Создание TIN со структурными линиями в ГИС GRASS
В статье описан вариант построения TIN со структурными линиями в ГИС GRASS. Используется специально написанный для решения этой задачи модуль v.triangle, представляющий собой "обёртку" для программы Triangle
.
Введение
Триангуляционные нерегулярные сети (англ. "TIN") часто используются в современных ГИС (и не только ГИС) для создания цифровых моделей рельефа. Такие модели имеют известные преимущества перед растровыми (например, способность совмещать в себе данные с разным разрешением). Наиболее распространённый способ построения TIN -- триангуляция Делоне. Для более точного моделирования поверхностей применяется метод построения TIN со "структурными линиями" (англ. breakline), которые могут представлять собой, например, тальвеги водотоков или бровки террас (подробнее 1, 2).
TIN в GRASS
ГИС GRASS включает модуль v.delaunay, который строит триангуляцию Делоне по двух- или трёхмерным точкам, на выходе получается набор двух- или трёхмерных полигонов или линий. К недостаткам <v.delaunay> можно отнести невозможность проведения триангуляции с ограничениями и скупость опций. Описываемый ниже модуль <v.triangle> создан как попытка заполнить этот функциональный пробел.
Модуль v.triangle
Описание <Triangle>
Triangle — программа для построения двухмерной триангуляции Делоне (в том числе триангуляции Делоне с ограничениями и конформной триангуляции Делоне), диаграмм Вороного и качественных полигональных сеток. Написана математиком из университета Беркли Джонатоном Шевчуком (Jonathan Richard Shewchuk). Подробнее ознакомиться с используемыми методами и алгоритмами можно на странице библиографии.
Последняя версия <Triangle> (1.6) выпущена в 2005 г. Исходный код (на языке программирования С) находится в публичном доступе, однако не под открытой лицензией (по ряду причин). В силу своего устройства <Triangle> может использоваться как "фильтр" для любых точечных/линейных/полигональных данных, по которым нужно провести триангуляцию:
Исходные векторные данные в ГИС → ASCII → специальное отформатированные текстовые файлы → Triangle → разбор отформатированных текстовых файлов с триангуляцией → импорт TIN в ГИС через ASCII.
Указанный выше принцип был применён при создании модуля GRASS <v.triangle>.
Описание работы модуля
Модуль v.triangle предназначен представляет собой shell-скрипт с использованием разных модулей GRASS, стандартных Unix-утилит и <awk>. Для работы скрипта необходим любой современный дистрибутив Linux (тестировался в Ubuntu 10.04) и ГИС GRASS версии не ниже 6.4.*.
На заметку: модуль работает только с прямоугольной системой координат (в метрах).
Для установки модуля необходимо:
- сохранить скрипт по ссылке, приведённой выше, в какой-нибудь каталог;
- сделать скрипт исполняемым (например, командой chmod +x ./v.triangle);
- вписать (если нужно) каталог в системный PATH (можно также задать переменную окружения GRASS_ADDONS_PATH).
Модуль имеет описание на английском языке, ниже даны его параметры на русском языке.
Использование:
v.triangle [-cdqalysif] points=имя [lines=имя] tin=имя
[max_area=имя] [min_angle=имя] [steiner_points=имя] [save=имя]
Флаги:
| -c | конформная триангуляция Делоне с ограничениями (без задания свойств углов и площадей) |
| -d | конформная триангуляция Делоне |
| -q | генерация качественной полигональной сетки (все углы имеют значения от 20 до 140 градусов) |
| -a | ограничение на максимальную площадь треугольника |
| -l | использование только вертикальных отрезков в алгоритме "разделяй и властвуй" |
| -y | запрещение вставки точек Штейнера на границе сетки |
| -s | максимальное число добавляемых точек Штейнера |
| -i | использование инкрементального алгоритма для триангуляции Делоне (вместо алгоритма "разделяй и властвуй") |
| -f | использование алгоритма "Fortune's sweepline" для триангуляции Делоне (вместо алгоритма "разделяй и властвуй") |
| --o | позволять выходным файлам перезаписывать существующие файлы |
| --v | подробный вывод модуля |
| --q | краткий вывод модуля |
Параметры:
| points | входная векторная карта с точками |
| lines | входная векторная карта со структурными линиями |
| tin | выходная векторная карта (TIN) |
| max_area | максимальный размер треугольника (использовать с флагом "-а") |
| min_angle | минимальный угол для сетки (использовать с флагом "-q") |
| steiner_points | максимальное число точек Штейнера, которые могут быть вставлены в сетку (использовать с флагом "-s") |
| save | путь для сохранения рабочих файлов Triangle (*.node,*.poly,*.edge,*.ele,*.off). По умолчанию используется директория текущей области |
Пример
Для примера использованы данные из стандартной поставки ArcView 3.2 (пример №1): шейп-файлы с точками и структурными линиями для триангуляции. На рисунке ниже сравниваются TIN, построенные с помощью ArcView 3D Analyst (слева) и с помощью GRASS + Triangle через модуль <v.triangle> (справа).
Для создания TIN в примере использована следующая команда:
v.triangle -c points=pts lines=lines tin=tin
TODO (дальнейшая работа)
- Поддержка "ограничивающих" полигонов в v.triangle (для них в Triangle используется термин "hole"), а также "мягких" структурных линий, т.е. не имеющих высотных характеристик.
- Сделать несколько примеров со свободными данными (где взять?)
- Сравнение результатов <v.triangle> с ArcGIS / AutoCAD Civil 3D / ???
- Переписать модуль на Python для большей кроссплатформенности (видимо, не я?)