ISSN 1392-0561. INFORMACIJOS MOKSLAI. 2011 56

119

InformacIjos sIstemos Ir moDelIavImas

aerodromų kliūtis ribojančių paviršių modeliavimas geoinformacinių technologijų priemonėmis

viktoras paliulionisVilniaus universiteto Matematikos ir informatikos instituto mokslo darbuotojas, daktarasVilniaus University, Institute of Mathematics and Informatics, Researcher, PhDAkademijos g. 4-327, LT-08663 Vilnius El. paštas: viktoras.paliulionis@mii.vu.lt

Trijų matavimų (3D) erdvinių duomenų modeliavimas, analizė ir vizualizavimas naudojami daugelyje sričių. Šiame straipsnyje nagrinėjami klausimai, susiję su aerodromų kliūtis ribojančių paviršių (ap-saugos zonų) modeliavimu, siekiant nustatyti kliūtis, kurios gali kelti pavojų orlaivių skrydžiams. Pa-demonstruota, kaip šiuos klausimus galima spręsti naudojantis skaitmeniniu reljefo, vietovės ir kliūtis ribojančių paviršių modeliavimu, 3D vizualizavimu ir analize. Siūlomas skaitmeninių vietovės modelių sudarymo algoritmas leidžia efektyviai naudoti lazerinio skenavimo (LIDAR) taškų duomenis. Apra-šyta bandomoji sistema „Akis-AER“, kurios paskirtis – padėti nustatyti kliūtis aplink aerodromus ir įvertinti planuojamus statyti ar aukštinamus statinius aerodromų apsaugos zonose.

ĮvadasTradicinėse geografinės informacijos siste-

mose (GIS) paprastai naudojami dviejų mata-vimų erdviniai duomenys, tačiau augantis po-reikisirkompiuteriniųtechnologijųtobulėjimassudarė prielaidas trijųmatavimų (3D) erdviniųduomenųmodeliavimo, analizės ir vizualizavi-mo metodams atsirasti ir jais tirti. 3D modeliavi-masnaudojamasdaugelyjesričių:miestųplėtrosplanavimui, aplinkosaugos, kariniams tikslams irkt.Vienaišsričių,kurioje3Dmodeliavimasirvizualizavimasgaliturėtididelępraktinęnaudą,yraorlaiviųskrydžiųsaugumoužtikrinimas.Mesnagrinėsimeklausimus,susijusiussuaerodromųkliūtisribojančiųpaviršių(apsaugoszonų)mo-deliavimuirautomatizuotuobjektų,galinčiųkel-tipavojųorlaiviųskrydžiams,nustatymu.

Šiam uždaviniui spręsti reikalingas tikslusskaitmeninisvietovėsmodelis.Vienaišpažan-

giausių technologijų duomenims apie vieto-vę surinkti yra vietovės lazerinis skenavimas(LIDAR),kuriometugaunamastrimačiųtaškųmasyvas. Iš tų duomenų galima greitai sukur-ti labaitikslųirdetalųtrimatįvietovėsmodelį.Vietovėslazerinisskenavimasneseniaibuvoat-liktas ir Lietuvoje.

Nors patys LIDAR duomenys ir jais remian-tissukurtimodeliaiganaplačiaiišnagrinėti,ta-čiauklausimai,susijęsujųpraktiniunaudojimu3Danalizei,vizualizavimui,sprendimųpriėmi-mui,darnėraikigaloištirti.Tamskirtimetodaigalipriklausytinuo taikymosrities, sprendžia-mųuždavinių,vartotojoporeikių.

Šio straipsnio tikslas yra ištirti, kaip naudoti lazerinio skenavimo duomenis skaitmeniniams reljefo ir vietovės modeliams kurti, kaip juospritaikyti nustatant kliūtis aplink aerodromus,kokios su tuo susijusios problemos iškyla ir

120

kaipjasspręsti.Pasiūlytasalgoritmaspastatųirkitų vietovės objektųmodeliui kurti automati-zuotubūdu.Aprašytabandomojisistema„Akis-AER“,kuriospaskirtis–modeliuotiaerodromųkliūtisribojančiuspaviršius,nustatytikliūti,ke-liančiaspavojųorlaiviųskrydžiams,padėtiįver-tinti naujai statomus ar aukštinamus statinius. Ji demonstruoja, kaip sukurti modeliai naudojami 3D analizei ir vizualizavimui.

paviršių modeliavimas geografinės informacijos sistemose

Nagrinėjantskaitmeniniuspaviršiųmodelius,naudojamus geografinėse informacinėse siste-mose, išskiriami skaitmeniniai reljefo modeliai irskaitmeniniaivietovėsmodeliai.Skaitmeninis reljefo modelis(SRM)–skaitmeniniubūduiš-reikštastrimatisŽemėspaviršiaus(reljefo)vaiz-das(Geografinės...,2011).Skaitmeninis vietovės modelis (SVM) apima virš Žemės paviršiausesančiusžmogaussukurtusirgamtiniusfiziniusobjektus(pavyzdžiui,pastatus,augmeniją).

SudarytiSRMirSVMyrasudėtingasužda-vinys, kuris priklauso nuo daugelio veiksnių:pirminiųduomenųšaltinių,jųtikslumo,paviršiųmodeliavimometodųirkt.Aukščiotaškai,rei-kalingivietovėspaviršiausmodeliamssudaryti,gaunamiįvairiaisbūdais.Pagrindiniaiyrašie:

• topografiniai duomenys (horizontalės,aukščiųtaškai,hidrografijosobjektųlini-jos),

• lauko geodeziniai matavimai,• skaitmeninėfotogrametrija,• lazerinis skenavimas (LIDAR),• radarinėinterferometrija(InSAR).Skaitmeninių reljefo modelių sudarymas iš

vektorizuotųtopografinių žemėlapių horizontalių yraseniausiasirplačiausiainaudojamasmetodas.Tačiau jis nepasižymi dideliu tikslumu tiek dėlnetiksliai nubraižytų horizontalių, tiek dėl mo-deliavimopaklaidų.Sukurtialgoritmaitikslumuipadidinti, papildomainaudojant aukščio taškus,hidrografijosobjektųribas(Hutchinson,1989).

Tikslius Žemės paviršiaus taškų aukščiusgalima gauti lauko matavimais, naudojant geo-dezinius prietaisus. Tačiau šis būdas yra labai

brangus, todėl dažniaunaudojamasSRMkon-troliuoti, o ne sudaryti.

Fotogrametrija laikoma klasikiniu, tiks-liu ir išbandytu 3D duomenų gavimometodu.Naudojant šį metodą taškų erdvinei padėčiaifiksuoti, reikalingos mažiausiai dvi tos pačiosteritorijos aerofotonuotraukos, nufotografuotos išskirtingųvietų.Pagal jasgalimasukurtiste-reoskopinį vaizdą, kuriam pamatyti reikalingaspecialiįranga.KuriantSRMšiuometodu,pa-renkami atraminiai taškai, jų aukščiai nustato-mi automatiškai iš aerofotonuotraukų poros irsudaromas trikampių tinklas. Fotogrametriniumetodugalimakurtiirpastatųmodelius,tačiauvienišaerofotonuotraukųautomatizuotaiišgau-tipastatųmodeliusyrasudėtinga.

Lazerinis skenavimas (LIDAR, angl. Light Detection and Ranging) – optinė nuotoliniųmatavimųtechnologija,leidžiantinustatytiats-tumus ikiatspindinčiųpaviršių irkaikurias tųpaviršių savybes (Žalnierukas, Čypas, 2006).Vietovės paviršius skenuojamas iš lėktuvoarba sraigtasparnio, kuriame įtaisytas lazerinisskeneris. Gaunama nereguliari labai tanki taš-kinė trijųmatavimų geometrinė ar radiometri-nė informacija, dar vadinama taškų debesimi.Vėliau duomenys filtruojami ir klasifikuojami.Klasifikuojant atskiriami taškai, atspindėti nuoskirtingo tipo paviršių: pastatų stogų, medžiųlapų,žemėspaviršiausirkt.(Dorninger,Pfeifer,2008;Demirirkt.,2009).

Radarinė interferometrija (InSAR, angl. Interferometric Synthetic Aperture Radar), kaip irLIDAR,yratiesioginiųnuotoliniųmatavimųtechnologija.Specialiejisintetinėsapertūrosra-darailokatoriaiįrengiamipalydovuosearbaor-laiviuose.JieleidžiagautiradiolokacinįŽemėspaviršiaus ir virš jo esančių objektų vaizdą,nepriklausomai nuo meteorologinių sąlygų irvietovėsapšviestumo.Naudojantduardaugiauradiolokaciniųvaizdų,galimasukurtipaviršiausmodelį. InSARmetodas nėra toks tikslus kaipLIDAR, be to, jame kartais lieka neišmatuotųplotų(Kumetaitienė,2005).

LIDAR laikomas perspektyviausiu 3D duo-menų gavimometodu.LIDARnuotoliniųma-tavimųtechnologijąpradėjusnaudotiLietuvoje,šiatemapadaugėjoirmoksliniųdarbų,kuriuo-

121

se analizuojamas Lietuvos miestų skenavimoLIDARmetodu tikslumas (Žalnieriukas ir kt.,2009), siūlomi algoritmai LIDAR duomenųklaidomsrastiiršalinti(Kalantaitėirkt.,2010),nagrinėjami LIDAR žemės paviršiaus taškųmasyvo supaprastinimo būdai (Stankevičius,Kalantaitė,2009).

Kuriantpaviršiųmodeliuspagalgautusduo-menis,naudojamosdvipagrindinės struktūros:reguliarus stačiakampių tinklas ir nereguliarus trikampių tinklas (angl. Triangulated Irregular Network–TIN).Pirmuojuatvejupaviršiųapra-šogardeliųmatrica,sudarytaišeilučiųirstulpe-lių,sudarančiųkoordinačiųtinklelį.Kiekvienojegardelėjesaugomaaukščioreikšmė.TINmode-lispaviršiųaprašokaipsujungtųtrikampiųvir-šūniųgrupę.Trikampių tinklassaugo informa-cijąapieaukštįtrikampiųviršūnėseirtrikampiųtarpusavio ryšius.

Aerodromų kliūtis ribojantys paviršiai

Aerodromams ir šalia jų esantiems objek-tams keliami reikalavimai siekiant užtikrinti,kad oro erdvėje virš aerodromų ir aplink juosnebūtųkliūčių,kuriosgalikeltipavojųskrydžiųsaugumui.Kliūtimsnustatyti apibrėžiamikliū-tis ribojantys paviršiai (KRP). Statiniai, reljefo elementai, net pavieniai medžiai, kurie iškilęviršnustatytųpaviršių, laikomikliūtimis. Į jaspaskui atsižvelgiama planuojant orlaivių skry-džius.Naujai statomusarbaaukštinamus stati-nius svarbu įvertinti, ar jie neiškils virš nusta-tytųKRP.Geoinformacinėmis technologijomispagrįstasprendimųparamossistemagalipadėtiišspręstidaugelįšiųuždavinių.

PagalTarptautinėscivilinėsaviacijosorgani-zacijos (ICAO, angl. International Civil Aviation Organization)reikalavimusyraapibrėžtišieae-rodromųkliūtisribojantyspaviršiai:

• išorinėhorizontaliojiplokštuma,• prieigųpaviršius,• pereinamasis paviršius,• kūginispaviršius,• kilimo paviršius,• vidinėhorizontaliojiplokštuma,• vidinisprieigųpaviršius,

• vidinis pereinamasis paviršius,• nutrauktotūpimoplokštuma.Detali informacija apie šiuos paviršius ir jų

parametrus yra Tarptautinės civilinės aviacijoskonvencijos14priede(ICAO,2009).PagrindiniųKRPformairpadėtisaerodromokilimoirtūpi-motako(KTT)atžvilgiupateikta1pav.Tikslijųgeo metrija priklauso nuo aerodromo kategorijos, KTTtipoirkitųcharakteristikų.

Yra pasiūlyta keletas būdų modeliuotikliūtis ribojančius paviršius ir ieškoti kliūčių.Pavyzdžiui, skrydžiams pavojingas sritis gali-ma rasti naudojant rastrinės analizės funkcijas(Ulubay, Altan, 2002):Pavojingos sritysMatrica = SRMMatrica–KRPMatrica

Čia gautos teigiamos reikšmės nurodo or-laiviamspavojingassritis.Kitamedarbesiūlo-ma kliūtis ribojančius paviršius ir testuojamusobjektusaprašytiaštuntainiaismedžiais,okliū-tis nustatyti naudojant kolizijos aptikimo algori-tmą(Panayotov,Georgiev,2008).

1 p a v. Aerodromų kliūtis ribojantys paviršiai (pagal ICAO)

A A

B

B

Pj vis A-A

Pj vis B-B

Prieig pavirš.

Prieig pavirš.

Prieig paviršius

Pereinamasis paviršius

Kilimo pavirš.

K ginis pavirš.

Vidin horizontali plokštuma

K ginis pavirš.

KTTVidinis prieig pavirš.

K ginis pavirš.

K ginis pavirš.

Vid. horiz. plokšt.

Prieig paviršius Kilimo paviršius

Perein. p.

Vidinis prieig paviršius

Pereinamasis paviršius

Vidin . horiz. plokšt.

122

Manome, kad netikslinga naudoti rastrinius modelius KRP vaizduoti. Šiuos paviršius gali-maaprašytianalitinėsgeometrijosformulėmis,opagaljasapskaičiuotipaviršiausaukštįbetku-riai x, y koordinatei.Nustatyti, ar testuojamasobjektasyrakliūtis,galimalyginantjoaukštįsužemiausio ribojančio paviršiaus aukščiu tametaške.

Modeliuojant KRP reikia turėti tikslų vie-tovės reljefomodelį, nes svarbu žinoti kilimoir tūpimoprofilį,o jisgalibūtiskirtingas įvai-riosekilimoirtūpimotakovietose.Pavyzdžiui,TarptautinioVilniaus oro uosto kilimo ir tūpi-mo tako aukštis įvairiose vietose skiriasi net18metrų.Nustatantgalimaskliūtis,reikiaturėtiirvietovėsaplinkaerodromą3Dmodelį.

skaitmeninių paviršių modelių sudarymas naudojant lIdAR duomenis

SRM ir SVM sudaryti buvo naudojami 2007 metais atlikto Lietuvos apskričių cen-trų teritorijų lazerinio skenavimo duomenys.Nuotolinis lazerinis skenavimas atliktas esant ne didesnei kaip 30 cm vidutinei kvadratinei taško horizontalaus nustatymo paklaidai, ir ne didesnei kaip15cmvertikaliaipaklaidai.Nuskenuojamųtaškųtankis–nemažesniskaip4taškaikvadra-tiniame metre. Šie duomenys apima dešimties miestų24750kv.kmplotą,vidutinisatstumastarptaškų–0,5m.LIDARduomenysyrafiltruo-ti ir klasifikuoti, iš jųpašalinti taškai, kuriemsturėjoįtakostriukšmai,irduomenysapienerei-kalingus objektus (pavyzdžiui, automobilius,apšvietimo stulpus ir kt.), kiti buvo sugrupuoti pagaltemas:augmenija,statiniai,tiltaiiržemėspaviršiaus taškai. Šie duomenys yra atskiruose tekstinio formato failuose, kuriuose kiekvienam išmatuotamvietovės taškuinurodytosx,y irzkoordinatės.Beto,visitaškųduomenyssuskai-dytiį1×1kmdydžiolapus.

Vietovei ir reljefui modeliuoti pasirinkome stačiakampių tinklą. Nors laikoma, kad TINlabiau atitinka pradines aukščių reikšmes, betesant labai dideliam duomenų kiekiui stačia-kampių tinklą lengviau sukurti ir analizuoti.Stačiakampių tinklogardelėsdydžiopasirinki-

maspriklausonuopradiniųduomenųirreikia-mo tikslumo.

Naudojant klasifikuotus pagal paviršiaustipą LIDAR matavimų taškus, galima sukurtitiekSRM,tiekatskirųobjektųtipų(pavyzdžiui,pastatų) paviršiaus modelius, tiek integruotusSVM(pavyzdžiui,reljefassupastatais).Tačiaureikiaatsižvelgtiįkeletąypatumų:

1) Nepaisant didelio matavimų tikslumo,LIDARduomenysedėl triukšmųarkitųpriežasčių pasitaiko klaidų. Kai kuriosyra nesunkiai aptinkamos ir pašalinamos. Pavyzdžiui, nagrinėjant gretimus taškusgalima nustatyti taškus, kuriuose yra di-delisaukščiųšuolis,irjuospašalinti.

2)Reljefąaprašančių taškųtankisnevieno-das, nes yra tokių plotų, kuriuose nėraduomenų (pavyzdžiui, popastatais).To-kiuoseplotuoseaukščiainustatomiinter-poliavimobūdu.

3)LIDARduomenysyrasuskaidytiįlapus,todėl siekiant tolydumo reikia nagrinėtigretimųlapųtaškųaukščioreikšmes.

Detaliau aptarsime siūlomą pastatųmodelįaprašančio stačiakampių tinklo kūrimo algo-ritmą. Kaip minėjome, LIDAR duomenys yraklasifikuoti pagal paviršių tipą, ir vienas iš jųyrapastatųduomenys.Pradiniaialgoritmoduo-menys yra taškų x, y, z koordinačiųmasyvas.Pagrindiniaialgoritmožingsniaiyrašie:

1 žingsnis – indeksavimas. Pirmiausia visa teritorijasuskaidomaįvienododydžiokvadratoformosgardeles.Pasirinkusgardelėsdydį1m,vienamduomenųlapuigaunamas1000×1000dydžio gardeliųmasyvas. Kiekvienai gardeleipriskiriamas taškų, priklausančių tai gardelei,sąrašas. Indeksui realizuoti siūlome naudotidvimatį masyvą, kurio kiekvienas elementassaugonuorodątikįpirmągardeleipriklausantįtaškųmasyvotašką.Kiekvienastaškųmasyvotaškasturipapildomąlauką,kuriamesaugomanuoroda į kitą sąrašo elementą. Antai 2 pav.pateiktame pavyzdyje pirmai gardelei priklau-so4-as,3-iasir1-asmasyvoelementai.Ištaipsudaryto erdvinio indekso galima greitai rasti kiekvienaigardeleipriklausančiusaukščiotaš-kus arba išrinkti artimiausius taškus iš aplinki-niųgardelių.

123

2 žingsnis – filtravimas. Randami ir paša-linami galimi klaidingi taškai, pavyzdžiui, tie,kuriųaukštissmarkiaiskiriasinuogretaesančių.Automatiškaiaptiktiklaidastarppastatųaukščiųtaškų yra gana sudėtinga. Pavyzdžiui, aukščiauužkitustaškusiškilęstaškasyranebūtinaiklaida,betgalibūti,pavyzdžiui,smailausbokštoviršū-nė.Tačiautaškus,kuriųaukščioreikšmėyradaugmažesnė už aplinkinių taškų aukščių reikšmes,galima laikyti klaidomis ir jas pašalinti.

3 žingsnis – klasifikavimas. Gardelės kla-sifikuojamos pagal tai, ar žymi pastatą, ar ne.Pavyzdžiui, 3a pav. pilkai nuspalvintos garde-lės, kuriomspriklausobentvienaspastato taš-kas pagal LIDAR duomenis, o 3b pav. parodyta, kokiosgardelėspoklasifikavimobuvopažymė-toskaippastatųgardelės.Pavyzdyjepagalpa-sirinktątolerancijąpašalintismulkūsobjektaiirsmulkios„skylės“.

4 žingsnis – interpoliavimas. Jei gardelei priklauso bent vienas taškas ir tas taškas yra lo-

kalusmaksimumas,taitotaškoaukščioreikšmėpriskiriama gardelei. Tokiu būdu neprarasimemaksimalios pastato aukščio reikšmės, o taisvarbumūsųnagrinėjamuatveju.Jeitaškasnėralokalus maksimumas, galima interpoliuoti pagal aplinkinius taškus.

Gautas pastatų modelis įrašomas į failą.Analogiškaisudaromiskaitmeniniai tiltųirau-gmenijosmodeliai.Sujungusskaitmeninįrelje-fomodelįsupasirinktaisobjektųmodeliaisgau-namasskaitmeninisvietovėsmodelis.

Naudojant šį algoritmąmodelis sudaromasgana greitai, nes interpoliavimui naudojami tik taškai iš gretimųgardelių.Algoritmas gali ne-tinkamai suveikti taškams lapo pakraščiuose,tačiaušįtrūkumągalimapašalintilapųpakraš-čiuoseanalizuojanttaškusišgretimųlapų,norstaišiektieksumažinaalgoritmoefektyvumą.

paviršių 3d vizualizavimas

Paviršių3Dvizualizavimuirealizuotigalimanaudoti kurią nors standartinę grafikos biblio-teką, pavyzdžiui, OpenGL. Prieš vaizduojantnagrinėjamas vietovės fragmentas dinamiškaisuskaidomas į trikampius ir gaunamas regulia-rusviršūniųtinklas.Kiekvienostinkloviršūnėsaukštis gaunamas iš SRM arba SVM. Taip suku-riamasatitinkamožemėlapiofragmentotrimatisSRMarbaSVMkarkasas.Vietovės 3Dvaizdągalima padaryti realistiškesnį, integravus SRMarba SVM su ortofotografiniu žemėlapiu, t.y.antsudarytotrimačiokarkasouždedantortofoto-grafiniožemėlapiotekstūrą(4pav.).Tiesa,aero-nuotraukoje nėra vertikalių sienų vaizdų, todėl3D vaizde vertikalūs paviršiai gaunami tiesiogištempusaeronuotraukostaškus.Tačiaušiome-todopakankadaugelyjetaikymų,kaireikiagrei-taiirbedideliųsąnaudųsukurtitrimatįvaizdą.

Panašiai rengiami kliūtis ribojančių pavir-šių3Dvaizdavimoduomenys.Tikjuospatogiauaproksimuoti plokščiomis geometrinėmis figūro-mis – trikampiais, keturkampiais, daugiakam-piais, galbūt su „skylėmis“ – atsižvelgiant įšiuospaviršiusaprašančiasanalitinesgeometri-nes formules.

4

5 6

x1, y1, z1

x2, y2, z2

x3, y3, z3

x4, y4, z4

x5, y5, z5

x6, y6, z6

1

2

3

4

5

6

1

3

2

2 p a v. Erdvinio indekso realizavimas

a) b)

3 p a v. Pastatų formos tikslinimas

124

kliūtis ribojančių paviršių ir vietovės modeliavimas naudojant sistemą „Akis-AER“

Siekiant pademonstruoti ir įvertinti3D analizės ir vizualizavimo galimy-bes, buvo sukurta bandomoji sistema „Akis-AER“. Praktinė sistemos paskir-tis yra padėti įvertinti galimas skrydžiųkliūtis,nustatyti, araukšti statiniai (esa-mi arba projektuojami) aplink aerodro-mą neviršija kliūtis ribojančių paviršių.Sistemoje „Akis-AER“ naudojamųduo-menųirmodeliųschemapateikta5pav.Brūkšniuotąja linijapažymėtosdinamiš-kaigeneruojamosduomenųstruktūros.

Naudojantšiamedarbeaprašytasidė-jas,pagal apskričiųcentrų lazerinio ske-navimo duomenis buvo sudaryti dešim-ties Lietuvos miestų SRM ir SVM. Šiųmodeliųgardelėsdydis1x1m,jųbendrasplotas – 2475 kv. km, kiekvienomode-lio gardelių skaičius yra 2475milijonai.Sistemoje taip pat buvo integruoti ortofo-tografiniaižemėlapiaibeiįvairiųmasteliųvektoriniaižemėlapiųduomenys,taippatvisos Lietuvos skaitmeninis reljefo mo-delis (toms teritorijoms, kurioms nebuvo lazerinio skenavimo duomenų). Pagal

30-ies Lietuvos aero-dromų ir jų kilimo takųduomenis ir ICAO nusta-tytus reikalavimus buvo sukurti erdviniai kliūtisribojančių paviršių mo-deliai. Pažymėtina, kadšiuo metu tik devyni iš 30-ies aerodromų pa-tenka į teritorijas,kuriosturi LIDAR duomenis ir stambaus mastelio (1:2000) ortofotografi-niusžemėlapius.

Sistemos funkciona-lumui testuoti buvo nau-dojami aukštų statiniųduomenys (ryšio bokš-

4 p a v. Skaitmeninio vietovė�s modelio ir ortofotografinio žemė�lapio integravimas 3D žemė�lapyje: a) SVM

vaizdavimas 2D žemė�lapyje, b) ortofotografinio žemė�lapio 2D vaizdas, c) iš trikampių sudarytas SVM 3D karkasas,

d) ortofotografinio žemė�lapio tekstūra uždė�ta ant 3D karkaso

a) b)

c) d)

5 p a v. Sistemoje „Akis-AER“ naudojamų duomenų ir modelių schema

SVM SRM

3D SRM karkasas

3D KRP modelis

3D kli i modelis

3D SVM karkasas

KTT duomenys

LIDAR duomenys

Aukšt statini DB

Ortofotografinis žem lapis

Ortofoto tekst ra

KRP analitinismodelis

3D vaizdas

125

tai, stiebai, aukšti pastatai ir kt.), kurie galikeltipavojųor-laivių skrydžiams.Šie statiniai buvo klasifikuoti pa-gal tai, ar statinio aukštis viršija že-miausio kliūtis ri-bojančio paviršiausaukštį toje vietoje.Sudaryti kliūčių irkliūtis ribojančiųpaviršių žemėla-piai. Rezultatai pa-teikiami vartotojui 2D ir 3D žemėla-piuose (6 pav.). 3D vizualizavimo kom-ponentas sukurtas naudojant OpenGL grafikos biblioteką. Trimatį vaizdą vartotojasgalipriartinti,pasukti,apžiūrėtiišvisųpusių.

Rezultatų aptarimas

Vizualiai analizuojant SVM pastebėta, kadkaikuriųtestuojamųaukštųstatiniųnebuvouž-fiksuota lazerinio skenavimometu, nes jie yramažo skersmens, smailėjantys į viršų (pavyz-džiui,ryšioantenųstiebai).Dėlšiospriežastiesvien iš lazerinio skenavimo duomenų sukurtomodelio,neturintduomenųiškitųšaltiniųapieaukštus statinius, nepavyktų nustatytivisųesamųkliūčių.

Kita vertus, nau-dojant 3D SVM, buvo nustatyta ke-letas kliūčių, kuriųnebuvo aukštų sta-tiniųbazėje.7pav.matome virš aero-dromo prieigų pa-viršiaus iškilusiąkalvą ir keletą viršjo iškilusių pastatų.

Tačiaušioskliūtysjauegzistavoikiaerodromoeksploatacijospradžios irbuvo įvertintospriešstatantaerodromą.

Pastebėtos kai kurios lazerinio skenavimoduomenųklaidos.Pavyzdžiui,Vilniaustelevi-zijosbokštovietojenebuvoaukščioduomenų,todėl televizijos bokštas 3D žemėlapyje atro-dė tarsi paguldytas ant žemės (8 pav.). Taippat trūko informacijos apie žemus pastatus,esančius šalia aukštų pastatų. 9 pav. matomeprekyboscentrą„Europa“,kuriodalisyratar-si sulyginta su žeme. Tai atsitiko, matyt, dėl

6 p a v. Programos „Akis-AER“ ekrano vaizdas

7 p a v. Pavyzdys, kuriame matyti virš aerodromo prieigų paviršiaus iškilusios kliūtys

126

to, kadatliekantlazerinįskenavimąišorlaiviošaliaesantysdangoraižiaiužstojokeliąlazeriospinduliui.Pasitaikoirneteisingoklasifikavimoatvejų. Pavyzdžiui, keliu važiuojantys didesniautomobiliai arba augalijos plotai kartais pri-skiriamipastatųtipui.

Sistemoje „Akis-AER“ realizuotas 3DSVMvizualizavimobūdas dėl dinamiškai pa-sirenkamos 3D skiriamosios gebos leidžiagreitai ir efektyviai vizualizuoti bet kurią 2D

žemėlapiovietąnekeliantypatingųreikalavimųkompiuterio ir vaizdo posistemio ištekliams. Vizualizuojant žemėlapį 1:2000 arba stambes-niu masteliu gaunamas gana realistiškas vaiz-das. Tačiau pastebėta, kad esant smulkesniammasteliui dėl duomenų išretinimo pastatų for-mos šiek tiek iškraipomas.

Išvados

Tyrimas ir eksperimentinės sistemos kūri-masparodė,kadšiuolaikinesGIStechnologijasgalimasėkmingainaudotinustatant šaliaaero-dromųesančiaskliūtis,kuriosgalikeltipavojųskrydžių saugumui. Tam reikia sudaryti skai-tmeniniusvietovėsmodeliusirkliūtisribojančiųpaviršiųmodelius.Didelės skiriamosios gebosskaitmeniniamvietovėsmodeliuisudarytigali-manaudotiLIDARduomenis.Tačiauvien šiųduomenų nepakanka, nes buvo pastebėta, kadjuosedažnaitrūkstaaukštųsmailiųstatinių(pa-vyzdžiui, ryšio bokštų, stiebų), kurie gali būtikliūtysorlaiviųskrydžiams.Todėlreikiapapil-domai naudoti informaciją apie aukštus stati-nius iš kitų šaltinių ir integruoti ją suLIDARduomenimis.Beto,tikslingapašalintilazerinioskenavimo klaidas, parinkti tinkamus erdvinio interpoliavimo metodus.

Pasiūlytasgreitasskaitmeniniovietovėsmo-delio sudarymo algoritmas, kuris taip pat pašali-nakaikuriasduomenųklaidas.

Sukurtus modelius galima naudoti tiek ana-lizei,tiekvietovės3Dvizualizavimui.Taisutei-kiasprendimųpriėmėjuivertingosinformacijosnustatantkliūtis,kuriosgalikeltipavojųorlaiviųskrydžiams,projektuojantnaujusstatiniusarbaaukštinantesamus,statantnaujusarplečiantse-nus aerodromus.

8 p a v. LIDAR duomenų spraga: televizijos bokštas Vilniuje

9 p a v. LIDAR duomenų spraga: PC „Europa“ Vilniuje

lItERAtūRADEMIR,N.;POLI,D.;BALTSAVIAS,E.(2009).

DetectionofBuildingsatAirportSitesUsingImages& Lidar Data and a Combination of Various Methods. International Archives of Photogrammetry and Re-mote Sensing,vol.XXXVIII,part3/W4,p.71–77.

DORNINGER,Peter;PFEIFER,Norbert(2008).AComprehensiveAutomated3DApproachforBuil-dingExtraction,Reconstruction,andRegularizationfrom Airborne Laser Scanning Point Clouds. Sensors, vol.8(11),p.7323–7343.

127

Geografinės informacijos sąvokų žinynas [inte-raktyvus]. [žiūrėta 2011m. gegužės 10 d.]. Prieigaperinternetą:<http://www.geoportal.lt>.

HUTCHINSON,M.F.(1989).Anewprocedurefor gridding elevation and stream line data with auto-matic removal of spurious pits. Journal of Hydrology, vol.106,p.211–232.

ICAO (2009). Aerodromes, Annex 14 to the Con-vention on International Civil Aviation. Vol. 1. Ae-rodrome Design and Operations. International Civil Aviation Organization. July 2009.

KALANTAITĖ, Aušra; PUTRIMAS, Raimun-das; ŠLIKAS, Dominykas (2010). Erdvinių skena-vimoduomenųtaikymasvietovėstrimačiamsmode-liams generuoti. Geodezija ir kartografija, t. xxxVI, nr.4,p.151–155.

KUMETAITIENĖ,Aušra (2005).Skaitmeniniųreljefomodelių, sudarytų taikant įvairiuspradiniusduomenis,tikslumoįvertinimas.Geodezija ir karto-grafija,2005,t.XXIX,nr.3,p.110–114.

PANAYOTOV, Apostol; GEORGIEV, Iliya (2008).Modelling of theAirportNavigation SpaceObstructions. In Proceedings of the 3rd International Conference from Scientific Computing to Computa-tional Engineering”,Athens,9–12July,2008.

STANKEVIČIUS Žilvinas; KALANTAITĖ,Aušra(2009).LIDARŽemėspaviršiaustaškųmasy-vosupaprastinimoalgoritmųparametrųparinkimas. Geodezija ir kartografija,t.XXXV,nr.2,p.44–49.

ULUBAY, A.; ALTAN, M. O. (2002). A Dif-ferent Approach to the Spatial Data Integration. IAPRS&SIS,Vol.34,Part4:GeospatialTheory,Pro-cessingandApplications.Ottawa,p.657–661.

ŽALNIERUKAS, Albinas; ČYPAS, Kęstutis(2006).Žemėspaviršiausskenavimolazeriuišorlai-vio technologijosanalizė.Geodezija ir kartografija, t.XXII,nr.4,p.101–105.

ŽALNIERUKAS, Albinas; RUZGIENĖ, Birutė;KALANTAITĖ,Aušra;VALAITIENĖRimanta(2009).Miestų skenavimo LIDAR metodu tikslumo analizė. Geodezija ir kartografija,t.XXXV,nr.2,p.55–60.

thE usE of gIs tEchnology In modEllIng oBstAclE lImItAtIon suRfAcEs of An AERodRomE

viktoras paliulionis

S u m m a r y

There are many domains where the modelling, analysis and visualization of three-dimensional spa-tial data can be useful. The paper discusses the issues concerning the modelling of aerodrome obstacle li-mitation surfaces. They can help to detect obstacle in theflightpathofanaircraft.Tothisend,digitalreliefand site models need to be created together with obs-tacle limitation surface models. A fast and effective algorithm of creating three-dimensional digital site

model which uses airborne laser scanning (LIDAR) data is proposed. The 3D visualization and analysis of the model are also discussed. The paper presents the experimentalAkis-AERsoftwaredesignedtodetectpotential obstacles around an aerodrome and assess whether it is safe to install a new construction or to increasetheheightoftheexistingoneinthenaviga-ting space around the aerodrome.