Proponujemy państwu usługi z zakresu przetwarzania numerycznego modelu terenu powstałego w wyniku np. skanowania LIDAR.

Mamy doświadczenie w w opracowywaniu zbiorów danych mających rozmiar kilkudziesięciu GB.  Zrealizowaliśmy m.in. przedsięwzięcie polegające na uszczegółowieniu numerycznego modelu pokrycia terenu dla Instytutu Meteorologi i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Morski w Gdyni. Wyodrębnienie budynków na podstawie klasyfikacji punktów LIDAR okazało się niewystarczająco dokładne - szczególnie w obszarach silnie zadrzewionych. Z tego powodu zdecydowano się na integrację danych dotyczących budynków w postaci poligonów 2D z numerycznym modelem terenu.

Analiza danych źródłowych

Zamawiający przekazał dane Numerycznego Modelu Terenu (NMT) wykonanego z rozdzielczością 1m oraz Numerycznego Modelu Powierzchni Terenu (NMPT) wykonanego z rozdzielczością 0.5m. Na podstawie tych danych utworzono warstwę rastrową zawierającą różnice wysokości pomiędzy NMPT i NMT nazwaną NMB.

      Zamawiający przekazał również dane dotyczące budynków pozyskane na podstawie mapy topograficznej w skali 1: 10 000. W trakcie opracowania stwierdzono, że dane dotyczące budynków przekazane przez zamawiającego mogą nie zapewniać odpowiednich dokładności. Dlatego zdecydowano się pozyskać aktualne dane ewidencji gruntów i budynków, które zapewniają najlepszą dokładność.

Bydynki pozyskane z ewidencji gruntów i budynków na tle budynków z mapy topograficznej

Opracowanie warstwy GIS zawierającej zbiór danych przestrzennych dotyczący budynków

            Podczas analizy okazało się, że dane dotyczące budynków z ewidencji gruntów i budynków w niektórych miejscach były niekompletne (np. na terenach zamkniętych takich jak Westerplatte). Dlatego przyjęto zasadę, że tam gdzie na podstawie porównania NMT i NMPT można stwierdzić brak budynków na warstwie EGiB to porzyjmuje się dane z mapy topograficznej. Zostały również dodane nowe budynki,  których położenie można jednoznacznie określić na podstawie NMT i NMPT, a których nie ma ani na warstwie EGiB ani na warstwie mapy topograficznej. Obrys nowych budynków zostały wkreślone ręcznie na podstawie danych NMT i NMPT. Przyjęto również zasadę, że wszystkie budynki wykazane w ewidencji gruntów i budynków istnieją, nawet jeżeli nie można było tego potwierdzić na podstawie porównania danych NMT i NMPT.

Uszczegółowienie numerycznego modelu pokrycia terenu

            Na podstawie danych Numerycznego Modelu Terenu (NMT) oraz danych Numerycznego Modelu Powierzchni Terenu (NMPT) utworzono nową warstwę rastrową zawierającą różnice wysokości pomiędzy NMPT i NMT nazwaną NMB. Analiza warstwy NMB wykazała, że oprócz oczekiwanych wartości dodatnich zawiera również wartości ujemne z przedziału -9.0m – 0.0m. Wartości te występowały na granicach zasięgu warstw oraz korytach rzek w związku z czym zostały uznane za szum pomiarowy i wszystkie wartości z przedziału -9.0m – 0.0m zostały zreklasyfikowane jako NoData (BrakDanych). Jako szum uznane również zostały wartości z przedziału 0.0m – 1.0m, które również zostały zreklasyfikowane jako NoData. Po tych modyfikacjach powstała warstwa NMB, która zawierała numeryczną reprezentację różnic pomiędzy NMPT a NMT.

Warstwa NMB posłużyła do wyznaczenia wysokości budynków nad poziomem terenu  oraz  rzędnych dachów budynków. Wysokość budynku została wyznaczona na postawie średniej ze wszystkich wartości z warstwy NMB znajdujących się wewnątrz poligonu z obrysem budynku. Zdarzały się sytuacje, w których obrys budynków nie był spójny z danymi z warstwy NMB – dlatego średnia wysokość budynku została obliczona przy zastosowaniu zasady, że wartości NoData są ignorowane.

Oprócz tego przyjęto zasadę, że wszystkie budynki mają wysokość nie mniejszą niż 3.0m. Wszystkie wysokości budynków mniejsze od 3.0m zostały zmienione na wartość 3.0m.

Dla każdego poligonu z obrysem budynku znajdującego się w warstwie Budynki2d wyznaczono następujące atrybuty:

HB – Wysokość budynku nad poziomem terenu.

HT – Średnia wartość rzędnej poziomu terenu obliczona na podstawie warstwy NMT

HD – Rzędna dachu budynku obliczona za pomocą funkcji HD = HT+HB

Dodatkowo zostały wyznaczone wartości kontrolne

HB_STD – Odchylenie standardowe wyznaczonej wysokości budynku

HT_STD – Odchylenie standardowe wyznaczonej rzędnej poziomu terenu

Wartości te mogą sięgać kilku metrów ze względu na ukształtowanie terenu w przypadku rzędnej poziomu terenu oraz ze względu na spadki dachów w przypadku wysokości budynku.

            Warstwa ‘Budynk2d’ z wyznaczonymi atrybutami określającymi wysokości budynków została wykorzystana do utworzenia nowej warstwy rastrowej reprezentującą Numeryczny Model Terenu z naniesionymi budynkami. Dane z warstwy Numerycznego Modelu Terenu (NMT) oraz z warstwy ‘Budynki2d’ zostały połączone w wyniku czego powstała nowa warstwa odzwierciedlająca ukształtowanie terenu z naniesionymi budynkami. Warstwa ta nazwana ‘NMT_Budynki’, została przekonwertowana do plików ASCI z danymi XYZ o rozdzielczości 1m.

Warstwa rastrowa 'NMT_Budynki'

Scena 3D dla warstwy  rastrowej 'NMT_Budynki'

            Atrybuty określające wysokości budynków mogą być wykorzystane do wielu zastosowań. Jednym z nich jest tworzenie prezentacji typu „Miasta 3D”, w których doskonale sprawdza się atrybut HD (rzędna dachu) służący do „wytłaczania” budynków ponad numeryczny  model terenu.

Warstwa 'Budynki2d' na tle numerczynego modelu terenu

Scena 3D dla warstwy 'Budynki2d' na tle numerycznego modelu terenu

budynki.shp

Warstwa w formacie SHAPEFILE z obiektami typu poligon przedstawiającymi budynki.

Warstwa posiada atrybuty

HT - rzędna terenu

HB - wysokość budynku

HD - rzędna dachu

Warstwa 'Budynki2d'

budynki01m.asc

Dane XYZ dotyczące wyłącznie budynków. Wartość "Z" odnosi się do rzędnej dachu budynku. Siatka grid o rozdzielczości 1m.

Dane XYZ 'budynki01m.asc'

nmpt01m.asc

Dane XYZ numerycznego modelu powierzchni terenu. Siatka grid o rozdzielczości 1m.

nmp_budynki01m.asc

Dane w postaci zbioru XYZ powstałe na skutek połączenia numerycznego modelu terenu z rzędnymi dachów budynków. Jest to połączenie zbiorów nmt01m.asc i budynki01m.asc. Siatka grid o rozdzielczości 1m.

nmt01m.asc

Dane XYZ numerycznego modelu terenu. Siatka grid o rozdzielczości 1m.

Dane XYZ 'nmt01m.asc'

nmt02m.asc, nmt05m.asc, nmt10m.asc

Dane XYZ numerycznego modelu terenu. Dane te mogą być wykorzystane do utworzenia mniej precyzyjnych numerycznych modeli terenu. Mogą też być wykorzystane przez dedykowane oprogramowanie do połączenia mniej precyzyjnego NMT z dokładnym numerycznym modelem  budynków z pliku budynki01m.asc - pozwala to na bardziej wydajne wykorzystanie mocy obliczeniowej komputerów. Siatka grid o rozdzielczości odpowiednio 2m, 5m i 10m.

Dane XYZ 'nmt05m.asc'