Омельченко Владислав Витальевич, Архитектурная мастерская “Г.А.Р.А.Ж”, Украина, Одесса, E-mail: mfrble_hall@hotmail.com, т/ф: (048) 7144653, 7144654
Проектный рельеф отличается от естественного четкостью ребер и граней, обилием вертикальных элементов. Эти особенности должны быть учтены в модели проектного рельефа с тем, чтобы она была реалистичной и могла быть использована для дальнейшего анализа: распределения потоков дождевой воды, построения профилей местности для проектирования инженерных коммуникаций, подсчета объемов земляных работ и т.д. Такая задача может быть решена средствами ГИС-технологий.
Хотя на сегодня накоплен обширный опыт применения возможностей ГИС, в том числе их аналитических функций, в различных областях деятельности, ГИС-анализ не столь широко применяется в градостроительном проектировании, в частности, в разработке и анализе проектов вертикальной планировки территории под застройку.
Для изучения возможностей применения ГИС для построения модели проектного рельефа местности нами опробовано три подхода. Использовалось программное обеспечение ArcView 9 с дополнительными модулями 3D Analyst и Spatial Analyst.
В качестве проектной территории был выбран земельный участок под коттеджную застройку площадью около 23 га у южной окраины Одессы. В исследовании использованы проектные материалы, разработанные архитектурной мастерской “Г.А.Р.А.Ж” и преобразованные в ГИС в векторный формат компанией НПП “Высокие Технологии” (см. www.ht.com.ua).
При первом подходе использовался только 3D Analyst. Была создана триангуляционная нерегулярная сеть (TIN), причем исходным был векторный слой проектных горизонталей.
При втором подходе применялся только Spatial Analyst. На основе векторного слоя горизонталей путем пространственного объединения таблиц атрибутивных данных в полуавтоматическом режиме был сформирован точечный слой высотных отметок. Он использовался в качестве исходного для интерполяции производного растрового слоя абсолютных высот.
Общий недостаток обоих вариантов – неспособность программы хорошо «видеть» такие мелкие, но столь важные в инженерно-строительном проектировании элементы рельефа, как бровки тротуаров, подпорные стены и откосы. Полученная модель поверхности мало пригодна для надежного анализа, например, для построения профилей и определения направлений потоков дождевой воды с помощью функций создания чертежа профиля и построения пути с максимальным уклоном модуля 3D Analyst.
Рис. 1. Районирование проектной территории по ареалам.
Третий подход состоит в комбинированном применении функций обоих аналитических модулей. Он включает следующие этапы:
- Вся проектная территория подразделяется на ареалы (не имеет значения, сплошные или нет), в пределах которых не предусмотрено создание отвесных элементов рельефа или четких перегибов (см. рис. 1 – в данном случае выделено 4 ареала: дороги, часть квартала ниже подпорной стены, все остальные кварталы и откосы).
- На некотором удалении от границ проектной территории строится замкнутая прямоугольная горизонталь со значением высоты, сходным со значениями проектных высот. Это дает возможность охватить всю территорию каждым из созданных на последующих этапах растровых слоев, то есть обеспечить охват всей территории растровым оверлеем.
- На каждый ареал формируется TIN, причем с охватом всей проектной территории, на основе предварительно выбранных всех проектных горизонталей только внутри данного ареала и замкнутой прямоугольной горизонтали, построенной на втором этапе.
- Каждый TIN (в данном случае их четыре) с помощью 3D Analyst преобразуется в растр для выполнения математических и логических оверлейных операций.
- В таблицу атрибутивных данных слоя «Areal» добавляется новый столбец типа “short integer”, в котором каждому ареалу присваивается его цифровой код: для дорог – 1, для части квартала, расположенной ниже подпорной стены – 2, для другой части этого квартала и всех остальных кварталов – 3, для откосов – 4.
- С помощью функции преобразования векторных объектов в растр модуля Spatial Analyst слой “Areal” преобразуется в растр (новый слой удобнее назвать так же – “Areal”) с присвоением цифровых ареалов его пикселям.
- На основе этого растра с помощью функции “калькулятора растров (Raster Calculator)” создаются бинарные растровые слои на каждый из четырех ареалов. Пиксели, которые попадают в данный ареал, получают значение 1, а находящиеся за его пределом — значение 0. Для создания бинарного растра откосов, например, требуется в окне “Raster Calculator” ввести выражение “Areal”= 4.
- С помощью функции калькулятора растров бинарный растровый слой на каждый из четырех ареалов умножается на растровый слой, полученный на четвертом этапе из TIN этого же ареала. Снова создаются четыре растровых слоя (рис. 2). Пиксели каждого из них, попадающие в соответствующий ему ареал, содержат проектные отметки высот, а оказавшиеся вне этого ареала – нулевые значения.
- С помощью функции калькулятора складываются все четыре растровых слоя, полученные на этапе 8, результатом чего является единая модель проектного рельефа на весь участок (рис. 3).
Рис. 2. Растровые модели проектного рельефа по ареалам.
Рис. 3. Растровая модель проектного рельефа на весь участок застройки.
Как видно из рис. 3 (выноска 2), естественная форма вертикального элемента (подпорной стены) и построенных в 3D Analyst профилей отражает проектную направленность и подтверждает практическую применимость модели, построенной путем комбинации функций двух аналитических модулей ArcGIS. Этого не удавалось достичь при их раздельном использовании («зубастая» форма подпорной стены на выноске 1). Профиля четко отражают даже такие элементы микрорельефа, как бровки тротуаров.
Таким образом, наилучшие результаты дал третий подход, при котором проектная территория была предварительно разделена по линиям вертикальных элементов рельефа (подпорные стены, бровки тротуаров) и откосов на четыре ареала. Для каждого из них была построена растровая модель с помощью модулей 3D Analyst и Spatial Analyst, а затем путем оверлейного сложения растровых моделей ареалов была получена растровая модель проектного рельефа на всю территорию, пригодная для дальнейшего анализа.
