CC BY
14
- Науки о Земле -
ТРЁХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАПСКОЙ ПЕРЕСЫПИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Е.С. Бойко1, канд. геогр. наук, доцент А.В. Карагян , студент, техник
1Кубанский государственный университет
2
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Южное отделение) 1(Россия, г. Краснодар) 2(Россия, г. Геленджик)
DOI: 10.24411/2500-1000-2020-11345
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №20-17-00060 «Современный этап эволюции песчаных аккумулятивных форм Азово-Черноморского побережья России») с использованием полевых материалов, полученных при финансовой поддержке РФФИ (№18-05-00333,19-45-230004) в 2018-2019 году.
Аннотация. Трёхмерное моделирование - современный способ визуализации пространственных данных, который находит все большее применение в научных исследованиях. Обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными двумерными картографическими моделями. В процессе исследования береговой линии черноморского побережья на участке Анапской пересыпи за период 2013-2020 года был выполнен ряд работ по воздушному лазерному сканированию и цифровой аэрофотосъемке. Результатом этих работ стали разнообразные картографические материалы и трехмерные модели. Процесс моделирования и анализа во многом зависит от подбора программного обеспечения, которое обуславливает детальность, визуальные, дешифровочные и прочие свойства моделей.
Ключевые слова: Анапская пересыпь, трёхмерное моделирование, визуализация, лазерное сканирование, ортофотоплан.
Развитие трехмерного моделирования пространственных объектов стало возможным благодаря совершенствованию методов цифровой съемки местности, развитию программного обеспечения для обработки данных и собственно компьютерных аппаратных средств. Анализ трехмерных моделей позволяет оперативно получать высокоточную информацию об объемах, морфологии и морфометрии природ-
ных и антропогенных объектов, оценивать динамику их развития, условия формирования и исследовать воздействующие на них факторы.
Основными исходными материалами для создания 3-Б моделей служат материалы воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и цифровой аэрофотосъемки (ЦАФС) (рис. 1).
- Науки о Земле -
Рис. 1. Пример данных лазерного сканирования (слева вверху) и цифровой аэрофотосъемки (справа внизу)
Систематические исследования Анапской пересыпи [1] обусловлены уникальностью данного природного объекта, а также большим интересом туристического потока к этой рекреационной зоне [2].
В результате ВЛС и ЦАФС 2013, 2015 и 2020 года были получены материалы на территорию Анапской пересыпи, длиной около 50 км. Следует отметить, что плотность лазерных съемок различных лет различна и составляет от 1 до 20 измерений на квадратный метр. Пространственное разрешение цифровых снимков 10-22 см на пиксель. Несмотря на имеющиеся отличия, материалы съемок разных лет позволяют построить сопоставимые между собой по точности в плане и по высоте регулярные модели GRID с размером ячейки 1 м и ортофотопланы.
Материалы съемок обрабатывались в специализированном программном обеспечении, в котором проводилась классификация точек лазерного отражения (ТЛО). Методика обработки лазерных данных подробно описана в ряде статей [3]. Также использовалась программная среда ENVI с модулем ENVILiDAR. В ней проводилось автоматическое выделение растительности и сооружений, также создание цифровой модели рельефа (ЦМР). Далее все обработанные данные подгружались в программное обеспечение от ESRI - ArcMap и ArcScene. В данных программах проводилось построение модели, создавались необходимые текстуры. Таким образом метод создания 3D модели на основе ТЛО можно наблюдать на рисунке 2.
- Науки о Земле
Рис. 2. Схема метода создания 3D модели на основе ТЛО
Классификация точек выполнялась, как правило, автоматизировано, с последующей ручной доработкой. Выделяется несколько групп точек: ground (земля), vegetation (растительность, которая в свою очередь классифицируется по высоте), buildings (сооружения), low points. В последнюю категорию, как правило, отправляются ошибочные точки.
Обработка в ENVILiDAR проводилась полностью в автоматизированном режиме. Указывались необходимые параметры метрики объектов, на основе которых программа сама определяла позицию и формы объектов. В программе ENVILiDAR присутствует функция трёхмерной визуализации, что видно на рисунке 3.
Рис. 3. Фрагмент 3D модели участка Анапской пересыпи в ENVILiDAR
В ArcMap проводилась классификация непосредственно, моделирование и визуа-всех объектов, а в ArcScene проводилась, лизация модели.
■ Науки о Земле -
Рис. 4. Фрагмент трёхмерной сцены Анапской пересыпи в ArcScene
ной основой для различных исследований и изыскательной деятельности. Благодаря субсантиметровой точности определение объектов и метричность в трёхмерном пространстве будут развиваться и обретать новый облик в сфере гео-наук и точных инженерных дисциплин.
Несмотря на условность текстур, главная цель модели была достигнута. Основной функцией модели было продемонстрировать соотношение пропорций объектов. Размеры и пропорции объектов определялись в автоматическом режиме, благодаря исходным данным в виде ТЛО.
Данные лазерного сканирования, являясь передовой технологией, служат отлич-
Библиографический список
1. Косьян Р.Д., Крыленко В.В. Современное состояние морских аккумулятивных берегов Краснодарского края и их использование. - М.: Научный мир, 2014. - 256 с.
2. Мищенко А.А., Волкова Т.А. Особенности природопользования в береговых ландшафтах черноморского побережья краснодарского края // Географические исследования Краснодарского края. - Краснодар: Кубанский государственный университет, 2010. -С. 93-97.
3. Evgeniy Boyko, Viacheslav Krylenko and Marina Krylenko «LIDAR and airphoto technology in the study of the Black Sea accumulative coasts», Proc. SPIE 9535, Third International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of the Environment (RSCy2015), 95351Q (June 19, 2015); doi:10.1117/12.2192577; http://dx.doi.org/10.1117/12.2192577
4. Бойко Е.С., Волкова Т.А., Карагян А.В. Трехмерное моделирование ботанического сада г. Нур-султан (Астана) по данным лазерного сканирования // Туристско-рекреационный комплекс в системе регионального развития. - Краснодар: Кубанский государственный университет, 2019. - С. 322-326.
- HayKU o 3eMne -
THREE-DIMENSIONAL MODELING OF ANAPA BAY-BAR BASED ON AIR LASER
SCANNING DATA
E.S. Boyko1, Candidate Geographic Sciences, Associate Professor A.V. Karagyan , Student, Technician 1Kuban State University
Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences (Southern Branch)
1(Russia, Krasnodar)
2
2(Russia, Gelendzhik)
Abstract. 3D modeling is a modern way of visualizing spatial data, which is increasingly used in scientific research. Has an advantage over traditional 2D cartographic models. In the process of studying the coastline of the Black Sea coast at the Anapa bay-bar for the period 2013-2020, a number of works on air laser scanning and digital aerial photography were carried out. This work resulted in a variety of cartographic materials and three-dimensional models. The process of modeling and analysis largely depends on the software, which determines the detail, visual, decryption and other properties of the models.
Keywords: Anapa bay-bar, 3D modeling, visualization, laser scanning, orthomosaic.
