CC BY
4УДК 528.952 Меркенов А.Е., Курмангожина М.Д., Амангельдинов Е.М.
Меркенов А.Е.
магистр технических наук кафедры геодезии и картографии Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан)
Курмангожина М.Д.
магистрант кафедры геодезии и картографии Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан)
Амангельдинов Е.М.
магистрант кафедры геодезии и картографии Казахский агротехнический исследовательский университет
им. С. Сейфуллина (г. Астана, Республика Казахстан)
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МЕТОДА СОЗДАНИЯ 3Б 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) 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).
Атрибуты Я X
N'1?' ей М •
О 24К-
ИИ
рфикд тар й&ьепогк 2486
Наименование
Название объекта Среднлр шкала Жар мухам бег
:каз ) <ыии>
Количестве- квартир
Количества- подъездов * N01.1;-
Этажность
Тип сооружения
Функциональноеназначени Обтцее&р^зоеательнсе /чре*^
АДР« <
Наэтание улицы (рус,) улиц« Наувызбан батыра
Название ул41цъ! (каз.) <нии>
■М- здании
Область Ал маги искан
Город с, Ждрмухамбет
Код КАТО
М1И 6И.19И06
МАХ
н 1?,043576
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).
И!. Л- . ^чин1 ^и
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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ESRI. (n.d.). How Zonal Statistics works. [Электронный ресурс] - URL: https://pro.arcgis.com/en/pro-app/latest/tool-reference/spatial-analyst/how-zonal-statistics-works.htm (дата обращения: 12.2023);
2. Козеева, И. О. Трехмерное моделирование городского пространства на основе геоинформационных технологий. Отходы и ресурсы. - 2022-[Электронный ресурс] - URL: https://resources.today/PDF/21NZOR322.pdf DOI: 10.15862/21NZOR322 (дата обращения: 12.2023);
3. Павленко А. В. Формирование 3D-моделей местности по аэрокосмическим снимкам //Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2020. - Т. 3. - №. 1. - С. 114-116;
4. Войтенко А. В., Кошечкин И. С. Создание 3D модели города Красноярска, как часть картографического обеспечения градостроительного планирования и управления имущественным комплексом. АО «Кадастрсъёмка». - 2019
Merkenov A.E., Kurmangozhina M.D., Amangeldinov E.M.
Merkenov A.E.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Republic of Kazakhstan)
Kurmangozhina M.D.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Republic of Kazakhstan)
Amangeldinov E.M.
Kazakh Agrotechnical Research University named after S. Seifullin (Astana, Republic of Kazakhstan)
DEVELOPMENT OF AUTOMATED METHOD FOR CREATING 3D MODEL OF URBAN AREAS BASED ON AERIAL PHOTOGRAPHY DATA
Abstract: automated methodfor creating three-dimensional models of urban areas based on aerial photography data is an important direction in the field of geoinformation technologies. This article provides a detailed analysis of the process of developing and implementing an automated approach to creating 3D models of urban areas using the ArcGIS software. The method is based on the use of zonal statistics to assign elevation values to objects based on data from the Digital Terrain Model (DEM) and the Digital Terrain Model (CMM). This method allows you to significantly reduce the time and human resources required to create 3D models, as well as improve the accuracy and reliability of the results obtained. The study highlights the importance of automating the process of creating 3D models to optimize urban planning, territorial management and improve the quality of decisions in the field of urban development.
Keywords: automation, 3D modeling, urban areas, aerial photography, data analysis, geoinformation technologies, ArcGIS software, zonal statistics, altitude data, urban planning, territory management.
