Привет, Хабр! Проектирование крупных инфраструктурных объектов в высокогорье — это всегда вызов для инженера. Сегодня я хочу поделиться опытом создания цифровой модели местности (ЦММ) для стратегического проекта в Кыргызстане — альтернативного тоннеля через перевал Төө-Ашуу.

Рисунок 1 - Перевала Тоо - Ашуу проектируемого тоннеля 1 - Северный склон, 2 - Южный склон
Рисунок 1 - Перевала Тоо - Ашуу проектируемого тоннеля 1 - Северный склон, 2 - Южный склон

Перевал Төө-Ашуу связывает север и юг нашей страны. Сейчас действующий тоннель находится на высоте 3180 метров. Это лавины, крутые серпантины и огромные риски. Новый проект предполагает строительство тоннеля на высоте 2200 метров. Он будет длиннее (около 11 км), но сделает дорогу безопасной и круглогодичной.

Чтобы начать такое проектирование, нужна точная 3D-модель рельефа. Вот как мы её создавали, используя связку Open Source данных и профессионального софта.

Шаг 1: Где брать данные? (OpenTopography)

На ранних этапах нет смысла сразу выезжать «в поле» с тахеометром. Мы использовали платформу OpenTopography.

Рисунок 1 — Локация проектируемого тоннеля на перевале Төө-Ашуу
Рисунок 1 — Локация проектируемого тоннеля на перевале Төө-Ашуу

Для нашего участка мы выбрали данные ALOS (Advanced Land Observing Satellite) с разрешением 30 метров. Этого достаточно для предварительной трассировки и анализа уклонов.

Рисунок 2 — Выбор источника данных на платформе OpenTopography
Рисунок 2 — Выбор источника данных на платформе OpenTopography

Шаг 2: Подготовка данных в QGIS

Сырые данные DEM обычно приходят в географической системе координат (WGS 84). Работать с ними для инженерных расчетов нельзя — будут огромные искажения длин.

Что мы сделали:

  1. Загрузили растр в QGIS.

  2. Выполнили репроекцию (пересчет) из WGS 84 в прямоугольную систему UTM Zone 36N (EPSG:32636). Теперь мы можем мерить расстояния в метрах с высокой точностью.

Рисунок 3 - Загруженные данные в ПО QGIS и дальнейшая обработка
Рисунок 3 - Загруженные данные в
ПО QGIS и дальнейшая обработка

Шаг 3: Математическая трансформация и построение TIN-модели

Ключевым этапом подготовки инженерной основы является переход от растрового представления данных (DEM) к векторной структуре TIN (Triangulated Irregular Network).

Ограничения растровых моделей (DEM)

Исходные данные, полученные из OpenTopography, представляют собой регулярную матрицу высот. Главный недостаток растра при проектировании линейных объектов — дискретность. Между узлами сетки рельеф аппроксимируется линейно, что не позволяет учитывать характерные структурные линии (хребты, тальвеги, обрывы). Это приводит к накоплению погрешностей при расчете объемов выемки грунта и проектировании порталов тоннеля.

Преимущества TIN-структуры

TIN — это триангулированная нерегулярная сеть, формируемая из непересекающихся треугольников. Построение данной модели в Autodesk Civil 3D на базе верифицированных точек из QGIS дает следующие преимущества:

  • Геометрическая точность: Плотность треугольников адаптивна — она увеличивается на участках со сложным микрорельефом, обеспечивая высокую точность описания мо��фологии склонов.

  • Динамический пересчет: В среде автоматизированного проектирования (САПР) TIN-поверхность является параметрическим объектом. Изменение геометрии трассы тоннеля вызывает автоматический пересчет всех зависимых элементов: продольных профилей, поперечников и ведомостей объемов работ.

  • Аналитический потенциал: Модель позволяет проводить расчет градиентов уклонов и экспозиции склонов, что критически важно для оценки устойчивости портальных выемок и анализа лавиноопасности территории.

Техническая реализация

Поверхность строится по алгоритму триангуляции Делоне. Итоговая модель служит математически обоснованным фундаментом для трассировки тоннеля на высоте 2200 метров и формирования проектной документации в соответствии с инженерными стандартами.

Рисунок 4 - Исходная цифровая модель рельефа выделена рамкой в Google Earth
Рисунок 4 - Исходная цифровая модель
рельефа выделена рамкой в Google Earth
Рисунок 5 - TIN-поверхность участка в 3D-представлении (контурные линии рельефа)
Рисунок 5 - TIN-поверхность участка в 3D-представлении (контурные линии рельефа)
Рисунок 6 - TIN-поверхность участка в 2D-представлении (контурные линии рельефа)
Рисунок 6 - TIN-поверхность участка в 2D-представлении (контурные линии
рельефа)

Заключение и выводы

Использование цифровых моделей рельефа (DEM) и их обработка в связке QGIS + Civil 3D — это не просто удобный инструмент, а необходимость для современного инженера. В ходе нашей работы над проектом тоннеля через Төө-Ашуу мы пришли к следующим выводам:

  1. Экономия ресурсов: Использование данных из открытых источников (OpenTopography) позволяет проводить глубокий предпроектный анализ и выбирать варианты трассировки без проведения дорогостоящих и опасных полевых работ в высокогорье на ранних этапах.

  2. Точность моделирования: Репроекция данных из WGS 84 в прямоугольную систему UTM — критически важный этап. Без него расчет уклонов и объемов земляных работ для 11-километрового тоннеля будет содержать ошибки.

  3. Визуализация и анализ: TIN-модели в Civil 3D позволяют наглядно оценить морфологию местности, что критично для определения оптимальных порталов (входа и выхода) тоннеля на высоте 2200 метров.

Этот подход значительно повышает обоснованность проектных решений и помогает минимизировать геоинженерные риски в сложных условиях Кыргызского хребта. Мы продолжаем работу над моделью, добавляя в неё данные геологического анализа.

Спасибо за внимание! Буду рад ответить на вопросы в комментариях или обсудить профессиональные тонкости 3D-моделирования в ГИС.