SRTM, уклон, сечение рельефа

На дом · 2 ч. Профиль SRTM, средний уклон, высота сечения рельефа. Сдача — на следующей паре.

Методичка, 1.2–1.2.2. Текст ниже — из МУ, формулы с картинок методички вынесены блоками.

1.2 Определение требований к продукции

Для подготовки технического задания на выполнения аэрофотосъемки необходимо определить требования к итоговой продукции. Для задач по созданию и обновлению топографических планов крупных масштабов необходимо определить точность определения контуров (плановое положение точек), а также их высотное положение.

Для того, чтобы начать определение требований по точности высотных отметок точек на топографическом плане необходимо, в зависимости от масштаба определить высоту сечения рельефа по таблице

Таблица 1.

Характеристика рельефа и максимально преобладающие углы наклона

Масштаб съемки

1:5000

1:2000

1:1000

1:500

1:250

Высота сечения рельефа, м

Равнинный с углами наклона до 2°

1,0

0,5

Всхолмленный с углами наклона до 4°

2,0

1,0

0,5

Пересеченный с углами наклона до 6°

2,0

0,5

Горный и предгорный с углами наклона более 6°

5,0

2,0

1,0

После определения высоты сечения рельефа можно рассчитать максимальную допустимую ошибку высотного положения. Средние погрешности съемки рельефа относительно ближайших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте:

1/4 сечения рельефа принятой высоты сечения рельефа при углах наклона до 2°;

2. 1/3 сечения рельефа при углах наклона от 2 до 6° для планов масштабов 1:5000, 1:2000 и до 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500;

3. 1/3 сечения рельефа при сечении рельефа через 0,5 м на планах масштабов 1:5000 и 1:2000.

Для вычисления этих значений необходимо выполнить определение характеристик рельефа и вычислить максимально преобладающие углы наклона. Для это нужно скачать из открытых источников цифровую модель рельефа (SRTM). Скачать ее можно с сайта: https://earthexplorer.usgs.gov/.

1.2.1 Загрузка SRTM

Для того, чтобы иметь возможность скачивания необходимо зарегистрироваться на сервисе. После регистрации и верификации аккаунта можно приступить к работе с порталом космической съемки (https://earthexplorer.usgs.gov/).

Чтобы получить возможность скачивания необходимо авторизоваться на сервере (в правом верхнем углу должно появиться имя пользователя Рис XX).

Затем необходимо найти на карте место работ, чтобы оно было полность в рабочей области и в середине нашего участка, левой кнопкой мыши поставить точку (рис XX).

После того, как на объекте появится точка, в левом нижнем углу отобразятся ее координаты (Рис. XX). Для определения участка работ не обязательно выделять его инструментом “Полигон”. Достаточно будет одной точки.

После того, как будет указана точка, на которую необходимо получить SRTM можно приступить к загрузке, нажав внизу кнопку “Data Sets”. В результате будет получен каталог данных, которые имеются на данный участок (Рис XX).

В этом каталоге необходимо выбрать раздел “Digital Elevations” и нажать слева “+”. Затем в выпадающем меню слева от пункта “SRTM” нажать “+” и поставить галочку напротив раздела “SRTM 1 Arc-Second Global” и слева внизу нажать кнопку “Results”. Слева в консоли появятся результаты на данный участок (Рис XX).

Для начала загрузки необходимо нажать в окне результатов поиска кнопку, на которой изображена зеленая стрелка и жесткий диск. В появившемся окне загрузки необходимо нажать кнопку “Download” напротив раздела “GeoTIFF 1 Arc-second”. После этого начнется загрузка.

1.2.2 Определение характеристики рельефа и максимально допустимой ошибки

Чтобы выполнить анализ рельефа необходимо загруженный растр загрузить в ГИС Qgis. Делается это перетаскиванием растра в рабочее окно программы.

По построенным границам объекта ранее произвести обрезку нужного нам участка. Для этого перейти в раздел “Растр”-”Извлечение”-”Обрезать по маске” (Рис. XX)

В появившемся окне необходимо в меню “Слой маски” выбрать границу участка, а в меню “Advanced Parameters”-”Результат обработки по маске” указать имя нового файла и место, куда его необходимо сохранить. Также необходимо поставить галочку рядом с пунктом “Открыть выходной файл после исполнения алгоритма”. А затем нажать “Выполнить”. После отработки алгоритмов появится вырезанный растр в рабочем окне программы. Для того, чтобы создать горизонтали необходимо перейти в раздел “Растр”-”Извлечение”-”Создать изолинии”. В настройках в меню “Расстояние между изолиниями” указать 2 м и в меню “Advanced Parameters”-”Изолинии” указать имя и путь куда сохранять файл, а затем нажать “Выполнить”. Результатом выполнения операции будут служить горизонтали (Рис.XX).

По полученным горизонталям необходимо сделать визуальный анализ крутизны рельефа. Который будет характеризоваться увеличенной плотностью горизонталей. Для самого крутого участка необходимо построить профиль. В случае, если горизонтали расположены равно, то профиль следует строить по длине всего участка. Для построения профиля рекомендуется использовать модуль “Profile tool”, который устанавливается через меню “Модули”. В панели появится кнопка для этого модуля .

Перед работой с модулем в окне слои необходимо выбрать обрезанный слой цифровой модели рельефа и нажать кнопку модуля. Затем по цифровой модели рельефа провести линию поставить начальную точку и конечную (завершить операцию двойным кликом ЛКМ). В появившемся окне справа нажать “Add Layer”, а посередине поставить галку в пункте “Interpolated profile”. В результате будет получен профиль (Рис.XX):

На профиле необходимо выбрать самый крутой участок на местности, который характеризуется наиболее резким увеличением высоты (самое большое увеличение высоты на меньшем расстоянии).

В нашем случае эту участок от L1=200 м профиля до L2=287 м. Перепад на котором составляет h1=140 м, а h2=144 м. Измерения производятся путем перемещения по профилю. Вертикально отображаются высоты, а горизонтально расстояние от начальной точки.

Зная эти величины, можно представить наш перепад высот в виде прямоугольного треугольника, где наши значения будут являтся катетами.

вычислить угол наклона для каждого участка можно по формуле:

Максимальный угол наклона поверхности будет равен 2,6°. Аналогично стоит определить среднее значение уклона поверхности на участке. При этом средний угол наклона на участке будет равен сумме уклонов, деленных на их количество. Для этого следует открыть полученный профиль рельефа в табличном виде и скопировать значения профиля в Excel:

В ПО Excel следует вставить полученный профиль и рассчитать уклоны и среднее значение уклона на всем участке. Для этого в новой колонке задаем уравнение типа “ABS(ГРАДУСЫ(ATAN((B2-B1)/(A2-A1))))”. Так как уклоны могут быть как положительные, так и отрицательные - важно определить значения по модулю. После обновления колонки считается среднее значение для всех полученных значений уклонов (можно использовать функцию “СРЗНАЧ(A:B)”. Результаты следует представить в виде таблицы:

Таблица ХХ. Значения уклонов рельефа

номер участка

L, м

h, м

a, °

2,95

...

1,48

0,62

Для более достоверной оценки типа рельефа необходимо произвести оценку вдоль двух перпендикулярных направлений. Поэтому данная операция повторяется:

номер участка

L, м

h, м

a, °

74,04643

0,77

148,0929

0,77

222,1393

0,77

296,1857

370,2322

0,77

0,62

Полученное значение среднего уклона рельефа будет определять требования к максимальной погрешности высотных отметок точек на топографическом плане. В данном примере средний уклон на участке составил 0,6 °, что соответствует равнинному рельефу (Равнинный с углами наклона до 2°). Следовательно построение рельефа необходимо выполнять с высотой сечения рельефа 0,5 метра.

После определения характеристик рельефа можно вычислить средние погрешности съемки рельефа, которые будут вычислять по формулам:

При углах наклона до 2°:

(1)

При углах от 2 до 6° для планов масштабов 1:5000, 1:2000 и до 10° для планов масштабов 1:1000 и 1:500:

(2)

При сечении рельефа через 0,5 м на планах масштабов 1:5000 и 1:2000:

(3)