3.3. Аналіз рельєфу з використанням цифрових моделей рельєфу

 

Цифрові моделі рельєфу є основою розв'язання засобами ГІС-технологій досить широкого спектра завдань, у тому числі: візуалізації рельєфу у двовимірному і тривимірному зображенні;

визначення морфометричних характеристик рельєфу;

побудови карт нахилів й експозицій схилів;

побудови карт поздовжньої і поперечної кривизни схилів;

обчислення і візуалізації зон видимості і невидимості для однієї або системи точок;

розрахунки об'ємів щодо заданого висотного рівня;

побудови профілів;

побудови карт ліній течії;

виділення структурних ліній рельєфу, у тому числі ліній ерозійної мережі, вододілів, оконтурування водозборів.

Ухил, як відомо, є падінням поверхні на одиницю відстані, вираженим в безрозмірній (м/м, км/км та ін.) або розмірній (відсотки, проміле, градуси) формі. Для двовимірної задачі (геоморфологічного профілю, русла річки, лінії стікання води на схилі і т.п.) обчислення ухилу проводиться за відомою формулою і труднощів не викликає. Для розрахунку ж ухилу в око-лах деякої точки тривимірної поверхні у наш часзапропоновані різні алгоритми, кожний з яких має певні переваги та недоліки. При цьому в різних ГІС-пакетах, у загальному випадку,реалізовані різні алгоритми обчислення ухилу. Загальним є те, що для визначення ухилу для кожної даної комірки використовуєтьсяінформація про відмітки топографічної поверхні в прилеглих комірках, а саме: у вікні розміром 3x3 комірки, центром якого є дана комірка. Найпростішим алгоритмом обчислення ухилу на основі растрової ЦМР, реалізованим, зокрема, в пакеті Idrisi, є алгоритм, відповідно доякого ухил кожної комірки обчислюється як максимальний з локальних ухилів за напрямками осей х і у.

Недоліком даного алгоритму є урахування ухилу топографічної поверхні тільки за двома напрямками (північ-південь і захід-схід) і взяття за ухил комірки максимального ухилу за одним із цих напрямків. Оцінка середнього ухилу комірки звичайно ґрунтується на відомій формулі (Сербенюк, 1990; Krcho, 1992; Burrough, McDonnel, 1998 та ін.):

 Відомі й інші підходи до визначення ухилу і експозиції топографічної поверхні в заданій комірці растра. Оцінка різних алгоритмів, виконанаяк з використанням реальних, так і модельних поверхонь, показала, що для рівних поверхонь найкращі результати дає чотиричковийалгоритм, для складних — восьмиточковий алгоритм Хорна (Burrough, McDonnel, 1998). Останній, зокрема, реалізований в ГІС-пакеті PCRaster.  Набір функцій аналізу цифрових моделей рельєфу в різних ГІС-пакетах істотно відрізняється. Одним із найбільш потужних пакетів, щозабезпечують створення ЦМР і аналіз рельєфу, є спеціалізований пакет «Рельєф-процесор», розроблений у Харкові (Воробьев и др., 1992).До стандартних функцій аналізу рельєфу, які реалізовані практично у всіх ГІС-пакетах і забезпечують аналіз тривимірних об'єктів(ARC/INFO, ArcGIS Desktop, IDRISI, SPANS, GRASS, ILWIS, PCRaster і ін.), відносять: розрахунок і візуалізацію кутів нахилу (ухилів) іекспозицій поверхні, побудову тривимірних перспективних зображень, накладення шарів даних на тривимірні зображення. Відзначимо також, що технологія побудови ЦМР і аналізу на її основі рельєфу може бути застосована (і застосовується) до будь-яких «географічних полів», суть яких полягає в тому, що в будь-якій точці простору існує або конструюється (обчислюється) той чи інший показник, який утворює скалярне поле. Такими є, зокрема, поля метеорологічних або кліматологічних елементів (опадів, температури, тиску та ін.), поля гідрологічних характеристик (поверхневого або підземного стоку), поля фізичних, хімічних та інших характеристик ґрунтового покриву, поля забруднювачів та ін.