Теоретичний матеріал та презентація до Теми №2

Сучасний розвиток геоінформаційних систем та баз геоданих вимагає переходу від класичних двовимірних ( 2D ) плоских карт до інтегрованих комплексних моделей, здатних відображати складні просторово-часові явища, геологічні структури, ґрунтові профілі та об'єкти штучного походження у тривимірному ( 3D ) та чотиривимірному ( 4D = 3D + T ) просторах.

Інтегровані моделі поєднують переваги об'єктного (векторного) та польового (растрового) підходів для забезпечення ефективного просторового аналізу [7; 12].

Нерегулярні тріангуляційні мережі (TIN) — векторне представлення поверхні

Векторне представлення даних про поверхню зазвичай використовується для відображення висот рельєфу. Положення кожної точки в наборі даних визначається трьома координатами (x, y, z). Точки можуть бути довільно розміщені в просторі, але з’єднані таким чином, щоб утворити трикутники мінімально можливого розміру. Кожна точка набору даних може бути вершиною одного або кількох трикутників. Отже, сусідні трикутники можуть мати спільні вершини, проте лінії, що з’єднують вершини й утворюють ребра різних трикутників, не повинні перетинатися. Побудова здійснюється шляхом проведення кіл через трійки точок: трикутник формується лише тоді, коли коло, описане навколо цих точок, не містить жодної іншої точки з набору даних. Така структура утворює нерегулярну мережу трикутників, де грань кожного трикутника відображає поверхню рельєфу. Для створення такої мережі трикутників можуть застосовуватися різні математичні підходи, однак отриманий набір даних є значно складнішим за растрову модель. Хоча моделі даних TIN можуть бути складними, завдяки векторному формату вони забезпечують ефективне візуальне відображення та потребують менше місця для зберігання даних. Вбудовані топологічні зв’язки в структурі TIN також роблять її придатною для геопросторового аналізу. Таким чином, TIN є ефективною альтернативою для представлення цифрової моделі рельєфу (ЦМР). У моделі TIN використовується підхід зі змінною щільністю даних, що дозволяє зберігати вихідні точки при відображенні висот рельєфу. Це дає змогу описувати поверхню з різним рівнем деталізації: менші трикутники використовуються для ділянок із частими змінами висоти. Отже, TIN ефективно відображає різкі перепади висот, що може бути проблематичним для растрових моделей ЦМР; водночас ця модель менш придатна для представлення великих або територій складної конфігурації, а також може мати обмежені можливості візуалізації великих площ.

Масиви мільйонів дискретних точок з точними координатами  (X, Y, Z)  та додатковими атрибутами (інтенсивність відбиття, колір RGB, кількість відбитків), отримані методами [12]: Лазерного сканування (повітряного LiDAR, наземного або мобільного SLAM); Цифрової аерофотограмметрії з БПЛА.

Застосування інтегрованих та  3D -моделей в охороні ґрунтів

3D-моделювання ґрунтового профілю та горизонтів: побудова воксельних моделей розподілу фізико-хімічних властивостей (гумусу, щільності, кислотності) за глибинами (до  1.5–2.0).

Аналіз ерозійних процесів та яругоутворення: порівняльне 3D-моделювання на основі хмар точок LiDAR/БПЛА для розрахунку об'ємів винесеного ґрунту та швидкості росту ярів.

Цифрові двійники ландшафтів (Digital Twins): інтеграція  3D -моделей рельєфу, гідрографії, ґрунтового покриву та рослинності для моделювання поверхневого стоку, ризиків підтоплення та ерозійної деградації земель.