Τα πρωτογενή τοπογραφικά δεδομένα είναι συνήθως σημειακά. Ο μηχανικός αποτυπώνει σημεία με τα οποία αναπαριστά χαρακτηριστικά του εδάφους ή κατασκευών. Η διαδικασία μετατροπής των σημείων αυτών σε τρισδιάστατη επιφάνεια, η οποία παριστάνεται με ισοϋψείς καμπύλες, ορισμένες φορές παρουσιάζει προκλήσεις, ειδικά όταν υπάρχουν κατασκευές (πχ τοιχία). Αυτό συμβαίνει διότι οι κατασκευές επιβάλουν ασυνέχειες στην επιφάνεια του εδάφους. Παραδείγματος χάριν, ένα τοιχίο αντιστήριξης στο πρόσωπο του δημιουργεί οριζοντιογραφικά σημεία με δύο υψόμετρα: ένα στο πόδι του τοιχίου και ένα στην στέψη του. Παρακάτω θα αναπτύξουμε μία μεθοδολογία που υλοποιείται με το AutoCAD και το QGIS, για να κατασκευάσουμε μία λεπτομερή τρισδιάστατη επιφάνεια όταν έχουμε σημειακά πρωτογενή δεδομένα.
Ισοϋψείς καμπύλες στο RAS Mapper
Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να αναφέρω πως η μέθοδος που χρησιμοποιώ εδώ και καιρό για να κατασκευάσω ένα ΨΜΕ (Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους) και τις αντίστοιχες ισοϋψείς βασίζεται στο RAS Mapper του HEC RAS . Στο HEC RAS ο χρήστης μπορεί να εισάγει διατομές κατά μήκος ενός άξονα, και το RAS Mapper έχει την δυνατότητα να κάνει γραμμική παρεμβολή μεταξύ των διατομών για να δημιουργήσει το ΨΜΕ (δείτε εδώ). Η μέθοδος αυτή είναι αρκετά αξιόπιστη και όταν υπάρχουν πολλές διατομές κατά μήκος του άξονα παράγει ένα αρκετά ρεαλιστικό ΨΜΕ, το οποίο μπορεί να συμπεριλαμβάνει και τοιχία. Όμως έχει τα εξής μειονεκτήματα:
α) Ο χρήστης χρειάζεται να μετακινεί δεδομένα μεταξύ τριών λογισμικών (AutoCAD, QGIS, HEC-RAS)
β) Πρέπει να έχει σχεδιάσει τις διατομές στο AutoCAD με κάποιον τρόπο (προσωπικά χρησιμοποιώ τις μακροεντολές HeightCalc και CrossDesigner για αυτό τον σκοπό)
γ) Το RAS Mapper χρησιμοποιεί μόνο τα σημεία πάνω στις διατομές για να κατασκευάσει το ΨΜΕ. Έτσι σημεία εκτός των διατομών αγνοούνται.
δ) Οι διατομές συνήθως είναι αρκετά πυκνές για να περιγράψουν την κύρια κοίτη ενός υδατορεύματος, αλλά οι ίδιες διατομές μπορεί να μην περιγράφουν καλά τις περιοχές εκτός της κοίτης. Ειδικά όταν ο άξονας εμφανίζει στροφές, οι διατομές πυκνώνουν στο εσωτερικό της στροφής ενώ αραιώνουν στο εξωτερικό της, με αποτέλεσμα να μην αποδίδουν καλά το έδαφος και στις δύο περιπτώσεις.
ε) Η παραγωγή του ΨΜΕ στο RAS Mapper αφορά κυρίως υδατορεύματα.
Για τους ανωτέρω λόγους, μία εναλλακτική μεθοδολογία είναι αναγκαία, η οποία να μην περιλαμβάνει το HEC RAS, το CrossDesigner και το HeighCalc, και η οποία δεν θα προσανατολίζεται σε υδατορεύματα.
Η προτεινόμενη μεθοδολογία
Η μεθοδολογία μας θα βασιστεί στον αλγόριθμο TIN interpolation του QGIS, στον οποίο δίνεται ένα shapefile σημείων με υψόμετρα για να παραχθεί το αντίστοιχο ΨΜΕ (υπό μορφή tiff). Ο αλγόριθμος αυτός πολλές φορές δίνει απογοητευτικά αποτελέσματα, και ο λόγος είναι απλός: για να αποδώσει ικανοποιητικά τα σημεία του shapefile πρέπει να είναι πολύ πυκνά. Έτσι η μέθοδος μας βασίζεται στο να πυκνώσουμε τα σημεία εισάγοντας στον αλγόριθμο δύο shapefiles σημείων. Το 1ο shapefile περιέχει τα πραγματικά αποτυπωμένα σημεία, ενώ το 2ο τα σημεία τα οποία «υπονοούνται» από την αποτύπωση. Παραδείγματος χάριν, όταν ένας μηχανικός αποτυπώνει το φρύδι ενός πρανούς, παίρνει αρκετά σημεία ώστε μεταξύ δύο διαδοχικών σημείων Α και Β το υψόμετρο να μεταβάλλεται περίπου γραμμικά. Έτσι μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα μεγάλο πλήθος παρεμβαλόμενων σημείων μεταξύ των Α και Β, που ισαπέχουν μερικά εκατοστά, κάνοντας πολλές γραμμικές παρεμβολές. Τα παρεμβαλλόμενα σημεία θα αποτελέσουν το πλήθος σημείων του 2ου shapefile.
Άρα, για να υλοποιηθεί η ανωτέρω διαδικασία κάνουμε τα εξής βήματα:
α) Στο AutoCAD εισάγουμε το νέφος των αποτυπωμένων σημείων ώστε να είναι points και στο position Z να αναγράφεται το υψόμετρο τους. Αυτό γίνεται εύκολα με ένα αρχείο script.
β) Αναγνωρίζουμε τα γραμμικά στοιχεία του σχεδίου μας. Το φρύδι και το πόδι του πρανούς είναι δύο τέτοια γραμμικά στοιχεία, τα οποία αποτελούνται από μία σειρά σημείων. Ο άξονας ενός υδατορεύματος, μία ξερολιθιά και μία συρματοπερίφραξη επίσης είναι γραμμικά στοιχεία. Σημειώνεται πως το πόδι και η στέψη του ίδιου τοιχίου είναι δύο ξέχωρα γραμμικά στοιχεία.
γ) Για κάθε γραμμικό στοιχείο φτιάχνω μία 3D Polyline η οποία να περιλαμβάνει τα διαδοχικά σημεία του στοιχεία. Η κάθε κορυφή της 3D Polyline να έχει υψόμετρο (vertex z) ίσο με το position Z του αντίστοιχου σημείου.
δ) Συλλέγω όλες τις 3D Polylines και τις εισάγω σε ένα αρχείο dxf.
ε) Κάνω εισαγωγή το dxf στο QGIS και το μετατρέπω σε Shapefile (έστω πως το ονομάζω Linear Elements).
στ) Τρέχω τον αλγόριθμο Points Along Geometry για τα γραμμικά στοιχεία του Linear Elements (εικόνα 1). Στο distance βάζω την ισαποχή των παρεμβαλόμενων σημείων.
ζ) Εισάγω το point Shapefile που προέκυψε από το προηγούμενο βήμα, μαζί με το Shapefile των μετρημένων σημείων στον αλγόριθμο TIN interpolation (εικόνα 2). Με την εκτέλεση του, παράγεται το ζητούμενο ΨΜΕ (ως tiff).
η) Κατασκευάζω ισοϋψείς καμπύλες με την επιθυμητή ισοδιάσταση, τρέχοντας τον αλγόριθμο Contours.
θ) Κόβω τις επιθυμητές διατομές στο ΨΜΕ με την διαδικασία που παρουσιάζεται εδώ.
Εικόνα 1: Ο αλγόριθμος Points Along Geometry θα παρεμβάλει σημεία ανά 25 cm για κάθε γραμμικό στοιχείο του Shapefile «Linear Elements».
Εικόνα 2: Στον αλγόριθμο TIN Interpolation εισάγονται δύο point Shapefiles. To 1o με το όνομα CLOUD αφορά τα μετρημένα σημεία, ενώ το 2ο με το όνομα Interpolated points αφορά τα σημεία που προέκυψαν από τον αλγόριθμο Points Along Geometry. Από τον αλγόριθμο παράγεται το αρχείο tiff με όνομα DEM_v1.
Εικόνα 3: Οι ισοϋψείς καμπύλες προσαρμόζονται αρκετά καλά στα τοιχία, στα φρύδια και στα πόδια των πρανών.
Εικόνα 4: Οι ισοϋψείς καμπύλες σε πραγματική περιοχή μελέτης, όπως προέκυψαν από την περιγραφόμενη μέθοδο.
Στις εικόνες 3 και 4 διακρίνεται η προσαρμογή των ισοϋψών που προκύπτει από τους αλγορίθμους Points Along Geometry και TIN Interpolation στα αποτυπωμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Φυσικά καμία αυτοματοποιημένη μεθοδολογία δεν είναι εντελώς τέλεια, και είναι πιθανό οι διατομές και οι ισοϋψείς να χρειάζονται μικρή χειροκίνητη επεξεργασία. Στόχος είναι να ελαχιστοποιηθεί η ποσότητα της χειροκίνητης διαδικασίας. Παρ’ όλα αυτά, η ανωτέρω μεθοδολογία (συνδυασμός Points Along Geometry και TIN Interpolation), αλλά και η μέθοδος στο RAS Mapper, δίνουν μία λεπτομερή λύση σε ένα σχετικά δύσκολο πρόβλημα.
Findanis Lab 