model można utworzyć na podstawie zadeklarowanych grup punktów lub bezpośrednio na podstawie pliku ze współrzędnymi pomierzonych punktów.gis_ldt2_1Kolejnym, bardzo istotnym krokiem jest określenie wszystkich niezbędnych linii nieciągłości terenu określających skarpy, cieki wodne, linie kolejowe itp. Są one bardzo istotne w procesie budowy modelu terenu, ponieważ model ten jest jedynie cyfrowym przybliżeniem rzeczywistego kształtu terenu, a linie nieciągłości pozwalają uniknąć błędów i przekłamań związanych z modelowaniem okolic skarp oraz zapewniają właściwe odzwierciedlenie ich kształtu w modelu. Program pozwala na definicję linii nieciągłości na podstawie punktów, polilinii 2D lub 3D, linii 3D, a także na ich import z zewnętrznego pliku. Możliwe jest również stworzenie tzw. sąsiadujących linii nieciągłości – linii znajdujących się w pobliżu wcześniej zdefiniowanych linii nieciągłości, które dodatkowo zwiększają dokładność modelu.
Następnym elementem, służącym do budowy modelu terenu są warstwice. Mogą być one jedynym źródłem danych dostępnych do budowy modelu lub tylko dodatkowym elementem uszczegóławiającym DTM. Jeżeli jedynymi dostępnymi danymi do budowy terenu są polilinie 2D ukazujące rozkład warstwic w terenie, można ich użyć do budowy modelu. Program posiada narzędzia do digitalizacji lub szybkiego przekształcenia płaskich krzywych w polilinie 3D i stworzenia na ich bazie warstwic. Jeżeli dane do budowy modelu nie zawierają warstwic, program może je wygenerować z modelu terenu utworzonego wcześniej na bazie pomierzonych punktów. Menedżer stylów warstwic pozwala określić ich przyszły wygląd – czy będą złożone z polilinii czy z krzywych, jaki będzie stopień ich wygładzania, czy będą automatycznie opisywane oraz jaki będzie wygląd etykiet z opisami. Utworzone w ten sposób warstwice mogą być poddane mechanizmom edycyjnym, opisane i użyte do zwiększenia dokładności modelu terenu, a także do umieszczenia ich na mapie.
gis_ldt2_2Przydatnymi obiektami budowy modelu terenu są jego granice. Ich utworzenie na podstawie polilinii łączącej punkty zewnętrzne modelu pozwala na dalsze zwiększenie jego dokładności. Definicja granic jest również bardzo korzystna, gdy zachodzi potrzeba ograniczenia zakresu obliczeń jedynie do fragmentu rozległego modelu terenu. W takim przypadku nie ma potrzeby pracochłonnego wyodrębniania punktów wchodzących w skład wycinka modelu. Potrzebny fragment buduje się na bazie wszystkich punktów ograniczając go jedynie granicą, którą można dokładnie określić kreśląc polilinią wymagany kształt.
Ostatnim składnikiem mogącym posłużyć do budowy modelu terenu jest cyfrowy model wysokościowy (DEM) – plik zawierający informację o rzeźbie terenu w postaci współrzędnych X,Y,Z pozyskanych z terenu na bazie siatki o równym odstępie (zazwyczaj 30m). Pliki DEM są cennym źródłem danych dla procesów planowania i inżynierii, które nie wymagają takiej precyzji jak choćby pomiary gruntów i w niektórych przypadkach eliminują potrzebę dodatkowych pomiarów. Zazwyczaj precyzja danych zawartych w plikach DEM nie jest wystarczająca przy projektach małej skali, ale jest ona idealna dla projektów dużej skali i analiz takich, jak badania hydrologiczne czy planowanie korytarzy autostrad i rurociągów.
Zgromadzenie i przyporządkowanie do nowo-zdefiniowanego modelu wszystkich potrzebnych obiektów pozwala na rozpoczęcie procesu jego budowy. Wystarczy w oknie dialogowym zaznaczyć składniki, na podstawie których program utworzy DTM. Nie jest oczywiście obowiązkowe uwzględnianie wszystkich z opisanych elementów (jak choćby pliku DEM). Proces budowania modelu terenu może składać się z kolejnych kroków uwzględniających coraz większą ilość elementów i zwiększających jego dokładność. Przykładowy sposób modelowania terenu może być następujący: pierwsze przybliżenie uwzględnia jedynie pomierzone w terenie punkty; drugi proces budowy zawiera dołączone linie nieciągłości i granice terenu; na bazie zbudowanego terenu program tworzy wygładzone warstwice, które są uwzględniane w trzecim przybliżeniu modelu. Program pozwala na tworzenie w jednym projekcie wielu modeli oraz na ich wielokrotne przebudowywanie i uszczegóławianie w miarę potrzeb.
Należy jeszcze wspomnieć o zestawie narzędzi wspomagających edycję terenu, jakie oferuje program. Do dyspozycji są funkcje dodawania, usuwania i edycji punktów, operacji na liniach (dołączanie linii 3D, dodawanie i usuwanie linii 2D), funkcje edycji całości modelu terenu (minimalizacji płaskich płaszczyzn, dodawania i usuwania granic, podnoszenia i obniżania całego terenu, łączenia modeli). Możliwa jest również manualna ingerencja w położenie krawędzi pomiędzy trójkątami siatki odzwierciedlającej teren tak, aby linie załamania terenu były zgodne z warstwicami.Wizualizacja modelu terenu
Ocena poprawności i dokładności zbudowanego modelu terenu oraz jego profesjonalna prezentacja jest możliwa jedynie wtedy, gdy dysponuje się odpowiednimi narzędziami do wizualizacji projektu. Autodesk Land Desktop zawiera całą gamę narzędzi do wyświetlania i prezentacji modelu i danych z nim związanych. Najprostszy sposób wyświetlania to szybki podgląd siatki 3D, usuwany z rysunku po przerysowaniu lub regeneracji widoku. Ponadto program oferuje prezentację modelu w postaci powierzchni złożonej z osobnych płaszczyzn 3D, siatki 3D oraz wielokątów 2D. Użycie jednej z tych metod zależne jest od późniejszego zastosowania modelu terenu (np. eksport do innego programu). Możliwe jest również ukazanie modelu terenu jako regularnej siatki o zadanym odstępie, składającej się z polilinii lub płaszczyzn.
Ciekawym sposobem ilustracji modelu jest hipsometria, czyli widok oznaczający innymi kolorami obszary położone na różnych wysokościach. Program pozwala na określenie zakresu wysokości, ilości podziałów oraz ich granic i kolorów, podpowiadając przy tym minimalną i maksymalną wysokość punktów w terenie. Widok hipsometryczny może być reprezentowany w postaci siatki 3D lub płaskich wielokątów.

gis_ldt2_3
Kolejną prezentacją modelu, którą warto szerzej omówić, jest widok oznaczający innymi kolorami spadki terenu o różnych kątach nachylenia. Tak jak w przypadku hipsometrii, program pozwala na określenie zakresu wysokości, ilości podziałów oraz ich granic i kolorów. Widok ten może być reprezentowany w postaci siatki 3D lub płaskich wielokątów, a także w postaci gradientów, czyli wektorów określających kierunki i wielkości spadków.
Bardzo użyteczną funkcją, jaką oferuje program, jest możliwość szybkiego wymazania, zamrożenia i odmrożenia warstw, na których znajdują się widoku modelu. Pracę dodatkowo ułatwia fakt, że narzędzie to posługuje się przyjaznymi nazwami widoków, a nie nazwami warstw.

gis_ldt2_4

Analiza modelu terenu
Odpowiednie wyświetlenie modelu terenu pozwala na jego wstępną wizualną analizę. Można w ten sposób szybko określić obszary znajdujące się na określonej wysokości, położenie wyjątkowo dużych nachyleń terenu lub przybliżone strefy kumulacji wód opadowych. Ale to nie wszystko, co oferuje Land Desktop.
Podczas budowania modelu program udostępnia szereg danych statystycznych dotyczących terenu. Wśród nich można znaleźć wartości maksymalnej, minimalnej i uśrednionej wysokości punktów w terenie, wartości maksymalnego, minimalnego i uśrednionego nachylenia terenu, zakres współrzędnych, powierzchnię 2D i 3D terenu, ilość punktów w modelu oraz ilość i maksymalną powierzchnię trójkątów siatki modelu. Z danych tych bezpośrednio wynika wielkość modelu i stopień zagęszczenia w nim punktów, co pozwala określić czy model został sporządzony z precyzją właściwą dla potrzeb danej inwestycji.
Ponadto po utworzeniu modelu dostępne są narzędzia do wykonywania przekrojów. Program oferuje funkcję generacji serii przekrojów przez teren wzdłuż zadanych linii wraz z możliwością próbkowania wysokości i obliczeń objętości. Przydatny w pracy jest również tzw. szybki przekrój. Widoczny jest on w dodatkowym oknie i uaktualnia się dynamicznie po zmianie położenia linii przekroju. Przekroje wspomagają sprawdzenie poprawności wykonanych pomiarów i metod tworzenia modelu terenu. Wskazują również krytyczne miejsca (np. niedokładnie odwzorowane skarpy), w których konieczne jest uwzględnienie dodatkowych linii nieciągłości.
Istotnym narzędziem, jakie oferuje Land Desktop, jest obliczanie zlewni, czyli określanie obszarów, które przyjmą wodę opadową z obszarów sąsiednich. Obliczone zlewnie prezentowane są w formie zestawienia uwzględniającego numer, powierzchnię obszaru, objętość i wysokość maksymalnej ilości przyjętych opadów oraz obszarów, do których przelewa się woda opadowa, o ile takie istnieją. Zestawienie takie może być skopiowane do innego programu lub przeniesione na rysunek. W takim wypadku za pomocą różnych kolorów można odróżnić obszary płaskie, obszary kumulujące opady oraz obszary z wieloma odpływami wody. Pozwala to na analizę odpowiedniego odwodnienia terenu, a także ma wpływ na sposób podziału terenu na działki oraz przeznaczenia terenu pod inwestycje drogowe lub kolejowe.
gis_ldt2_5Autodesk Land Desktop pozwala na szybkie utworzenie cyfrowego modelu terenu o zadanej dokładności, a następnie na jego ukazanie w wielu widokach zapewniających kontrolę poprawności odzwierciedlenia i uwypuklających jego wymagane cechy. Należy jednak pamiętać o tym, że profesjonalnie zbudowany i zaprezentowany model nie jest celem samym w sobie. Najważniejsze są możliwości jego analizy i wnioski z niej płynące. I w takich kategoriach należy również rozpatrywać funkcjonalność programu Autodesk Land Desktop – nie tylko jako modelera, ale przede wszystkim jako narzędzia wspomagającego wyciąganie wniosków projektowych z ukształtowania terenu, który ma być wykorzystany w przyszłych inwestycjach.