При заказе аэросъёмки или геодезических работ заказчик нередко сталкивается с терминами ЦМР, ЦММ, DTM, DSM, DEM — и нечасто понимает, что за ними стоит и чем они отличаются. Между тем правильный выбор типа цифровой модели напрямую влияет на пригодность данных для конкретной задачи: проектирования, объёмных расчётов, гидрологического анализа или визуализации.
В этой статье объясняем доступным языком: что такое цифровая модель рельефа и цифровая модель местности, в чём принципиальная разница между ними, как они создаются по данным аэрофотосъёмки и LiDAR, и когда нужна каждая из них.
ЦМР и ЦММ: определения и аббревиатуры
Для начала разберёмся с терминологией — она непоследовательна даже в профессиональной среде, что добавляет путаницы.
| Русский термин | Английский аналог | Что описывает |
| ЦМР — Цифровая модель рельефа | DTM — Digital Terrain Model | Только земная поверхность, без объектов |
| ЦММ — Цифровая модель местности | DSM — Digital Surface Model | Поверхность со всеми объектами на ней |
| ЦМП — Цифровая модель поверхности | DSM — Digital Surface Model | То же, что ЦММ (часто используется как синоним) |
| ЦЭМ — Цифровая elevation-модель | DEM — Digital Elevation Model | Общий термин для любой высотной модели |
Аббревиатура DEM (Digital Elevation Model) — наиболее широкий термин, означающий любую цифровую модель высот. В русскоязычной литературе ему соответствует ЦЭМ, однако на практике слово «ЦМР» нередко используется в том же широком смысле — как обобщённое название для любой высотной модели. Это и создаёт путаницу. Ниже мы используем термины в строгом смысле.
Главное отличие ЦМР от ЦММ: земля vs поверхность
Цифровая модель местности (ЦММ / DSM) — «вид сверху»
ЦММ описывает то, что «видит» сенсор сверху в момент съёмки. Это первый отражённый сигнал — верхний полог леса, крыши зданий, мачты, провода линий электропередач, автомобили на дороге. ЦММ — это фактическая поверхность со всеми объектами на ней в момент съёмки.
Если снимать жилой квартал с помощью аэрофотосъёмки или LiDAR — ЦММ покажет высотный профиль кровель, деревьев и всех надземных объектов. Высота в каждой точке ЦММ — это расстояние от уровня моря (или условного нуля) до самого верхнего объекта в данной точке.
Цифровая модель рельефа (ЦМР / DTM) — «голая земля»
ЦМР описывает только рельеф земной поверхности — без каких-либо объектов на ней: без зданий, деревьев, столбов, временных конструкций. Это «голая» земля. Высота в каждой точке ЦМР — это отметка земной поверхности, как если бы все объекты были убраны.
ЦМР — более сложный в создании продукт: если ЦММ строится напрямую по данным съёмки, то для получения ЦМР необходимо отфильтровать все «не-земляные» точки — убрать здания, деревья, технику. Это требует либо алгоритмической обработки, либо ручного редактирования, либо применения LiDAR-сканирования, позволяющего разделить отражения от земли и объектов.
ЦМР (DTM) — рельеф без объектов | ЦММ (DSM) — поверхность со всеми объектами
Как создаются ЦМР и ЦММ: методы и технологии
Оба типа цифровых моделей высот строятся по данным дистанционного зондирования, но с разной степенью последующей обработки.
Метод 1: аэрофотосъёмка + фотограмметрия
При аэрофотосъёмке с последующей фотограмметрической обработкой строится плотное облако точек по стереопарам снимков. Из этого облака напрямую получается ЦММ — по первым точкам на каждой колонке (самым высоким). ЦМР извлекается путём фильтрации облака точек: алгоритм классифицирует точки как «земля» или «объекты» и строит поверхность только по точкам класса «земля».
Ограничение фотограмметрии: под густым пологом леса или в зонах плотной застройки алгоритм видит только верхний уровень и не «проникает» до земли. В таких условиях ЦМР по данным фотограмметрии будет неточной или вовсе недоступной — на лесных участках фактически получается ЦММ.
Метод 2: LiDAR-сканирование
Воздушное лазерное сканирование (LiDAR) — наиболее эффективный метод для получения высокоточной ЦМР. Лазерный импульс LiDAR фиксирует несколько отражений: первый отклик — от верхушки дерева или крыши, последний отклик — от земли под пологом. Таким образом, по данным LiDAR одновременно строятся и ЦММ (по первым отражениям), и ЦМР (по последним).
Именно поэтому LiDAR незаменим в лесистых районах, где фотограмметрия не даёт ЦМР: лазерный луч проникает через просветы в кронах и фиксирует земную поверхность. Плотность облака точек современных LiDAR-систем — 5–100 точек/м², что обеспечивает точность ЦМР на уровне 5–20 см по высоте.
Метод 3: наземная геодезическая съёмка
Традиционная тахеометрическая или GNSS-съёмка непосредственно измеряет отметки земной поверхности — то есть изначально даёт данные для ЦМР без необходимости фильтрации. Точность наземной съёмки — 1–5 см. Однако производительность ограничена: бригада геодезистов обследует несколько гектаров в день, тогда как аэросъёмка покрывает тысячи. Для небольших объектов или там, где требуется предельная точность отдельных точек, наземная съёмка применяется как дополнение к аэрофотосъёмке.
Метод 4: обработка данных спутников
Спутниковые данные (SRTM, ArcticDEM, Copernicus DEM) позволяют получить глобальные высотные модели с разрешением 10–30 м/пикс. Эти данные бесплатны и доступны онлайн, но их точность и детализация неприемлемы для большинства инженерных задач. Они используются как вспомогательная основа или для региональных анализов, где точность до метра допустима.
Сравнение ЦМР и ЦММ по ключевым параметрам
| Параметр | ЦМР (DTM) | ЦММ (DSM) |
| Что отображает | Голая земная поверхность | Земля + все объекты |
| Включает здания | Нет (отфильтрованы) | Да |
| Включает деревья | Нет (отфильтрованы) | Да (верхний полог) |
| Сложность создания | Выше (требует фильтрации) | Ниже (прямое вычисление) |
| Лучший метод создания | LiDAR + фильтрация | Аэрофото (фотограмметрия) или LiDAR |
| Точность (LiDAR) | 5–20 см по высоте | 3–15 см по высоте |
| Применение в гидрологии | Обязательно — дренаж, водотоки | Не применяется |
| Применение в градостроительстве | Для рельефа участка | Для высот застройки, 3D-города |
| Применение в лесном хозяйстве | Рельеф под пологом | Высоты крон, полнота |
| Стоимость создания | Выше (доп. обработка) | Ниже |
Когда нужна ЦМР (DTM) — цифровая модель рельефа
ЦМР необходима везде, где важен рельеф земли без влияния объектов на поверхности. Вот основные сценарии применения.
Гидрологический анализ и проектирование ливневой канализации
Направление стока воды, водораздельные линии, водосборные бассейны — всё это определяется по рельефу земли, а не по высотам кровель. Использование ЦММ вместо ЦМР в гидрологическом анализе даст принципиально неверный результат: алгоритм «нарисует» реки, текущие по крышам домов. ЦМР — обязательный входной слой для расчётов ливнестока, проектирования дренажных систем и анализа паводков.
Проектирование дорог, ж/д и линейных объектов
При трассировании дороги или рельсового пути необходима отметка поверхности земли в осевой линии трассы — не высота деревьев над ней. Проектировщик работает именно с ЦМР: строит продольный и поперечный профили земли, рассчитывает объёмы земляных работ, проектирует водоотводные кюветы. Для этих задач ЦМР создаётся с разрешением 0,5–2 м и точностью по высоте 5–15 см.
Расчёт объёмов земляных работ в карьерах и на стройплощадках
Сравнение двух ЦМР, снятых до начала работ и после их выполнения, даёт точный объём перемещённого грунта. Для этого нужна именно модель земной поверхности — без техники, временных строений и навалов материала, которые будут отражены в ЦММ. Регулярный мониторинг карьеров с построением ЦМР — стандартная практика горнодобывающих предприятий.
Сельскохозяйственное планирование и нивелировка
Планировка полей для орошения, дренаж, оценка уклонов для подбора сельхозтехники — всё это опирается на ЦМР. Даже незначительные перепады рельефа (10–20 см на 100 м) влияют на равномерность полива и урожайность. ЦМР с высоким разрешением (1 м/пикс, точность 5–10 см) — ценный инструмент агрономического планирования.
Лесное хозяйство: рельеф под пологом
В лесном хозяйстве ЦМР нужна для планирования лесовозных дорог, расчёта водосборов лесных кварталов и геодезической привязки лесоустроительных данных. Без LiDAR получить ЦМР под пологом леса практически невозможно — аэрофотосъёмка «не видит» землю под кронами. LiDAR — единственный дистанционный метод, дающий достоверную ЦМР в лесу.
Когда нужна ЦММ (DSM) — цифровая модель местности
ЦММ незаменима там, где важны высоты самих объектов — зданий, деревьев, конструкций — а не земли под ними.
Градостроительство и 3D-модели городов
ЦММ городской застройки — основа для построения 3D-модели города (City Model, LoD 1–2). Высоты кровель зданий, извлечённые из ЦММ, позволяют автоматически строить объёмные модели кварталов для градостроительного анализа, визуализации, анализа инсоляции и расчётов видимости. Именно ЦММ, а не ЦМР, нужна при анализе затенения территорий и планировании размещения солнечных панелей.
Телекоммуникации: зоны покрытия и прямой видимости
При проектировании сетей мобильной связи, радиорелейных линий и систем видеонаблюдения рассчитывается профиль прямой видимости между антеннами. Для этого расчёта нужна ЦММ — с учётом зданий и деревьев, которые создают препятствия для сигнала. ЦМР в этом случае даст ложный результат: алгоритм «не увидит» девятиэтажку между двумя антеннами.
Оценка биомассы и инвентаризация леса
Нормализованная цифровая модель высот (nDSM или CHM — Canopy Height Model) получается как разность ЦММ и ЦМР: CHM = DSM − DTM. Это карта высот объектов над землёй — фактически, карта высот деревьев в лесу. По ней рассчитывается запас древесины, оценивается полнота древостоя и выявляются участки с разновозрастными насаждениями.
Авиация: расчёт препятствий и зон аэронавигационного обслуживания
При расчёте поверхностей ограничений препятствий вокруг аэропортов, определении минимальных безопасных высот и зон влияния ветрогенераторов используется ЦММ: учитываются все объекты, создающие препятствия для воздушного судна. ЦМР здесь неприменима — дерево или антенна представляют реальную угрозу независимо от высоты рельефа под ними.
Форматы хранения и передачи ЦМР и ЦММ
Цифровые модели высот хранятся и передаются в нескольких стандартных форматах. Выбор формата зависит от того, в каком программном обеспечении заказчик будет использовать данные.
| Формат | Тип данных | Применение |
| GeoTIFF (.tif) | Растр (изображение высот) | Универсальный — ГИС, САПР, визуализация |
| ASCII Grid (.asc) | Растр (текстовая матрица) | Импорт в гидрологические модели, QGIS |
| LAS / LAZ (.las, .laz) | Облако точек LiDAR | Обработка, классификация точек |
| XYZ (.xyz, .csv) | Текстовый список координат | Импорт в AutoCAD Civil 3D, Leica Geo Office |
| DXF / DWG (.dxf, .dwg) | Векторные горизонтали | Проектирование в AutoCAD, топоплан |
| ESRI Grid / IMG (.img) | Растр (формат ArcGIS) | ArcGIS, ESRI-экосистема |
При заказе ЦМР или ЦММ уточните у исполнителя: в какой системе координат будут данные (WGS-84, СК-42, СК-95 или местная СК), какое разрешение растра (размер пикселя в метрах) и какова система высот (Балтийская система, условный нуль или эллипсоидальные высоты). Это критически важно для корректного импорта данных в ваши рабочие программы.
Что именно заказывать: практическое руководство
При обращении к исполнителю аэросъёмочных работ чётко сформулируйте, какой продукт вам нужен и для чего. Используйте следующую логику:
- Нужен рельеф для проектирования дороги, расчёта ливнестока, нивелировки поля, геологических изысканий → заказывайте ЦМР (DTM).
- Нужны высоты зданий, 3D-модель города, расчёт прямой видимости, анализ препятствий → заказывайте ЦММ (DSM).
- Нужны высоты деревьев, инвентаризация леса, модель полога → заказывайте nDSM/CHM (разность ЦММ и ЦМР).
- Не уверены, что нужно → опишите задачу: специалист предложит оптимальный продукт.
- Объект находится под пологом леса → обязательно уточните, что нужен LiDAR, а не фотограмметрия.
- Нужна предельная точность по высоте (< 5 см) → уточните необходимость наземного геодезического контроля и GCP.
Заключение
Цифровая модель рельефа (ЦМР / DTM) и цифровая модель местности (ЦММ / DSM) — это два разных продукта, решающих разные задачи. ЦМР показывает рельеф земли без объектов и применяется в гидрологии, дорожном проектировании, геологии и сельском хозяйстве. ЦММ фиксирует всё, что находится на поверхности, и применяется в градостроительстве, телекоммуникациях и лесной инвентаризации.
Оба продукта создаются по данным аэрофотосъёмки или LiDAR-сканирования. LiDAR — предпочтительный метод для получения ЦМР в условиях леса и плотной застройки. Аэрофотосъёмка с БПЛА или самолёта даёт ЦММ напрямую и ЦМР — после алгоритмической фильтрации на открытых территориях.
Нужна ЦМР или ЦММ для вашего проекта? Свяжитесь с нами — специалисты компании «Aerial Survey» подберут метод съёмки и формат данных под конкретные задачи вашего проекта.
Часто задаваемые вопросы
Что такое DEM и чем отличается от ЦМР?
DEM (Digital Elevation Model) — обобщённый английский термин для любой цифровой модели высот, включая и DTM, и DSM. В русскоязычной практике ему соответствует ЦЭМ или в широком смысле — ЦМР. Однако в строгом понимании ЦМР (DTM) — это именно рельеф без объектов, тогда как DEM может означать любую высотную модель. При получении данных от иностранного партнёра уточните, что конкретно подразумевается под DEM в их терминологии.
Можно ли получить ЦМР по данным обычной аэрофотосъёмки?
Да, на открытых территориях — полях, степях, карьерах, прибрежных зонах без леса и плотной застройки. Алгоритмы фильтрации облака точек (morphological filtering, cloth simulation) достаточно надёжно отделяют земляные точки от объектов. В условиях густого леса или плотной городской застройки аэрофотосъёмка не даёт достоверной ЦМР — для этого нужен LiDAR.
Какое разрешение ЦМР считается достаточным для проектирования дорог?
Для проектирования автодорог категории III–V в Казахстане стандартное разрешение ЦМР — 0,5–1 м/пикс при точности по высоте 5–10 см. Для скоростных автомагистралей и сложного рельефа — 0,5 м/пикс и точность 3–5 см. Конкретные требования определяются техническим заданием и применяемыми нормативными документами.
Что такое нормализованная модель высот (nDSM)?
nDSM (normalized Digital Surface Model), также известная как CHM (Canopy Height Model), — это разность ЦММ и ЦМР. Она показывает высоту объектов над землёй: в лесу — высоту деревьев, в городе — высоту зданий. Именно nDSM используется для автоматического подсчёта высот деревьев при лесной инвентаризации и для оценки биомассы.
Почему под пологом леса нельзя получить ЦМР методом аэрофотосъёмки?
Фотограмметрические алгоритмы ищут совпадающие точки на перекрывающихся снимках. Под густым пологом леса камера видит только кроны — земля не фиксируется ни на одном снимке. LiDAR принципиально иначе: лазерный импульс летит со скоростью света и регистрирует последнее отражение — от земли через просветы в кронах. Именно поэтому для лесных районов LiDAR — единственный дистанционный метод получения ЦМР.
В какой системе координат заказывать ЦМР для Казахстана?
Для большинства инженерных проектов в Казахстане применяется государственная система координат СК-42 или местная система координат города / предприятия. Для ГИС-систем и международных проектов — WGS-84 (EPSG:4326) или UTM-зоны. Система высот — Балтийская (нормальные высоты). При заказе уточните у проектировщика или заказчика, какие СК предусмотрены техническим заданием.
