СПЛАЙН-ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ БАТИМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ КАРТОГРАФИРОВАНИИ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ

В статье предлагается модифицированный метод создания электронных навигационных карт на внутренних водных путях Российской Федерации, позволяющий существенно ускорить процесс при помощи автоматизированного построения цифровых моделей рельефа дна. Целью предложенного метода является уменьшение затрат при создании и поддержании актуальной коллекции карт в картографических отделах и службах Администраций бассейнов внутренних водных путей. Отмечается, что для построения цифровой модели рельефа дна необходима сплошная сеть промера. Подобную сеть можно получить при выполнении работ многолучевым эхолотом. Гидрографические работы на внутренних водных путях преимущественно выполняются однолучевыми эхолотами. Значения глубин, полученных при выполнении промерных работ при помощи оборудования такого типа, всегда образуют нерегулярную сеть. Обращается внимание на то, что частота глубин, измеренных таким образом, не позволяет строить трехмерные модели, поэтому возникает необходимость математически достраивать рельеф поверхности дна водного пути. Сгущение сети глубин можно выполнить с помощью математической интерполяции. В статье проанализированы методы интерполяции, реализованные в картографических и геоинформационных программах, а также методы, применяемые специалистами-картографами при работе вручную. Анализ показал, что при работе вручную всегда используется нерегулярная сеть. В работе программного обеспечения применяются только методы интерполяции, основанные на расчетах по регулярной сети, поскольку их использование легче реализуемо и требует меньших вычислительных мощностей, но приводит к значительным погрешностям. Для построения трехмерных батиметрических моделей с наименьшими отклонениями от истинных значений авторами настоящего исследования предложен метод биквадратной сплайн-интерполяции на нерегулярной сети. В частности, предлагается цифровые модели рельефа дна использовать при картографировании ВВП для автоматизированного нанесения изобат, упрощения нанесения судового хода и дополнительного визуального контроля качества промерных работ.

электронная навигационная карта, внутренние водные пути, точность измерения глубин, цифровая модель рельефа дна, интерполяция, сплайн-интерполяция, нерегулярная сеть, безэкипажное судоходство

1. Степанченко А. Л. Современные технологии обработки и представления пространственных данных / А. Л. Степанченко, К. С. Лотова, В. В. Шлапак, И. И. Лонский // Информация и космос. - 2019. - № 1. - С. 139-142.

2. Павлова А. И. Применение методов цифрового моделирования рельефа для создания карт пластики / А. И. Павлова // Сборник научных трудов XII Международной научной конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации». - 2015. - С. 279-281.

3. Cebecauer T. Processing digital terrain models by regularized spline with tension: tuning interpolation parameters for different input datasets / T. Cebecauer, J. Hofierka, M. Suri // Proceedings of the Open source GIS-GRASS users conference. - 2002. - Pp. 123-134.

4. Прохоренков А. А. Использование трехмерных навигационных карт для повышения безопасности судовождения по внутренним водным путям / А. А. Прохоренков // International Journal of Advanced Studies. - 2019. - Т. 9. - № 1. - С. 26-49. DOI: 10.12731/2227-930X-2019-1-26-49.

5. Майоров А. А. Перспективы развития компьютерных технологий создания цифровых моделей рельефа / А. А. Майоров, Т. К. Нгуен // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 4. - С. 107-110.

6. Alcaras E. Interpolation single beam data for sea bottom GIS modelling / E. Alcaras, L. Carnevale, C. Parente // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. - 2020. - Vol. 8. - No. 2. - Pp. 591-597. DOI: 10.30534/ijeter/2020/50822020.

7. Флоринский И. В. Трехмерное моделирование рельефа: применение пакета Blender / И. В. Флоринский, С.В. Филиппов // ИнтерКарто. ИнтерГИС. - 2018. - Т. 24. - № 2. - С. 250-261. DOI: 10.24057/2414-9179-2018-2-24-250-261.

8. Митюнина И. Ю. Особенности создания цифровых моделей геофизических полей геостатическими методами / И. Ю. Митюнина // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. - 2019. - № 2 (39). - С. 236-240.

9. Parente C. Interpolation of Single Beam Echo Sounder Data for 3D Bathymetric Model / C. Parente, A. Vallario // International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering. - 2019. - Vol. 10. - No. 10. - Pp. 6-13.

10. Amante C. J. Accuracy of interpolated bathymetry in digital elevation models / C. J. Amante, B. W. Eakins // Journal of Coastal Research. - 2016. - Is. 76. - Pp. 123-133. DOI: 10.2112/SI76-011.

11. Chaplot V. Accuracy of interpolation techniques for the derivation of digital elevation models in relation to landform types and data density / V. Chaplot, F. Darboux, H. Bourennane, S. Leguédois, N. Silvera, K. Phachomphon // Geomorphology. - 2006. - Vol. 77. - Is. 1-2. - Pp. 126-141. DOI: 10.1016/j.geomorph.2005.12.010.

12. Li J. A Review of Spatial Interpolation Methods for Environmental Scientists / J. Li, A. D. Heap. - Canberra, Australia: Commonwealth of Australia, 2008. - 137 p.

13. Erdogan S. A comparision of interpolation methods for producing digital elevation models at the field scale / S. Erdogan // Earth surface processes and landforms. - 2009. - Vol. 34. - Is. 3. - Pp. 366-376. DOI: 10.1002/esp.1731.

14. Guo Q. Effects of topographic variability and lidar sampling density on several DEM interpolation methods / Q. Guo, W. Li, H. Yu, O. Alvarez // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. - 2010. - Vol. 76. - Is. 6. - Pp. 701-712. DOI: 10.14358/PERS.76.6.701.

15. Wu C.-Y. Comparison of different spatial interpolation methods for historical hydrographic data of the lowermost Mississippi River / C.-Y. Wu, J. Mossa, L. Mao, M. Almulla // Annals of GIS. - 2019. - Vol. 25. - Is. 2. - Pp. 133-151. DOI: 10.1080/19475683.2019.1588781.

16. Руководство пользователя ArcGIS [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://desktop.arcgis.com/ru/arcmap/latest/extensions/3d-analyst/fundamentals-of-3d-surfaces.htm (дата обращения: 12.05.2020).

17. Amante C. J. Estimating coastal digital elevation model uncertainty / C. J. Amante // Journal of Coastal Research. - 2018. - Vol. 34. - Is. 6. - Pp. 1382-1397. DOI: 10.2112/JCOASTRES-D-17-00211.1.

18. Павлова А. И. Анализ методов интерполирования высот точек для создания цифровых моделей рельефа / А.И. Павлова // Автометрия. - 2017. - Т. 53. - № 2. - С. 86-94. DOI: 10.15372/AUT20170210.

19. Wang K. A study of cubic spline interpolation / K. Wang // InSight: Rivier Academic Journal. - 2013. - Vol. 9. - Is. 2. - Pp. 1-15.