Со съёмки с дрона в CAD: горизонтали, структурные линии и поверхность TIN

Проектировщикам редко нужен исходный DEM. Им нужны четыре вещи, на которых можно чертить: горизонтали с согласованным сечением рельефа и утолщёнными горизонталями на отдельном слое; структурные линии — 3D-полилинии по бровкам, подошвам, бровкам дорог и кюветам; триангулированная поверхность (TIN), по которой можно строить разрезы и считать объёмы; и ортофотоплан как подложка с геопривязкой.

У каждого свой формат обмена. Горизонтали и структурные линии передаются полилиниями DXF на именованных слоях. Поверхность передаётся как поверхность LandXML с треугольниками, точками и системой координат или как DXF 3DFACE, если принимающая программа читает грани. Ортофотоплан передаётся в GeoTIFF.

DEM объекта площадью 50 гектаров с ячейкой 5 см содержит 200 миллионов ячеек. Триангулируйте каждую — и принимающая программа получит около 400 миллионов треугольников: гораздо больше, чем способно обработать рабочее место проектировщика, и большая их часть описывает ровную землю с точностью, о которой никто не просил.

Практичный ответ — более лёгкая поверхность из двух составляющих: точек, взятых с разумным шагом, и структурных линий везде, где рельеф резко меняет уклон. Точки несут общую форму; структурные линии держат перегибы чёткими, чтобы поверхность не скругляла бровку или подошву между двумя точками выборки. Спецификация лидарной съёмки USGS определяет структурную линию именно так: линейный объект, описывающий изменение гладкости или непрерывности поверхности.

Всё дальнейшее наследует исходную DEM, поэтому сначала проверьте её. Подтвердите систему координат, которую объявляет файл. Подтвердите систему высот: DEM с дрона, обработанная на высотах GNSS, часто эллипсоидальная, тогда как проект работает в ортометрических высотах; разница достигает десятков метров, а сетка геоида переводит одно в другое. В STREAM «Вертикальная система отсчёта» записывает пересчитанную поверхность в новый GeoTIFF и не трогает исходный файл.

Затем решите, что должна представлять поверхность. DEM фотограмметрии — это модель поверхности: машины, техника и растительность — её часть. Для проектной поверхности сначала удалите их инструментами редактирования рельефа или берите точки земли так, чтобы они их игнорировали.

На карьере, в разрезе или на объекте земляных работ большинство важных перегибов — это бровки и подошвы откосов. Обводить их вручную по ортофотоплану — часы работы, и линия ложится на смену цвета, а не на смену уклона.

Команда STREAM «Извлечь бровку/подошву» находит каждый откос в выделении — или во всей съёмке, если ничего не выделено, — и добавляет бровку и подошву каждого как 3D-линию на отдельном слое. В каждом узле плоскость бермы и плоскость откоса подбираются отдельно и пересекаются, поэтому линия ложится на настоящий перегиб; съезды записываются в отдельные слои, а не сливаются с линиями уступов, и каждый результат — обычная линия, которую можно проверить, отредактировать по вершинам и отменить.

Между структурными линиями поверхности нужны точки. Инструмент «Точки» заполняет выбранную площадь точками по шаблону «Треугольник», «Прямоугольник» или «Низкочастотный» с заданным шагом, и каждая точка берёт отметку с рельефа. Треугольный шаблон — это равносторонняя решётка, она даёт самые правильные треугольники.

«Низкочастотный» — для земли, заставленной мелкими объектами. Каждая точка начинает с узла решётки, но переносится на самое низкое место земли в небольшом круге вокруг него радиусом в четверть шага, так что точка, которая упала бы на стоящую технику или куст, опускается на землю рядом. Выбирайте шаг по рельефу: крупный на ровном, мельче там, где поверхность изгибается и одни структурные линии её не описывают.

Выделите точки, структурные линии и границу и запустите «Триангулировать». STREAM строит TIN Делоне по их вершинам и выводит для неё отдельную вкладку ленты. Раскрасьте её по уклону или покажите каркасом: вытянутые треугольники и ребро, пересекающее гребень, видны сразу.

Перед выгрузкой запустите «Проверка модели». Она, ничего не меняя, сообщает о перекрывающихся и дублирующихся треугольниках, дырах, разорванных рёбрах и треугольниках нулевой площади; «Исправить» удаляет дефекты, которые можно устранить безопасно, и никогда не заделывает дыру. «Перекинуть ребро» переворачивает диагональ, пересекающую гребень, а «Обрезать по области» обрезает поверхность по границе съёмки, разрезая — а не отбрасывая — треугольники, которые пересекает граница.

Упрощённая поверхность приемлема, только если она по-прежнему описывает землю. Самая быстрая проверка — объём: посчитайте выемку и насыпь между TIN и DEM, из которой она получена. «Объём по модели» делает это в фоне, не меняя DEM. На неизменной земле чистый объём должен быть близок к нулю; где это не так, в TIN не хватает структурной линии или шаг точек слишком крупный для кривизны рельефа.

Постройте горизонтали с сечением, которое нужно чертежу, и выберите такое, которое съёмка способна выдержать. Национальные стандарты точности карт США задают классическую планку: не более 10 % проверенных отметок могут ошибаться больше чем на половину сечения рельефа. На практике сечение должно быть не меньше удвоенной ошибки, в пределах которой остаются 90 % ваших контрольных точек.

Выгрузите горизонтали, структурные линии и начерченные векторы в DXF — слои уйдут вместе с ними, — а TIN как поверхность LandXML с системой координат и её кодом EPSG или как DXF 3DFACE. Затем откройте файлы там, куда они отправляются, и проверьте три вещи: они легли на место, значения Z на месте, имена слоёв соответствуют стандарту оформления.