GEOLOŠKI PRESEK

Geološki presjek - vertikalni presjek zemljine kore od površine do dubine. Geološki presjeci se sastavljaju na osnovu geoloških karata, geoloških osmatranja i rudarskih podataka (uključujući bušotine), geofizičkih istraživanja itd. Geološki presjeci su orijentirani uglavnom poprijeko ili duž poteza geoloških struktura duž ravnih ili isprekidanih linija koje prolaze u prisustvu dubokih referentnih bušotina kroz ove bunare. Na geološke presjeke utiču uslovi pojave, starost i sastav stijena. Horizontalna i vertikalna skala geoloških presjeka obično odgovaraju mjerilu geološke karte. Prilikom projektovanja rudarskih preduzeća i inženjersko-geoloških istraživanja, zbog neuporedivosti debljine rastresitih sedimenata i dužine profila, njihova vertikalna skala se povećava u odnosu na horizontalnu za desetine i više puta.

SURFER U GEOLOGIJI

Geografski informacioni sistem Golden Software Surfera sada je industrijski standard za crtanje funkcija dve varijable. Malo je kompanija u geološkoj industriji koje ne koriste Surfer u svojoj svakodnevnoj praksi kartiranja. Posebno često, koristeći Surfer, karte se kreiraju u izolinijama (konturne karte).

Nenadmašna prednost programa su algoritmi interpolacije koji su ugrađeni u njega, koji omogućavaju najvišeg kvaliteta kreirati digitalne modele površina koristeći podatke neravnomjerno raspoređene u prostoru. Najčešće korištena metoda, Kriging, idealna je za predstavljanje podataka u svim geonaukama.

Logika rada sa paketom može se predstaviti u obliku tri glavna funkcionalna bloka:

• · 1. Izrada digitalnog modela površine;
• · 2. Pomoćne operacije sa digitalnim modelima površine;
• · 3. Vizualizacija površine.

Digitalno površinski model tradicionalno predstavljen u obliku vrijednosti u čvorovima pravokutne pravilne mreže, čija se diskretnost određuje ovisno o konkretnom problemu koji se rješava. Za pohranjivanje takvih vrijednosti, Surfer koristi vlastite GRD datoteke (binarni ili tekstualni format), koji su odavno postali standard za pakete matematičkog modeliranja.

Postoje tri opcije za dobivanje vrijednosti na čvorovima mreže:

• · 1) na osnovu početnih podataka specificiranih u proizvoljnim tačkama regiona (na čvorovima nepravilne mreže), koristeći interpolacione algoritame za dvodimenzionalne funkcije;
• · 2) izračunavanje vrednosti funkcije koju je korisnik eksplicitno odredio. dio Surfer programi uključuje prilično širok raspon funkcija - trigonometrijske, Beselove, eksponencijalne, statističke i neke druge;
• · 3) prelazak s jedne regularne mreže na drugu, na primjer, pri promjeni diskretnosti mreže (ovdje se po pravilu koriste prilično jednostavni algoritmi interpolacije i uglađivanja, jer se vjeruje da se prijelaz vrši s jedne glatke površine drugome).

Osim toga, naravno, možete koristiti gotov digitalni model površine koji korisnik dobije, na primjer, kao rezultat numeričkog modeliranja.

Surfer svojim korisnicima nudi nekoliko interpolacijskih algoritama: Kriging, Inverzna udaljenost na potenciju, Minimalna zakrivljenost, Radijalne bazne funkcije, Polinomska regresija, Modificirana metoda Shepardova metoda (Modified Shepardova metoda), Triangulacija, itd. Izračunavanje regularne mreže može se izvesti za X , Y, Z datoteke skupa podataka bilo koje veličine, a sama mreža može imati dimenzije od 10.000 x 10.000 čvorova.

Surfer koristi sljedeće vrste mapa kao svoje glavne vizualne elemente:

• · 1. Mapa kontura. Pored uobičajenih sredstava za kontrolu načina prikaza izolinija, osa, okvira, oznaka, legendi, itd., moguće je kreirati karte korištenjem punjenja u boji ili raznih šara pojedinih zona. Osim toga, slika ravne karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti i nezavisno skaliranje duž X i Y osi.
• · 2. Trodimenzionalna slika površine: Wireframe Map (karta okvira), Surface Map (trodimenzionalna površina). Za takve kartice se koriste Razne vrste projekcija, a slika se može rotirati i naginjati pomoću jednostavnog grafičkog interfejsa. Na njima možete nacrtati i rezne linije i izolinije, postaviti neovisno skaliranje duž X, Y, Z osi i ispuniti pojedinačne mrežne elemente površine bojom ili uzorkom.
• · 3. Mape početnih podataka (Post Map). Ove karte se koriste za prikaz podataka o tačkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U ovom slučaju, da biste prikazali numeričku vrijednost u tački, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti razni simboli prema opsegu podataka. Izgradnja jedne mape može se izvršiti korištenjem nekoliko datoteka.
• · 4. Osnovna karta. To može biti gotovo svaka ravna slika dobijena uvozom datoteka različitih grafičkih formata: AutoCAD [.DXF], Windows metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] i neke druge. Ove kartice se mogu koristiti za više od jednostavnog izlaz slike, ali i, na primjer, za prikaz nekih područja praznih.

Koristeći različite opcije za preklapanje ovih glavnih tipova mapa i njihovo različito postavljanje na jednu stranicu, možete dobiti različite opcije za predstavljanje složenih objekata i procesa. Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte s kombiniranom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom. Sve vrste karata korisnik može uređivati ​​koristeći ugrađene alate za crtanje samog Surfera.

Metodologija izrade strukturnih karata krova (dna) naftonosne formacije i njenog geološkog presjeka.

• 1. Izgradite na osnovu datoteke bazna karta na skali od 1 cm 1000 metara.
• 2. Digitalizirati granice licencirane oblasti.
• 3. Digitalizirajte bunare i sačuvajte "krov" fajl u DAT formatu (kolona A - geografska dužina, kolona B - geografska širina, kolona C - dubina krova, kolona D - broj bunara, kolona C - tip bunara: proizvodnja sa trocifrenom broj, ostalo - istraživanje)
• 4. Digitalizirajte liniju profila. Sačuvajte „profilnu liniju“ u BLN formatu sa praznom ćelijom B1.
• 5. Kreirajte “Preglednu mapu licenciranog područja” sa slojevima - granicama, linijom profila i bunarima sa natpisima.
• 6. Dodati na preglednu kartu sloj „Konstrukcijska karta krova formacije YuS2” - zaglađen (sa koeficijentom 3 za dve koordinate), izolinije na svakih 5 metara (Prilog 1).
• 7. Napravite “Profil za krov formacije YUS2” - horizontalna razmera se poklapa sa razmerom karte, vertikalna razmera je 1 cm 5 metara.

softver za profil geološke karte

Mihail Vladimirovič Morozov:
lični sajt

Matematički modeli (lekcija, karta-2): Principi rada sa Golden Software Surferom

pa " Metode matematičkog modeliranja u geologiji"

Golden Software Surfer je vodeći svjetski softver za izgradnju prostornih modela numeričkih varijabli, kao što su geofizičke ili geohemijske vrijednosti polja, itd. Ovo poglavlje će vam pomoći da počnete s programom, izbjegavajući tipične greške newbie.

VJEŽBA

Uvod u program Surfer kompanije Golden Software

Svrha softvera ukratko: izgraditi mapu numeričkog parametra u potrebnoj skali (u bilo kojem vanjskom dizajnu - tačke, izolinije, gradacije boja, poput 3D površine, poput vektorskog polja) i urediti je za prezentaciju.

Šta program NE RADI: Surfer je program za konstruisanje digitalnih modela površina u datom parametru. Nije pogodan za "farbanje" teritorije, tj. da kreirate mapu koja prikazuje relativne položaje objekata tačke, linije i područja, poput crteža (tj. geografske, političke i druge slične karte). Za kreiranje takvih karata potreban je drugi softver (ArcInfo, MapInfo, itd.).

KAKAV JE SURFER? Programski alat se sastoji od dva dijela: (1) matematički dio- za kreiranje i analizu površinske karte - jedinstveni moćan program koji ima analoge (npr. Oasis); (2) dio dizajna slično svakom programu za kreiranje vektorska grafika, koji vam omogućava da kreirate linije i druge objekte, a zatim ih pojedinačno modifikujete (lideri u ovom polju su Corel Draw, Adobe Illustrator), što se tiče crtanja, Surfer je, naravno, inferioran u odnosu na posebne grafičke pakete, jer kreira se kao carto grafički softver, ne samo grafički

Pokrenimo program Surfer i upoznajmo se s logikom kako on funkcionira.

Datoteka projekta Surfer (*.SRF ekstenzija) sastoji se od skupa postavljenih objekata na štampanom listu(podrazumevana veličina A4, njegove konture su naznačene u prozoru Surfer). Objekti se mogu birati mišem i operacije koje se izvode na njima su slične uobičajenim radnjama u vektorskom grafičkom programu (skaliranje, pomicanje, promjena svojstava). Pojedinačni objekti mogu biti dio grupa. Svaka karta mora biti uključena u grupu Tip karte, kojoj je dodijeljena koordinatna mreža zajednička za sve objekte u ovoj grupi.

Napomena: ako jednostavno nacrtate grafički objekat (linija, pravougaonik, itd.), on će biti postavljen na štampani list, ali neće imati upućivanje na koordinate kartu, čak i ako je nacrtana na njoj, jer neće biti vezan za geografske koordinate. Ako trebate imati liniju ili poligon povezan sa koordinatama, trebate kreirati objekt putanje ("stroke") koristeći naredbu Osnovna karta, a zatim ga dodajte u grupu Mapa odgovarajuće karte.

IN gornji lijevi ugao Surfer prozor se nalazi Object Manager , koji vam omogućava da posmatrate redosled kojim se objekti prikazuju na ekranu i kada se štampaju (u menadžeru, od vrha do dna, objekti slede kao slojevi, redom, blokirajući jedan drugog kada se prikazuju na ekranu ili štampanom listu).

Da biste ISPRAVNO RADILI SA PROJEKTOM, morate zapamtiti da uradite sljedeće:

a) svakom objektu (koji podrazumevano dobija apstraktno ime kao što je „Linija” ili „Mapa”) ODMAH NAKON KREIRANJA dajte jasno ime klikom na naziv mišem, na primer, „Okvir radova 2013” ​​- za ocrtavanje teritorije, “lgCu” - za kartu po logaritmima sadržaja, itd. U suprotnom, uvjeravam vas, broj objekata će postati toliko ogroman, neprimijećen za vas, a nazivi objekata iste vrste će biti isti, da ćete se potpuno zbuniti u projektu.

b) Rasporedite slojeve u ispravnom redoslijedu - oni objekti koji bi trebali biti prikazani na ekranu ili odštampani na drugim moraju biti prevucite mišem na vrh liste upravitelja objekata.

V) Svaka nova kartica, čak i ako je izgrađen pomoću zajedničke baze podataka, dodaje se projektu kao nezavisni objekat, čak i ako završi na istom mjestu na listu kada se kreira. Stavite mišem na ove kartice mogu se pomicati i postavljati jedan pored drugog. Ponekad je to neophodno - na primjer, za štampanje mapa jedna pored druge u izolinijama, recimo, za bakar i cink. Ali ako trebate kombinirati karte - na primjer, iscrtati tačke mape činjenica na vrhu karte u izolinijama, ove karte se moraju kombinirati u jednu, povlačenjem bilo kojeg od njih u grupu Mapa , gdje se nalazi druga kartica. Istovremeno, grupa Mapa prva kartica (ako nije sadržavala ništa drugo) će nestati, a nova grupa Mapaće sadržavati dvije karte kao dva susjedna sloja. Možete prevući objekt mišem kada se prikaže pokazivač horizontalne strelice. U ovom trenutku možete pustiti miš i objekat će “sletjeti” na mjesto gdje je pokazivala strelica. Ako povučete objekat tamo gde to nije dozvoljeno, pokazivač će poprimiti izgled znaka zabrane saobraćaja.

d) Ako nepotrebni objekti ometaju gledanje (ili ih ne želite ispisati), opozovite izbor u polju za potvrdu lijevo od imena objekta i on će nestati. Tako je zgodno promijeniti se da vidite kartu u izolinijama različiti parametri, jer se samo jedan može povući odjednom.

IN donji lijevi ugao Surfer prozor se nalazi Upravitelj svojstava objekata , ako je neki objekat trenutno aktivan, tj. označeno mišem. Upravitelj svojstava kombinuje u karticama i grupiše sve parametre objekta koji se mogu mijenjati, od geografske lokacije preko koordinata do boje, teksture linija itd. Osim upravitelja, neka svojstva se mogu uređivati ​​pomoću kontrolne ploče Položaj/Veličina(lokacija na listu u odnosu na gornji lijevi ugao odštampanog lista, visina i širina objekta).

Kartografski alati za kreiranje, modifikovanje i analizu površina su prikupljeni u meniju Grid. Njegove komande sadrže čitav niz alata od uređivača proračunskih tablica do matematičkih modula za kreiranje i obradu grid fajlova ("grid" - datoteke u *.GRD formatu). O ovim mogućnostima i njihovim najvažnijim karakteristikama govori se u poglavljima “Kreiranje grid datoteke” i “Odabir matematičkog modela, kraiginga i variograma”.

Glavna komponenta Surfera je set alata za mapiranje, tj. komande za prikaz pripremljenih površina ("mreža"). Glavni su prikupljeni u meniju Mapa - Novo i djelimično dupliran na traci sa alatkama Mapa.

Ako je potrebno, Surfer vam omogućava da pokrenete ugrađeni uređivač tabela (meni Grid - Podaci). Ovom komandom možete otvoriti Excel fajl ili neku drugu tabelu i ponovo sačuvajte podatke u Surferovom izvornom *.DAT formatu, koji je zapravo tekstualna datoteka sa graničnicima kolona. Naravno, ugrađeni uređivač se ne može porediti sa mogućnostima „vlasničkog“ softvera za upravljanje tabelama, kao npr. Microsoft Excel , OpenOffice Calc itd., pa ne preporučujem da ga koristite. To Work with DAT fajlovi ima smisla samo u krajnjoj nuždi ili ako su izvorne tablice podataka već pripremljene unaprijed u DAT formatu. U tipičnoj situaciji, korisnik radi sa podacima kreiranim u tabeli u *.XLS formatu, koje direktno obrađuju svi Surfer moduli za kreiranje površina i karata.

Spomenimo važno alatne trake.

Traka sa alatkama Pogled(Prikaz) sadrži dugmad za skaliranje, pomoću kojih možete jednostavno promijeniti veličinu područja za gledanje jednim klikom, kao i skalirati i pomicati objekte.

Traka sa alatkama Mapa(Mapa) sadrži sve glavne tipke za kreiranje mapa, koje ubrzavaju vaš rad, jer... eliminiše potrebu za odabirom iz menija Mapa - Novo.

Za crtanje postoje grafički alati prikupljeni na panelu Crtanje(Crtanje): Dugmad za unos teksta, poligona, polilinije, simbola, standardnih oblika (pravougaonik, zaobljeni pravougaonik, elipsa), glatke krivulje (tj. Bezierove krive zasnovane na sidrišnim tačkama) i alata za uređivanje sidrišne tačke (slično istom alat u Corel Draw i sličnom softveru za vektorsku grafiku). Opšti oblik svi paneli su prikazani na slici na kraju stranice.

Ne zaboravite i konfigurirati jedinica mjere: Standardno odaberite centimetre umjesto inča (meni Alati - Opcije, sljedeći odjeljak Životna sredina - Crtanje, polje Jedinice stranice).

I na kraju, ono najvažnije: oblik konačne karte. Nije tajna da nemaju svi pri ruci program Surfer, stoga konačni oblik kartice mora biti u skladu s općeprihvaćenim formatom. U našem slučaju, najbolja opcija bi bila izvoz mape u datoteku rasterska grafika JPEG format. Prije izvoza potrebno je provjeriti vanjski izgled projekta, provjeriti jesu li slojevi ispravno pozicionirani, isključiti nepotrebne slojeve u upravitelju objekata i ne zaboraviti napisati sve potrebne naslove i komentare. Nakon toga odaberite sve objekte i grupirajte ih (ovo nije potrebno, ali nikako nije štetno za zaštitu od slučajnog pomicanja objekata jedan u odnosu na drugi). Izvoz se vrši preko menija Datoteka - Izvoz, pritiskom na Ctrl+E ili pomoću posebnog dugmeta na traci sa alatkama. Surfer podrazumevano nudi izvoz u *.BLN format, promenite ga u *.JPG. U sljedećem prozoru možemo urediti rezoluciju finalne slike (podrazumevano je 300 dpi, često je pogodno 200 dpi, čime se štedi veličina datoteke). U prozoru Export Options nalazi se kartica JPEG opcije, gdje možete odabrati željeni stupanj kompresije (nemojte se zanositi i previše komprimirati sliku, svakako provjerite kvalitetu rezultata na primjeru najmanjih natpisa i ikona). To je sve!

Ministarstvo prosvjete i nauke Ruska Federacija

NASTAVNI RAD

Izrada digitalnih modela elevacije na osnovu SRTM radarskih topografskih podataka

Saratov 2011

Uvod

Koncept digitalnih modela elevacije (DEM)

1 Istorija nastanka DEM-a

2 Vrste DEM

3 Metode i metode za kreiranje DEM-a

4 Nacionalna i globalna DEM

Topografski podaci geodetskog radara (SRTM)

1 Verzije i nomenklatura podataka

2 Procjena tačnosti SRTM podataka

3 Upotreba SRTM podataka za rješavanje primijenjenih problema

Primjena SRTM-a u kreiranju geosnimki (na primjeru Saratovske i Engelske regije)

1 Koncept geoslika

2 Izgradnja digitalnog modela reljefa za teritoriju Saratovske i Engelske oblasti

Zaključak

Uvod

Digitalni elevacijski modeli (DEM) su jedna od važnih funkcija modeliranja geografskih informacionih sistema, koja uključuje dvije grupe operacija, od kojih prva služi rješavanju problema izrade modela reljefa, a druga - njegovoj upotrebi.

Ovaj tip proizvod je u potpunosti trodimenzionalni prikaz stvarnog terena u vrijeme geodetskih radova, što mu omogućava da se koristi za rješavanje različitih primijenjenih problema, na primjer: određivanje bilo kojeg geometrijski parametri reljef, izrada profila poprečnog presjeka; izvođenje projektantskih i geodetskih radova; praćenje dinamike terena; proračun geometrijskih karakteristika (površine, dužine, perimetra) uzimajući u obzir reljef za potrebe arhitekture i urbanizma; inženjerska istraživanja, kartografija, navigacija; proračun strmine padina, praćenje i prognoza geoloških i hidroloških procesa; proračun osvjetljenja i vjetra za arhitekturu i urbanizam, inženjerska istraživanja, monitoring okoliša; zgrada vidljivih zona za telekomunikacijske i mobilne kompanije, arhitekturu i urbanizam. Osim toga, DEM se naširoko koristi za vizualizaciju teritorija u obliku trodimenzionalnih slika, čime se pruža mogućnost za konstruiranje virtualnih modela terena (VTM).

Relevantnost teme nastavnog rada proizilazi iz potrebe geografskih istraživanja za korištenjem reljefnih podataka u digitalnom obliku zbog sve veće uloge geografskih informacionih tehnologija u rješavanju različitih problema, potrebe za poboljšanjem kvaliteta i efikasnosti metoda za kreiranje i korištenjem digitalnih elevacijskih modela (DEM), te osiguranjem pouzdanosti kreiranih modela.

Tradicionalni izvori početnih podataka za izradu DEM zemljišta su topografske karte, podaci daljinske detekcije (RSD), podaci satelitskih sistema za pozicioniranje, geodetski radovi; podaci iz geodetskih i ehosondiranja, materijali iz fototeodolitskih i radarskih istraživanja.

Trenutno su neke razvijene zemlje stvorile nacionalne DEM, na primjer, u SAD-u, Kanadi, Danskoj, Izraelu i drugim zemljama. Trenutno ne postoje javno dostupni podaci sličnog kvaliteta na teritoriji Ruske Federacije.

Alternativni izvor podataka o nadmorskoj visini su slobodno dostupni SRTM (Shuttle radar topografska misija) podaci, dostupni u većem dijelu svijeta u rezoluciji modela od 90 m.

Svrha ovog rada je proučavanje alternativnog izvora podataka o visini - podataka radarskog snimanja Zemlje - SRTM, kao i metoda njihove obrade.

U okviru ovog cilja potrebno je riješiti sljedeće zadatke:

steći teorijsko razumijevanje koncepta, tipova i metoda izrade DEM-a, proučiti potrebne podatke za konstruisanje DEM-a, istaći područja koja najviše obećavaju za korištenje ovih modela za rješavanje različitih primijenjenih problema;

identificirati SRTM izvore podataka, identificirati tehničke karakteristike, istražite mogućnosti pristupa SRTM podacima

pokazati moguće upotrebe ove vrste podataka.

Za pisanje nastavnog rada korišteni su sljedeći izvori: nastavna sredstva o geoinformatici i daljinskoj detekciji, periodici, elektronskim izvorima na internetu.

1. Koncept digitalnih modela elevacije (DEM)

Jedna od značajnih prednosti tehnologija geografskih informacionih sistema u odnosu na konvencionalne “papirne” kartografske metode je mogućnost kreiranja prostornih modela u tri dimenzije. Glavne koordinate za takve GIS modele, pored uobičajene geografske širine i dužine, služit će i kao podaci o nadmorskoj visini. Štaviše, sistem može da radi sa desetinama i stotinama hiljada visinskih oznaka, a ne sa jedinicama i deseticama, što je bilo moguće i korišćenjem metoda „papirne“ kartografije. Zbog dostupnosti brze kompjuterske obrade ogromnih nizova podataka o nadmorskoj visini, zadatak kreiranja najrealnijeg digitalnog modela elevacije (DEM) postao je izvodljiv.

Digitalni model elevacije se obično shvata kao sredstvo digitalnog predstavljanja trodimenzionalnih prostornih objekata (površina, ili reljefa) u obliku trodimenzionalnih podataka, koji formiraju skup elevacionih oznaka (oznaka dubine) i drugih vrednosti Z koordinata, na čvorovima regularne ili kontinuirane mreže ili skupa zapisa konturnih linija (izohips, izobata) ili drugih izolinija. DEM je posebna vrsta trodimenzionalnih matematičkih modela koji predstavljaju reljef realnih i apstraktnih površina.

1 Istorija nastanka DEM-a

Slika reljefa dugo je zanimala ljude. Na najstarijim kartama veliki reljefni oblici su prikazani kao sastavni dio pejzaža i kao element orijentacije. Prvi način prikazivanja reljefa bio je pomoću perspektivnih znakova koji prikazuju planine i brda; Međutim, od osamnaestog veka počinje aktivan razvoj novih, sve složenijih metoda. Metoda perspektive sa crtanjem linija prikazana je na karti Pirineja (1730.). Boja je prvi put korištena za oblikovanje plastičnog reljefa u Atlasu pohoda ruskih trupa na Švicarsku (1799.). Prvi eksperimenti u izradi DEM-a datiraju iz najranijih faza razvoja geoinformatike i automatizovane kartografije u prvoj polovini 1960-ih, a jedan od prvih digitalnih modela terena proizveden je 1961. godine na Odsjeku za kartografiju Vojnotehničke akademije. Nakon toga su razvijene metode i algoritmi za rješavanje raznih problema, moćni softver modeliranja, velikih nacionalnih i globalnih skupova podataka o reljefu, akumulirano je iskustvo u rješavanju različitih naučnih i primijenjenih problema uz njihovu pomoć. Posebno je upotreba DEM-a za vojne zadatke dobila veliki razvoj.

2 Vrste DEM

Najrasprostranjeniji prikazi površina u GIS-u su rasterski i TIN modeli. Na osnovu ova dva predstavnika istorijski su nastala dva alternativni modeli DEM: baziran na čisto pravilnim (matričnim) prikazima reljefnog polja sa visinskim oznakama i strukturalnim, čiji su jedan od najrazvijenijih oblika modeli zasnovani na strukturno-jezičkom prikazu.

Rasterski reljefni model - omogućava podelu prostora na dalje nedeljive elemente (piksele), formirajući matricu visina - pravilnu mrežu visinskih oznaka. Slične digitalne modele nadmorske visine kreiraju nacionalni kartografski servisi u mnogim zemljama. Pravilna mreža visina je rešetka sa jednakim pravokutnicima ili kvadratima, gdje su vrhovi ovih figura čvorovi mreže (Slika 1-3).

Rice. 1.2.1 Uvećani fragment reljefnog modela koji prikazuje rastersku strukturu modela.

Rice. 1.2.2 Prikazivanje regularnog modela mreže visina na ravni.

Rice. 1.2.3. Trodimenzionalni reljefni model okoline sela. Kommunar (Hakasija), izgrađen na bazi pravilne mreže visina /1/

Jedan od prvih softverskih paketa koji je implementirao mogućnost višestrukog unosa različitih slojeva rasterskih ćelija bio je GRID paket (u prijevodu s engleskog - rešetka, mreža, mreža), nastao kasnih 1960-ih. u Harvardskoj laboratoriji za kompjutersku grafiku i prostornu analizu (SAD). U modernom, široko korišćenom GIS paketu ArcGIS, rasterski model prostornih podataka naziva se i GRID. U drugom popularnom programu za izračunavanje DEM-a - Surfer, redovna mreža visina se naziva i GRID, datoteke takvog DEM-a su u GRD formatu, a proračun takvog modela se zove Gridding.

Prilikom kreiranja pravilne mreže visina (GRID) veoma je važno voditi računa o gustini mreže (nagibu mreže), koja određuje njenu prostornu rezoluciju. Što je odabrani korak manji, to je DEM precizniji - prostorna rezolucija modela je veća, ali više veća količina grid čvorova, stoga je potrebno više vremena za izračunavanje DEM-a i potrebno je više prostora na disku. Na primjer, kada se korak mreže smanji za faktor 2, količina kompjuterske memorije potrebne za pohranjivanje modela povećava se za faktor 4. Iz toga slijedi da moramo pronaći balans. Na primjer, standard US Geological Survey DEM, razvijen za Nacionalnu banku digitalnih kartografskih podataka, specificira digitalni model elevacije kao redovan niz elevacijskih oznaka na mrežnim čvorovima 30x30 m za kartu razmjera 1:24 000. Interpolacijom, aproksimacijom, izravnavanjem i druge transformacije u Rasterski model može sadržavati DEM svih drugih tipova.

Među nepravilnim mrežama najčešće se koristi trokutasta mreža nepravilnog oblika - TIN model. Razvijen je ranih 1970-ih. kao jednostavan način da se konstruišu površine na osnovu skupa neravnomerno raspoređenih tačaka. 1970-ih godina Stvoreno je nekoliko verzija ovog sistema, a komercijalni sistemi zasnovani na TIN-u počeli su da se pojavljuju 1980-ih. kao softverski paketi za konstruisanje konturnih linija. TIN model se koristi za digitalno modeliranje terena, pri čemu čvorovi i ivice trokutaste mreže odgovaraju originalnim i izvedenim atributima digitalnog modela. Prilikom konstruisanja TIN modela diskretno locirane tačke povezuju se linijama koje formiraju trokute (slika 4).

Rice. 1.2.4. Uslov Delaunayeve triangulacije.

Unutar svakog trougla TIN modela, površina je obično predstavljena kao ravan. Budući da je površina svakog trokuta definirana visinama njegova tri vrha, korištenje trokuta osigurava da se svaki dio površine mozaika tačno uklapa u susjedne dijelove.

Sl.1.2.5. Trodimenzionalni model reljefa izgrađen na bazi nepravilne triangulacione mreže (TIN).

Time se osigurava kontinuitet površine s nepravilnim rasporedom tačaka (Slika 5-6).

Rice. 1.2.6. Uvećani fragment modela reljefa na Sl. 5 prikazuje trouglastu strukturu TIN modela.

Glavna metoda za izračunavanje TIN-a je Delaunayova triangulacija, jer U poređenju s drugim metodama, ima najpogodnija svojstva za digitalni model reljefa: ima najmanji indeks harmonije kao zbir indeksa harmonije svakog od trokuta koji formiraju (blizina jednakokutne triangulacije), svojstvo maksimalnog minimalnog ugla (najveća nedegeneracija trokuta) i minimalna površina formirane poliedarske površine.

Pošto su i GRID model i TIN model postali široko rasprostranjeni u geografskom smislu informacioni sistemi i podržavaju ih mnogi tipovi softver GIS, morate znati prednosti i nedostatke svakog modela kako biste odabrali pravi format za pohranjivanje podataka o terenu. Prednosti GRID modela uključuju jednostavnost i brzinu njegove kompjuterske obrade, što je povezano sa rasterskom prirodom samog modela. Izlazni uređaji, kao što su monitori, štampači, ploteri, itd., koriste skupove tačaka, odnosno za kreiranje slika. takođe imaju rasterski format. Stoga se GRID slike lako i brzo emituju na takve uređaje, budući da je računarima lako izvršiti proračune za predstavljanje pojedinačnih kvadrata regularne mreže visina koristeći tačke ili video piksele izlaznih uređaja.

Zahvaljujući svojoj rasterskoj strukturi, GRID model vam omogućava da "izgladite" modeliranu površinu i izbjegnete oštre ivice i izbočine. Ali to je i “minus” modela, jer Prilikom modeliranja reljefa planinskih područja (posebno mladih - na primjer, alpskog nabora) s obiljem strmih padina i šiljastih vrhova, mogući su gubitak i "zamućenje" strukturnih linija reljefa i izobličenje ukupne slike. IN sličnim slučajevima potrebno je povećanje prostorne rezolucije modela (nagib elevacijske mreže), a to je ispunjeno naglim povećanjem količine računarske memorije potrebne za pohranjivanje DEM-a. Generalno, GRID modeli imaju tendenciju da zauzimaju više prostora na disku nego TIN modeli. Da bi se ubrzao prikaz digitalnih modela terena velikog obima, koriste se različite metode, od kojih je najpopularnija izgradnja takozvanih piramidalnih slojeva, koji omogućavaju korištenje različitih razina detalja slike u različitim razmjerima. Dakle, GRID model je idealan za prikaz geografskih (geoloških) objekata ili pojava čije se karakteristike glatko mijenjaju u prostoru (reljef ravnih područja, temperatura zraka, atmosferski pritisak, pritisak u ležištu nafte itd.). Kao što je gore navedeno, nedostaci GRID modela se javljaju prilikom modeliranja reljefa mladih planinskih formacija. Posebno nepovoljna situacija s korištenjem pravilne mreže uzvišenja nastaje ako se modelirano područje izmjenjuje između ekstenzivnih niveliranih područja s područjima izbočina i litica koje imaju oštre promjene nadmorske visine, kao na primjer u široko razvijenim dolinama velikih nizijskih rijeka ( Slika 7). U ovom slučaju, na većem dijelu simulirane teritorije doći će do „zaliha“ informacija, jer Čvorovi mreže GRID na ravnim površinama će imati iste vrijednosti visine. Ali u područjima strmih reljefnih izbočina, veličina nagiba elevacijske mreže može biti prevelika, pa prema tome, prostorna rezolucija modela može biti nedovoljna da prenese „plastičnost“ reljefa.

Rice. 1.2.7. Fragment trodimenzionalnog modela reljefa Tomske doline (crvena strelica prikazuje izbočinu druge nadplavne terase na lijevoj obali, visoka platforma na desnoj obali je padina međurječne ravnice). Vertikalna skala je pet puta veća od horizontalne.

TIN model nema takvih nedostataka. Budući da se koristi nepravilna mreža trokuta, ravne površine se modeliraju malim brojem ogromnih trokuta, a u područjima strmih izbočina, gdje je potrebno detaljno prikazati sve rubove reljefa, površina je prikazana brojnim malim trouglovi (slika 8). Ovo vam omogućava da efikasnije koristite RAM i trajne memorijske resurse računara za skladištenje modela.

Rice. 1.2.8. Nepravilna mreža trouglova.

Među „nedostacima“ TIN-a je i visoka cena računarskih resursa za obradu modela, što značajno usporava prikaz DEM-a na ekranu monitora i štampanje, jer ovo zahteva rasterizaciju. Jedno rješenje za ovaj problem bilo bi uvođenje “hibridnih” modela koji kombinuju TIN prelomne linije i regularni metod prikaza skupa tačaka. Još jedan značajan nedostatak modela TIN je „efekat terase“, izražen u pojavljivanju takozvanih „pseudotrokuta“ - ravnih područja u očigledno nemogućoj geomorfološkoj situaciji (na primjer, duž donje linije dolina u obliku slova V) (Sl. 9).

Jedan od glavnih razloga je mala udaljenost između tačaka digitalnog snimanja kontura u odnosu na razmake između samih kontura, što je tipično za većinu tipova reljefa u njihovom kartografskom prikazu.

Rice. 1.2.9. „Efekat terase“ u dolinama malih rijeka, koji se javlja prilikom kreiranja TIN-a na osnovu konturnih linija bez uzimanja u obzir strukturnih linija reljefa (u ovom slučaju, hidrauličke mreže).

3 Metode i metode za kreiranje DEM-a

Od kada su se pojavile prve karte, kartografi su se suočili s problemom prikazivanja trodimenzionalnog terena na dvodimenzionalnoj karti. Za to su isprobane različite metode. Na topografskim kartama i planovima reljef je prikazan konturnim linijama - linijama jednakih visina. Na općim geografskim i fizičkim kartama reljef je zasjenjen (zasjenjen), ili je određenoj visini terena dodijeljena boja odgovarajućeg tonaliteta (visinska skala). Trenutno, sa pojavom digitalne kartice i planove, povećavajući učinak kompjuterska oprema pojavljuju se nove mogućnosti za predstavljanje terena. Trodimenzionalna vizualizacija modela reljefa postaje sve popularnija, jer omogućava čak i profesionalno neobučenim ljudima da steknu prilično potpunu sliku reljefa. Moderne tehnologije trodimenzionalne vizualizacije omogućavaju vam da „pogledate“ teren iz bilo koje tačke u prostoru, iz bilo kog ugla, kao i da „preletite“ teren.

Od razvoja informacionih sistema i tehnologija, kao i razvoja satelitske industrije, pojavile su se različite metode i metode koje omogućavaju konstruisanje DEM-a. Postoje dva fundamentalno različita načina dobijanja podataka za konstruisanje digitalnih modela elevacije.

Prva metoda su metode daljinske detekcije i fotogrametrija. Takve metode za kreiranje DEM-a uključuju metodu radarske interferometrije. Zasnovan je na korištenju fazne komponente radarskog signala reflektiranog od Zemljine površine. Tačnost DEM rekonstrukcije interferometrijskom metodom je nekoliko metara, a varira u zavisnosti od prirode terena i nivoa šuma signala. Za glatku površinu i za visokokvalitetan interferogram, tačnost rekonstrukcije reljefa može doseći nekoliko desetina centimetara. Postoji i metoda za stereoskopsku obradu radarskih podataka. Za rad modula potrebno je imati dvije radarske slike snimljene pod različitim uglovima snopa. Preciznost DEM rekonstrukcije stereoskopskom metodom zavisi od veličine elementa prostorne rezolucije slike. Tehnologija laserskog skeniranja u zraku (ALS) je najbrži, najpotpuniji i najpouzdaniji način prikupljanja prostornih i geometrijskih informacija o teško dostupnim (močvarnim i šumskim) područjima. Metoda daje tačne i detaljne podatke kako o terenu tako io situaciji. Danas VLS tehnologija omogućava brzo dobijanje potpunih prostornih i geometrijskih informacija o terenu, vegetacijskom pokrivaču, hidrografiji i svim prizemnim objektima na području istraživanja.

Druga metoda je izrada modela reljefa interpolacijom digitaliziranih izolinija iz topografskih karata. Ovaj pristup također nije nov, on ima svoje prednosti i slabe strane. Nedostaci uključuju intenzitet rada i ponekad nedovoljno zadovoljavajuću preciznost modeliranja. No, unatoč ovim nedostacima, može se tvrditi da će digitalizirani topografski materijali ostati jedini izvor podataka za takvo modeliranje još nekoliko godina.

4 Nacionalna i globalna DEM

Javna dostupnost podataka i tehnologija za izradu DEM-a omogućavaju mnogim zemljama da kreiraju nacionalne modele reljefa koji se koriste za lične potrebe zemlje; primeri takvih zemalja su SAD, Kanada, Izrael, Danska i neke druge zemlje. Sjedinjene Države su jedan od lidera u stvaranju i korištenju DEM-a. Trenutno, državna nacionalna topografska kartografska služba, Američki geološki zavod, proizvodi pet skupova podataka koji predstavljaju DEM (Digital Elevation Model) format i koji se razlikuju u tehnologiji, rezoluciji i prostornoj pokrivenosti. Još jedan primjer uspješnog iskustva nacionalne DEM je danska DEM. Prvi digitalni model elevacije u Danskoj kreiran je 1985. godine kako bi riješio problem optimalnog postavljanja mrežnih prevodilaca mobilne komunikacije. Digitalni elevacijski modeli u obliku visinskih matrica uključeni su u osnovne skupove prostornih podataka gotovo svih nacionalnih i regionalnih SID-ova (podaci o prostornim informacijama). Na sadašnjem nivou razvoja tehnologije, nagib visinske mreže u nacionalnim DEM dostiže 5 m. DEM slične prostorne rezolucije su u potpunosti spremni ili će biti spremni u bliskoj budućnosti za tako velike teritorije kao što su Evropska unija i SAD. Svrsishodnost ograničenja reljefnih detalja uspostavljenih kod nas gubi se u uslovima kada se na svetskom tržištu može kupiti slobodno distribuiran globalni ASTGTM DEM sa visinskim rastojanjem mreže od oko 30 m (jedna lučna sekunda). Osim toga, očekuje se da će se rezolucija javno dostupnih DEM-a stalno povećavati. Kao moguće privremeno rješenje problema, predlaže se čuvanje tajnosti za najdetaljniji osnovni DEM i slobodna distribucija manje detaljnih DEM kreiranih na osnovu osnovnog; postupno smanjivati ​​prag privatnosti DEM ovisno o točnosti prikaza reljefa i površine područja koje pokriva.

2. SRTM podaci

radarska topografska misija (SRTM) - Radarsko topografsko snimanje većeg dijela globusa, s izuzetkom najsjevernijih (>60), najjužnijih geografskih širina (>54), kao i okeana, obavljeno tokom 11 dana u februaru 2000. koristeći specijalni radarski sistem, iz spejs šatla za višekratnu upotrebu. Dva radarska senzora, SIR-C i X-SAR, prikupila su više od 12 terabajta podataka. Za to vrijeme, metodom zvanom radarska interferometrija, prikupljena je ogromna količina informacija o topografiji Zemlje, čija se obrada nastavlja do danas. Rezultat istraživanja bio je digitalni model reljefa 85 posto Zemljine površine (slika 9). Ali određena količina informacija je već dostupna korisnicima. SRTM je međunarodni projekat koji vode Nacionalna geoprostorna obavještajna agencija (NGA), NASA, Italijanska svemirska agencija (ASI) i njemački svemirski centar.

Rice. 2.1. Šema pokrivenosti teritorije Zemlje SRTM premjerom.

1 Verzije i nomenklatura podataka

SRTM podaci postoje u nekoliko verzija: preliminarna (verzija 1, 2003) i konačna (verzija 2, februar 2005). Konačna verzija je podvrgnuta dodatnoj obradi, naglašavajući obale i vodna tijela, te filtriranjem pogrešnih vrijednosti. Podaci se distribuiraju u nekoliko verzija - mreža s veličinom ćelije od 1 lučne sekunde i 3 lučne sekunde. Precizniji podaci od jedne sekunde (SRTM1) dostupni su za Sjedinjene Države; samo podaci od tri sekunde (SRTM3) su dostupni za ostatak zemljine površine. Datoteke podataka su matrica od 1201 ´ 1201 (ili 3601 ´ 3601 za verziju od jedne sekunde) vrijednosti koje se mogu uvesti u različite programe za mapiranje i geografske informacione sisteme. Osim toga, postoji verzija 3, distribuirana kao ARC GRID fajlovi, kao i ARC ASCII i Geotiff format, 5 kvadrata ´ 5 u WGS84 datumu. Ove podatke je CIAT dobio od originalnih USGS/NASA podataka o nadmorskoj visini kroz obradu kako bi se proizvele glatke topografske površine, kao i interpolirana područja gdje su originalni podaci nedostajali.

Nomenklatura podataka je napravljena na ovaj način, naziv kvadrata podataka verzija 1 i 2 odgovara koordinatama njegovog donjeg lijevog ugla, na primjer: N45E136, gdje je N45 45 stepeni sjeverne geografske širine, a E136 je 136 stepeni istočne geografske dužine , slova (n) i (e) u datoteci s imenom označavaju sjevernu i istočnu hemisferu, respektivno.Naziv kvadrata podataka obrađene verzije (CGIAR) odgovara broju kvadrata sa brzinom od 72 kvadrata horizontalno (360 /5) i 24 kvadrata okomito (120/5). Na primjer: srtm_72_02.zip /krajnje desno, jedan od gornjih kvadrata. Željeni kvadrat možete odrediti pomoću rasporeda mreže (slika 11.).

Sl.2.1.1. SRTM4 dijagram pokrivenosti.

2 Procjena tačnosti SRTM podataka

Javno su dostupne vrijednosti visina u uglovima ćelije dimenzija 3 sa 3. Tačnost visina je navedena da nije niža od 16 m, ali je vrsta procjene ove vrijednosti - prosječna, maksimalna, srednja vrijednost kvadratna greška (RMS) - nije objašnjena, što i ne čudi, jer su za striktnu procjenu tačnosti potrebne ili referentne vrijednosti visine približno istog stepena pokrivenosti, ili rigorozna teorijska analiza procesa dobijanja i obrada podataka. S tim u vezi, analizu tačnosti SRTM DEM izvršilo je više timova naučnika iz različitih zemalja sveta. Prema A.K. Visine Corveula i I. Eviaka SRTM imaju grešku, koja za ravni teren u prosjeku iznosi 2,9 m, a za brdski teren - 5,4 m. Štaviše, značajan dio ovih grešaka uključuje i sistematsku komponentu. Prema njihovim nalazima, SRTM matrica visina je pogodna za konstruiranje kontura na topografskim kartama u mjerilu od 1:50000. Ali u nekim područjima, SRTM visine po svojoj preciznosti približno odgovaraju visinama dobivenim iz topografske karte u mjerilu od 1:100000, a može se koristiti i za kreiranje ortofotomapa iz satelitskih snimaka visoka rezolucija, snimljeno sa blagim uglom odstupanja od nadira.

2.3 Upotreba SRTM podataka za rješavanje primijenjenih problema

SRTM podaci mogu riješiti različite primijenjene probleme različitog stepena složenosti, na primjer: za korištenje u izradi ortofotomapa, za procjenu složenosti nadolazećih topografsko-geodetskih radova, planiranje njihove realizacije, a mogu pružiti i pomoć u projektovanju lokacije profila i drugim objektima i prije izvođenja topografskih snimanja dobijenih na osnovu rezultata radarskih snimanja SRTM, visinske vrijednosti tačaka terena mogu se koristiti za ažuriranje topografske baze teritorija na kojima nema podataka iz detaljnih topografsko-geodetskih radova. Ova vrsta podataka je univerzalni izvor za modeliranje zemljine površine, uglavnom za izradu digitalnih modela terena i digitalnih modela terena, ali pitanje primjenjivosti SRTM radarskih podataka o nadmorskoj visini kao alternativa standardnim metodama za izradu digitalnog modela terena i reljefa, je problem. po našem mišljenju, treba rješavati u svakom slučaju pojedinačno, ovisno o zadatku, karakteristikama reljefa i traženoj tačnosti visinske reference.

3. Primjena SRTM-a pri kreiranju geosnimka

1 Koncept geoslika

Napredak u geoinformacionom mapiranju, daljinskom detekcijom i sredstvima za razumevanje okolnog sveta. Fotografisanje u bilo kojoj skali i rasponu, sa različitim prostornim pokrivanjem i rezolucijom, vrši se na tlu i pod zemljom, na površini okeana i pod vodom, iz zraka i iz svemira. Cijelo mnoštvo karata, fotografija i drugih sličnih modela može se opisati jednim općim pojmom - geoslika.

Geoslika je svaki prostorno-vremenski, generalizovani model zemaljskih ili planetarnih objekata ili procesa velikih razmera, predstavljen u grafičkom obliku.

Geosnimke predstavljaju unutrašnjost Zemlje i njenu površinu, okeane i atmosferu, pedosferu, socio-ekonomsku sferu i područja njihove interakcije.

Geo slike su podijeljene u tri klase:

Ravne, ili dvodimenzionalne, - karte, planovi, anamorfoze, fotografije, fotografski planovi, televizija, skener, radar i druge udaljene slike.

Volumetrijski, ili trodimenzionalni - anaglifi, reljefne i fiziografske karte, stereoskopski, blokovi, holografski modeli.

Dinamički trodimenzionalni i četverodimenzionalni - animacije, kartografski, stereokartografski filmovi, filmski atlasi, virtualne slike.

Mnogi od njih su ušli u praksu, drugi su se pojavili nedavno, a treći su još u razvoju. Tako smo u ovom kursu napravili dvodimenzionalne i trodimenzionalne geoslike.

3.2 Izgradnja digitalnog modela reljefa za teritoriju Saratova

i region Engel

Prvo preuzimamo javne SRTM podatke dodatne obrade verzije 2, na Internet portalu otvorenom za bilo kojeg korisnika mreže (#"justify">Potom otvaramo preuzeti fragment u programu Global Mapper, biramo funkciju "File", zatim “Export Raster and Elevation Data” - “Export Dem” (Sl. 12), ova serija operacija je izvršena u cilju konvertovanja preuzetih podataka u DEM format, koji je čitljiv programom Vertical Mapper u kojem će model biti izgrađen.

Sl.3.2.1. Izvoz datoteke u DEM format pomoću programa Global Mapper [izvršio autor].

Nakon izvoza podataka otvorite program Vertical Mapper u kojem proizvodimo dalje radnje- Kreiraj mrežu - Uvezi mrežu (slika 13).

Rice. 3.2.2. Kreiranje Grid modela u programu Vertical Mapper (autor).

Koristeći ove funkcije, kreiramo GRID model s kojim je autor naknadno izvršio sve operacije za kreiranje DEM-a za teritoriju Saratovske regije, za kreiranje izolinija i trodimenzionalni model reljefa.

Zaključak

Digitalni model nadmorske visine je važna funkcija modeliranja u geografskim informacionim sistemima, jer omogućava rešavanje problema izgradnje modela reljefa i njegove upotrebe. Ova vrsta proizvoda je potpuno trodimenzionalni prikaz realnog terena u trenutku snimanja, čime je omogućeno rješavanje mnogih primijenjenih problema: određivanje bilo kakvih geometrijskih parametara reljefa, izrada profila poprečnog presjeka; izvođenje projektantskih i geodetskih radova; praćenje dinamike terena. Osim toga, DEM se naširoko koristi za vizualizaciju teritorija u obliku trodimenzionalnih slika, čime se pruža mogućnost za konstruiranje virtualnih modela terena (VTM).

Relevantnost teme nastavnog rada je zbog raširene potrebe za geografskim istraživanjem reljefnih podataka u digitalnom obliku, zbog sve veće uloge geografsko informacionih tehnologija u rješavanju različitih problema, potrebe za poboljšanjem kvaliteta i efikasnosti metoda za kreiranje i korištenje digitalnih modela elevacije (DEM), te osiguranje pouzdanosti kreiranih modela.

Trenutno postoji nekoliko glavnih izvora podataka za konstruisanje digitalnih modela elevacije - to je interpolacija digitalizovanih kontura sa topografskih karata i metoda daljinske detekcije i fotogrametrije. Metoda daljinskog otkrivanja sve više dobija na snazi ​​u rješavanju mnogih geografskih problema, kao što je izgradnja reljefa na osnovu podataka satelitskog radarskog senzora Zemlje. Jedan od proizvoda radarskog otkrivanja Zemlje su javno dostupni i slobodno distribuirani SRTM (Shuttle radar topografska misija) podaci, dostupni u većem dijelu svijeta s rezolucijom modela od 90 m.

U procesu izrade nastavnog rada izgrađen je digitalni model reljefa za područje Saratovske i Engelske oblasti, čime su riješeni građevinski zadaci i dokazana mogućnost izrade DEM-a pomoću SRTM podataka.

digitalna radarska geoslika reljefa

Spisak korištenih izvora

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitalni modeli elevacije. Tomsk: Izdavačka kuća TML-Press LLC, potpisano za objavljivanje 15. decembra 2007. Tiraž 200 primjeraka.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. "Morfologija reljefa." Moskva: Naučni svet. 2004

B.A. Novakovski, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. “Digitalni modeli reljefa stvarnih i apstraktnih geopolja.” Moskva: Naučni svet. 2003

A.S. Samardak "Geografski informacioni sistemi". Vladivostok FEGU, 2005. - 124 str.

Geoprofi [Elektronski izvor]: časopis o geodeziji, kartografiji i navigaciji / Moskva. - Elektronski magazin. - Način pristupa: #"justify">. Sektori primjene GIS-a [Elektronski izvor]: baza podataka. - Način pristupa:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. Ujedinjeni institut za geologiju, geofiziku i mineralologiju Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, Novosibirsk. Iz materijala međunarodne konferencije “Interkarto - 6” (Apatiti, 22-24. avgusta 2000.).

GIS Association [Elektronski izvor]: baza podataka. - Način pristupa: #"justify">. Udruženje GIS LAB [Elektronski izvor]: baza podataka. - Način pristupa: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Bešavni SRTM podaci ispunjeni rupom V3, Međunarodni centar za tropsku poljoprivredu (CIAT)

11. A. M. Berlyant, A. V. Vostokova, V.I. Kravcova, I.K. Lurie, T.G. Svatkova, B.B. Serapinas "Kartologija". Moskva: Aspect Press, 2003. - 477 str.

), nazvan po gradu Golden, Colorado, gdje se nalazi, postoji od 1983. godine i razvija naučne grafičke pakete. Njegov prvi softverski proizvod, Golden Graphics System, objavljen iste godine, dizajniran je za obradu i prikaz slika skupova podataka opisanih dvodimenzionalnom funkcijom kao što je z=f(y,x). Naknadno je ovaj paket dobio ime Surfer, koje je sa njim ostalo do danas. A dvije godine kasnije pojavio se Grapher paket, dizajniran za obradu i prikaz grafova skupova podataka i funkcija poput y=f(x).

Upravo su ti DOS paketi bili veoma popularni (naravno, u obliku ilegalnih kopija) kasnih 80-ih među sovjetskim stručnjacima koji su se bavili različitim aspektima matematičke obrade podataka, prvenstveno u okviru širokog spektra geonauka, kao što su geologija, hidrogeologija, seizmiku, ekologiju, meteorologiju, kao i u drugim srodnim oblastima.

Istovremeno smo počeli aktivno raditi sa Surfer 4 paketom za DOS. Za razliku od naših kolega iz drugih odjela (naš institut je vršio istraživanja u oblasti inženjerskih istraživanja u građevinarstvu), koji su se bavili rješavanjem vrlo specifičnih problema na određenim lokacijama i radili sa Surferom kao samostalnim proizvodom za krajnje korisnike, mi smo kao programeri bili privučeni mogućnostima ugrađene upotrebe ovog paketa u vlastite programe.

Ideja je bila vrlo jednostavna - Surfer je mogao raditi i interaktivno i u batch modu, izvodeći određeni niz funkcije zasnovane na podacima iz komandnih i informacijskih datoteka. Generisanjem ovih datoteka u našim programima, mogli bismo natjerati vanjski paket da izvrši operacije koje su nam potrebne. Istovremeno, korisnik, gledajući, na primjer, sliku izolinske karte ili je štampajući, nije ni sumnjao da radi sa nekim drugim paketom.

Sve u svemu, Surfer nam se jako svidio. I dalje ga smatramo klasičnim primjerom odličnog softverskog proizvoda. Pogodan, interaktivni interfejs bez arhitektonskih ukrasa, otvoren i razumljiv interfejs za programera, provereni matematički algoritmi, veoma kompaktan kod, skromni zahtevi za resursima. Ukratko, bio je to stil kreiranja softvera, danas uveliko izgubljen, koji je poštovao buduće korisnike ne riječima već djelima. (Veoma smo zadovoljni što je Golden Software sačuvao ovaj stil u kasnijim razvojima.)

Prema verziji koja se čula 1994. na Međunarodnoj konferenciji o analitičkim modelima geofiltracije u Indianapolisu, autor Surfera i osnivač kompanije bio je diplomirani student hidrogeologije na jednom od američkih univerziteta. “Geološki” korijeni proizvoda kompanije izgledaju gotovo očigledna činjenica.

U stvari, grad Zlatni je mali i hrabar. U njemu se nalazi renomirani centar za obuku geonauka Colorado School of Mines i njegova sestrinska firma, Međunarodni centar za modeliranje podzemnih voda, koji također kreira, testira i distribuira hidrogeološke programe (uključujući one koje obezbjeđuju nezavisni programeri).

Vrijeme prolazi, ali uprkos prilično intenzivnoj konkurenciji, Golden Software paketi (prvenstveno Surfer) i dalje ostaju veoma popularni kako u SAD tako iu drugim zemljama. Linkovi na njih su dostupni u gotovo svakoj naučnoj publikaciji ili softverskom proizvodu koji se odnosi na numeričko modeliranje i obradu eksperimentalnih podataka.

1990. godine kompanija je objavila prestanak razvoja verzija za DOS i početak razvoja softverskih proizvoda za Windows. 1991. godine pojavio se novi paket MapViewer (alat za analizu i vizualizaciju geografski distribuiranih numeričkih informacija i konstruisanje informativnih tematskih karata - Thematic Mapping Software), a zatim su izdate Windows verzije već poznatih paketa: 1993. - Grapher 1.0, a 1994. - Surfer 5.0. Godine 1996. izašao je još jedan novi proizvod - Didger (digitalizacija grafičke informacije), koji je vrlo uspješno upotpunio funkcionalnost ostalih Golden Software programa.

Ovdje, međutim, treba naglasiti da je, zaustavivši razvoj verzija za DOS, kompanija nastavila da ih podržava sve do 1995. godine: prodaja licenciranih kopija, savjetovanje itd. Takav odnos poštovanja prema korisniku (prodaja onoga što klijentu treba, a ne raditi po principu „uzmi šta imaš“), slažete se, danas je retkost.

Sve u svemu, Golden Software je vrlo poučan primjer održive pozicije male kompanije koja razvija i prodaje svoje softverske proizvode u svojoj „ekološkoj niši“ na globalnom tržištu računara.

Štaviše, treba napomenuti da pojava moćnih sistema za koje se čini da rade „sve-sve-sve“ (na primer, uključivanje grafičkih alata u proračunske tabele ili GIS sa njihovim mogućnostima za obradu kartografskih informacija) nije uzdrmala poziciju mali specijalizovani softverski paketi. Takav specijalizovani softver značajno nadmašuje velike integrisane sisteme po funkcionalnosti i jednostavnosti korišćenja. Posljednja prednost je posebno važna kada se analizira ogroman broj eksperimentalnih podataka, a ne samo kada se generiraju rezultati istraživanja u obliku prezentacijske grafike. Ovome treba dodati i skromnije zahtjeve ovakvih programa u pogledu snage računara i njegove cijene.

Golden Software trenutno nudi četiri proizvoda za Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 i Didger 1.0. Upravo o tome ćemo govoriti u našoj recenziji.

Surfer paket - obrada i vizualizacija dvodimenzionalnih funkcija

Surfer 5.0 za Windows 3.x objavljen je 1994. godine. Godinu dana kasnije, istovremeno sa izdavanjem Windows 95, izašao je Surfer 6.0, koji je predstavljen u dvije verzije - 32-bitna za rad u Windows okruženje NT i Windows 95 i 16-bitni za Windows 3.1. Prilikom instaliranja paketa, korisnik može ili sam odabrati željenu verziju programa ili to povjeriti instalacijskom programu, koji će odrediti konfiguraciju sistema i automatski odabrati verziju. Paket ćemo opisati na sljedeći način: prvo ćemo govoriti o mogućnostima verzije 5.0, a zatim o inovacijama Surfera 6.0.

Glavna svrha Surfera je obrada i vizualizacija dvodimenzionalnih skupova podataka opisanih funkcijom kao što je z=f(x, y). Logika rada sa paketom može se predstaviti u obliku tri glavna funkcionalna bloka: a) konstrukcija digitalnog modela površine; b) pomoćne operacije sa digitalnim modelima površine; c) vizualizacija površine.

Izrada digitalnog modela površine

Bez obzira na svu impresivnost grafičke vizualizacije podataka, vrhunac ovakvih paketa je, naravno, matematički aparat koji je u njima implementiran. Činjenica je da, ne dobivši jasan odgovor na pitanje: „Koja metoda je osnova za transformaciju podataka i gde se može videti procena pouzdanosti svih ovih transformacija?“, korisnik (u ovom slučaju najverovatnije naučnik) možda više neće biti zainteresovani za sve druge prednosti programa.

Digitalni model površine tradicionalno se predstavlja kao vrijednosti u čvorovima pravokutne pravilne mreže, čija se diskretnost određuje ovisno o konkretnom problemu koji se rješava. Za pohranjivanje takvih vrijednosti, Surfer koristi vlastite GRD datoteke (binarni ili tekstualni format), koji su odavno postali neka vrsta standarda za pakete matematičkog modeliranja.

U principu, postoje tri moguće opcije za dobivanje vrijednosti na čvorovima mreže; sve su implementirane u paketu:

1. prema početnim podacima navedenim u proizvoljnim tačkama regiona (na čvorovima nepravilne mreže), koristeći interpolacijske algoritame za dvodimenzionalne funkcije;
2. izračunavanje vrijednosti funkcije koju je eksplicitno specificirao korisnik; paket uključuje prilično širok spektar funkcija - trigonometrijske, Beselove, eksponencijalne, statističke i neke druge (slika 1);
3. prelazak s jedne regularne mreže na drugu, na primjer, pri promjeni diskretnosti mreže (ovdje se po pravilu koriste prilično jednostavni algoritmi interpolacije i izglađivanja, jer se smatra da se prijelaz vrši s jedne glatke površine na drugu) .

Osim toga, naravno, možete koristiti gotov digitalni model površine koji je korisnik dobio, na primjer, kao rezultat numeričkog modeliranja (ovo je prilično uobičajena opcija za korištenje Surfer paketa kao postprocesora).

Prva opcija za dobijanje modela mreže najčešće se nalazi u praktičnim problemima, a upravo su algoritmi za interpolaciju dvodimenzionalnih funkcija pri prelasku sa nepravilne mreže na regularnu „adut“ paketa.

Činjenica je da je postupak prelaska sa vrijednosti u diskretnim tačkama na površinu netrivijalan i dvosmislen; Za različite zadatke i vrste podataka potrebni su različiti algoritmi (ili bolje rečeno, ne „potrebni“, već „prikladniji“, jer u pravilu nijedan nije 100% prikladan). Dakle, efikasnost programa za interpolaciju dvodimenzionalnih funkcija (ovo se odnosi i na problem jednodimenzionalnih funkcija, ali za dvodimenzionalne je sve mnogo složenije i raznovrsnije) određena je sljedećim aspektima:

1. skup različitih metoda interpolacije;
2. sposobnost istraživača da kontroliše različite parametre ovih metoda;
3. dostupnost sredstava za procjenu tačnosti i pouzdanosti izgrađene površine;
4. mogućnost da se razjasni rezultat na osnovu lično iskustvo ekspert, uzimajući u obzir niz dodatnih faktora koji se nisu mogli odraziti u izvornim podacima.

Surfer 5.0 svojim korisnicima nudi sedam algoritama interpolacije: Kriging, Inverzna udaljenost, Minimalna zakrivljenost, Radijalne bazne funkcije, Polinomska regresija, Shepardova metoda, koja je kombinacija metode inverzne udaljenosti sa splajnovima) i Triangulacija. Redovni proračuni mreže sada se mogu izvoditi na X, Y, Z datotekama skupa podataka bilo koje veličine, a sama mreža može biti veličine 10.000 x 10.000 čvorova.

Povećanje broja metoda interpolacije može značajno proširiti raspon problema koji se rješavaju. Konkretno, metoda triangulacije se može koristiti za konstruiranje površine koristeći tačne vrijednosti početnih podataka (na primjer, Zemljina površina prema podacima geodetskog snimanja), a algoritam polinomske regresije može se koristiti za analizu trenda površine.

Istovremeno, pružaju se brojne mogućnosti za kontrolu metoda interpolacije od strane korisnika. Konkretno, najpopularnija geostatistička Kricking metoda u obradi eksperimentalnih podataka sada uključuje mogućnost korištenja razni modeli variogrami, koristeći varijaciju algoritma sa pomakom, i uzimajući u obzir anizotropiju. Prilikom izračunavanja površine i njene slike, možete postaviti i granicu teritorije proizvoljne konfiguracije (slika 2).

Osim toga, postoji i ugrađena grafički uređivač za unos i ispravljanje vrednosti podataka o mrežnoj površini, dok korisnik odmah vidi rezultate svojih radnji u vidu promena na karti izolinija (slika 3). Za čitavu klasu problema (posebno onih koji se odnose na opis prirodnih podataka), koji se po pravilu ne mogu opisati sa tačnim matematički model, ova funkcija je često jednostavno neophodna.

Unos podataka se vrši iz [.DAT] (Zlatni softverski podaci), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) ili običnih ASCII tekstualnih datoteka, kao i iz Excel [.XLS] tabela. i Lotus [.WK1, .WKS]. Izvorne informacije se također mogu unijeti ili uređivati ​​pomoću ugrađene proračunske tablice u paketu, a moguće su i dodatne operacije podataka kao što su sortiranje i konverzija brojeva pomoću korisnički definiranih jednačina.

Pomoćne operacije s površinama

Surfer za Windows implementira veliki skup dodatnih alata za transformaciju površina i razne operacije s njima:

• izračunavanje volumena između dvije površine;
• prelazak iz jedne regularne mreže u drugu;
• transformacija površine pomoću matematičkih operacija s matricama;
• površinska disekcija (proračun profila);
• proračun površine;
• zaglađivanje površina matričnim ili spline metodama;
• konverzija formata datoteke;
• niz drugih funkcija.

Kvalitet interpolacije može se ocijeniti statističkom procjenom odstupanja vrijednosti originalne tačke od rezultirajuće površine. Osim toga, statistički proračuni ili matematičke transformacije mogu se izvesti za bilo koji podskup podataka, uključujući korištenje korisnički definiranih funkcionalnih izraza.

Vizualizacija slika površine

Površina se može grafički prikazati u dva oblika: konturne karte ili trodimenzionalne slike površine. Istovremeno, Surferov rad zasniva se na sljedećim principima njihove konstrukcije:

1. dobijanje slike preklapanjem nekoliko prozirnih i neprozirnih grafičkih slojeva;
2. uvoz gotovih slika, uključujući i one dobijene u drugim aplikacijama;
3. korištenjem posebnih alata za crtanje, kao i primjenom tekstualnih informacija i formula za kreiranje novih i uređivanje starih slika.

Korištenje sučelja s više prozora omogućava vam da odaberete najprikladniji način rada. Konkretno, možete istovremeno vidjeti numeričke podatke u obliku proračunske tablice, mape zasnovane na ovim podacima i pozadinske informacije od tekstualnu datoteku(Sl. 4).

Surfer 5.0 koristi sljedeće tipove mapa kao svoje glavne vizualne elemente:

1. Mapa konture. Pored već tradicionalnih načina kontrole načina prikaza izolinija, osa, okvira, oznaka, legendi itd., implementirana je mogućnost kreiranja karata popunjavanjem pojedinih zona bojom ili raznim šarama (slika 5). Osim toga, slika ravne karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti i nezavisno skaliranje duž X i Y osi.
2. Trodimenzionalna slika površine (3D Surface Map). Ove karte koriste različite vrste projekcija, a slika se može rotirati i naginjati pomoću jednostavnog grafičkog interfejsa. Na njima možete nacrtati i rezne linije i izolinije (slika 6), postaviti nezavisno skaliranje duž osa X, Y, Z i ispuniti pojedinačne elemente mreže bojom ili uzorkom.
3. Karta početnih podataka (Post Map). Ove karte se koriste za prikaz podataka o tačkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U ovom slučaju, za prikaz numeričke vrijednosti u tački, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti različite simbole u skladu s rasponom podataka (slika 7). Izgradnja jedne mape može se izvršiti korištenjem nekoliko datoteka.
4. Osnovna karta. To može biti skoro svaka ravna slika dobijena uvozom datoteka različitih grafičkih formata: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [ .WMF], USGS Digital Line Graph [.LGO], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] i neke druge. Ove karte se mogu koristiti ne samo za jednostavno prikazivanje slike, već i, na primjer, za prikaz nekih područja kao praznih. Osim toga, po želji, ove karte se mogu koristiti za dobivanje granica prilikom izvođenja površinskih proračuna, transformacije, seciranja itd.

Koristeći različite opcije za preklapanje ovih glavnih tipova mapa i njihovo različito postavljanje na jednu stranicu, možete dobiti različite opcije za predstavljanje složenih objekata i procesa. Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte sa kombinovanom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom (slika 8). Sve vrste karata korisnik može uređivati ​​koristeći ugrađene alate za crtanje samog Surfera.

Predstavljanje nekoliko karata u obliku trodimenzionalne „police“ je takođe vrlo efikasno i pogodno za analizu. Štaviše, to može biti ili različita reprezentacija istih skupova podataka (na primjer, trodimenzionalna slika plus karta izolinija u boji: slika 9), ili niz različitih skupova, na primjer, površinska distribucija jednog parametra u različito vrijeme ili nekoliko različitih parametara (slika 10).

Sve ove mogućnosti predstavljanja slike mogu biti veoma korisne u komparativnoj analizi uticaja različitih interpolacionih metoda ili njihovih pojedinačnih parametara na izgled rezultujuće površine (slika 11).

Odvojeno, treba se pozabaviti problemom korištenja ruskih fontova. Činjenica je da SYM fontovi isporučeni s paketom, naravno, nisu rusificirani, tako da morate koristiti Windows TrueType fontove. Ali oni nisu prikladni za neke načine izlaza slike; na primjer, kada se tekst prikazuje pod uglom, znakovi su ponekad izobličeni do neprepoznatljivosti. U ovom slučaju, bolje je koristiti SYM vektorske fontove s jednolinijskim dizajnom (uvijek su jasno vidljivi), a samo su latinični dostupni u gotovom obliku. Međutim, postoji prilično jednostavno rješenje za ovaj problem.

DOS verzija Surfera je imala poseban uslužni program ALTERSYM za kreiranje vlastitih SYM fontova (nažalost, nestao je u Windows verziji, tako da možete koristiti DOS verziju). Ali omogućava vam da kreirate i uredite samo osnovni skup znakova (ASCII kodovi 32-127). Jednom smo riješili ovaj problem za verziju DOS-a na sljedeći način: napisali smo uslužni program koji kreira kompletan set simbola (1-255) od praznih datoteka koje je kreirao program ALTERSYM, s kojima izlazni moduli VIEW i PLOT savršeno rade. Ovaj pristup je sasvim prikladan za Windows verziju Surfera.

Rezultirajuće grafičke slike se mogu poslati na bilo koji uređaj za štampanje koji podržava Windows, ili poslati u format datoteke kao što je AutoCAD [.DXF], Windows metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], kao i HP grafički jezik [ .HPGL] i Enkapsulirani PostScript [.EPS]. Dvosmjerna razmjena podataka i grafike sa drugim Windows aplikacijama također se može izvršiti preko Windows Clipboard-a. Osim toga, grafičke slike pripremljene u Surferu mogu se eksportovati u paket MapViewer, na njega prekriti mapu teritorije i dobiti mapu distribucije ovog parametra na određenoj teritoriji (sl. 12 i ).

Kontrole makro paketa

U Surferu 5.0, nastalom davne 1994. godine, gotovo istovremeno sa kancelarijski paketi microsoft office 4.0, implementiran je model objektne komponente zasnovan na podršci za OLE 2.0 mehanizam automatizacije (ono što se danas zove ActiveX). Ovo omogućava integraciju Surfera kao ActiveX servera u složene sisteme za obradu podataka i modeliranje.

Na bilo kojem jeziku koji također podržava ovaj mehanizam (na primjer, Visual Basic, C++ ili Visual basic za aplikacije), možete napisati datoteku kontrolnog makroa za Surfer. Konkretno, koristeći skup makro datoteka, možete automatski izvršiti neke zadatke koji se često ponavljaju. Ili se takva datoteka može generirati tokom izvršavanja bilo kojeg aplikativnog programa za proračun za automatsku obradu i vizualizaciju podataka.

Na primjer, sljedeća funkcija, napisana u VB-u, kreira mapu konture i umeće njenu sliku u proračunsku tablicu pod nazivom "Sheet1":

• Funkcija MakeMap();
• definiranje varijable Surf kao objekta Dim Surf kao objekta;
• postavljanje mapiranja između varijable Surf i Surfer programa Postavite Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• unesite naziv GRD datoteke;
• izvršavanje makro naredbi od strane Surfer paketa Surf.MapCountour(GrdFile$);
• izgraditi kartu izolacije Surf.Select;
• odaberite sliku Surf.EditCopy;
• kopirajte odabranu sliku u međuspremnik;
• ovo je već Excel naredba - zalijepite sliku iz međuspremnika na trenutnu poziciju tabele Sheet1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Značenje ove procedure je sasvim jasno. Prvo, varijabla Surf je definirana kao objekt i dodijeljena Surfer paketu (Surfer.App). Slede komande koje VBA već tumači kao pozive Surfer funkcijama (njihova imena odgovaraju komandama koje korisnik bira u režimu dijaloga), koje se izvršavaju preko ActiveX mehanizma.

Osim toga, Surfer paket ima svoj makro jezik, koji je zapravo vrsta VBA i koristi se za pisanje kontrolnih upita u posebnom programu SG Scripter (datoteka GSMAC.EXE). Na primjer, koristeći tako jednostavan program, možete implementirati makro koji automatski konstruira mape kontura za jedan skup izvornih podataka koristeći svih sedam metoda interpolacije:

• kreiranje Surfer objekta Postavite Surf = CreateObject("Surfer.App");
• konstruisanje karte korišćenjem svake interpolacione metode;
• za datoteku izvornih podataka DEMOGRID.DAT Za metodu = 0 do 6;
• otvorite novi dokument crteža Surf.FileNew();
• izračunavanje GRD datoteke po trenutnoj metodi interpolacije Ako Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Zatim Kraj;
• konstruiranje karte izolinija Ako je Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0 Zatim Kraj sljedeći.

Pokreni se automatski način rada Slični zadaci, koji su predstavljeni kao program napisan u GS Scripteru, mogu se izvršiti ili iz komandne linije:

C:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas,

ili iz bilo koje aplikacije koristeći SHELL naredbu:

SHELL("c:\winsurf\gsmac.exe /x task.bas")

(ključ /x označava potrebu za automatskim izvršavanjem programa task.bas).

GS Scripter se također može koristiti za kontrolu bilo kojeg drugog programa koji podržava ActiveX (na primjer, za rad sa MS Office-om).

Šta je novo u Surferu 6.0

Kao što smo već rekli, Surfer 6.0 dolazi u 16- i 32-bitnim verzijama. Međutim, osim ovoga, pojavilo se nekoliko korisnih funkcionalnih proširenja. Prije svega, treba napomenuti da je moguće koristiti još dvije vrste pozadinskih mapa prilikom izrade ravnih slika: Image Map i Shaded Relief Map.

Ugrađeni alati za crtanje u Image Mapu čine kreiranje mapa u boji prilično jednostavnim i brzim. U tom slučaju možete koristiti višebojno punjenje slika, uključujući korištenje kombinacija boja koje je kreirao korisnik.

Ali ono što je posebno impresivno su mogućnosti Shaded Relief Map, koja vam omogućava da dobijete slike poput visokokvalitetnih fotografija direktno u Surfer okruženju (slika 14), koje se mogu koristiti za zajedničku upotrebu sa konturnim mapama i samostalno . Ovo omogućava korisniku da kontroliše sve parametre potrebne za stvaranje najizrazitije slike, uključujući lokaciju izvora svetlosti, relativni gradijent nagiba, vrstu senčenja i boju. Korisnik paketa takođe ima više mogućnosti za vizualizaciju podataka i sređivanje različitih slika na jednom ekranu (Sl. 15).

Proširen je skup pomoćnih operacija prilikom obrade digitalnih površina. Koristeći nove funkcije Grid Calculus, možete odrediti nagib, zakrivljenost i liniju horizonta pogleda u određenoj tački na površini, kao i izračunati prve i druge izvode za Fourierove funkcije i spektralnu analizu. Dodatni alati Grid Utilities vam omogućavaju transformaciju, pomicanje, skaliranje, rotiranje i zrcaljenje podataka u GRD datotekama (format za pohranjivanje vrijednosti u uobičajene čvorove mreže). Nakon toga, možete napraviti bilo koji odabir podskupa skupa podataka prema broju kolona i kolona ili jednostavno proizvoljnim čvorovima mreže.

Sa stanovišta matematičkog aparata za konstruisanje površine, čini se veoma važnim implementacija još jednog interpolacionog algoritma - Nearest Neighbor, kao i tri nivoa ugniježđenja variograma, što vam omogućava da kreirate više od 500 rezultirajućih kombinacija.

Prethodno kreirane slike zasnovane na različitim vrstama mapa (karta kontura, mapa zasjenjenog reljefa, mapa posta, mapa slika) mogu se koristiti kao predložak zamjenom nove GRD datoteke u postojeće karte. Osim toga, sada, nakon što ste prvo spojili nekoliko slojeva različitih mapa u jednu sliku, možete ih razdvojiti u originalne elemente i preraditi ih na temelju novih podataka.

Od čisto servisnih funkcija treba izdvojiti mogućnost unosa podataka digitalizacije graničnih linija i proizvoljnih tačaka sa ekrana direktno u ASCII datoteku, kao i automatsko kreiranje legende za različite vrste tačaka Post Map. Sada možete uvesti datoteke digitalnog modela elevacije (DEM) direktno s interneta (ili bilo kojeg drugog izvora informacija) kao digitalni model površine. I na kraju, novi formati za izvoz podataka omogućavaju vam da sačuvate slike mapa u gotovo svim rasterskim formatima (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG i mnogi drugi).

Nastavlja se

ComputerPress 2"1999

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA

VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE "DRŽAVNI UNIVERZITET VORONJEŽ"

K.Yu. Silkin

GEOINFORMACIONI SISTEM

Golden Software Surfer 8

Obrazovno-metodički priručnik za univerzitete

Izdavački i štamparski centar Voronješkog državnog univerziteta

Recenzent I.Yu. Antonova

Priručnik za obuku opisuje glavne funkcije geografskog informacionog sistema Golden Software Surfer 8. Čitaoci su pozvani da prouče teorijske tačke na kojima se temelji ovaj sistem i da ih samostalno primjene u praksi. Uz pomoć ovog priručnika možete naučiti kako napraviti prijelaz s neravnomjerno raspoređenih podataka na digitalne modele površine, izgraditi različite vrste karata i izdvojiti podatke iz Dodatne informacije, nije sasvim očigledno tokom vizuelne analize slika.

Obrazovno-metodološki priručnik pripremljen je na Odsjeku za geofiziku Geološkog fakulteta Voronješkog državnog univerziteta.

Za specijalnost: 020302 – Geofizika

UVOD................................................
OSNOVNI KONCEPTI..................................................
I. OSNOVE RADA SA SURFERKOM..................
I.1. PRVI POČETAK SURFERANJA ................................................ ........................................
I.2. NAČIN RADA DOKUMENTA ........................................................ ...... ................................
I.3. KREIRANJE XYZ PODATAKA .................................................. ........................................
I.3.A. Otvaranje postojeće datoteke sa XYZ podacima.....
I.3.B. Kreiranje novog fajla sa XYZ podacima.................................................. .........
I.3.C. Čuvanje datoteke sa XYZ podacima.................................................. ........
I.4. WITH KREIRANJE GRID DATOTEKA.................................................................
II. IZRADA GRIDMAPA................................................ .... ............
II.1. MAPA KONTURA ................................................... ...................................
II.1.A. Kreiranje konturne karte ................................................. ........................ .........
II.1.B. Čuvanje mape................................................................ ........................ ........................
II.1.C. Korištenje upravitelja objekata ................................................. .........
II.1.D. Promjena nivoa konture ................................................. ........... ......
II.1.E. Promjena parametara konturne linije.................................................. .....
II.1.F. Dodavanje ispune u boji između linija obrisa........
II.1.G. Dodavanje, uklanjanje ili premještanje naljepnica obrisa........
II.1.H. Promjena parametara ose ................................................. ................... ........
II.2. MAPA OKVIRA ................................................ ...................................................
II.3. OBLIKOVANA MAPA ................................................ ...................................
II.4. TO UMJETNOST SA RELJEFOM U SJENI.................................................................
II.5. VEKTORSKA MAPA ................................................ ...................................................
II.6. T DIMENZIONALNA POVRŠINA....................................................................
II.7. T TAČKA I PREKRIVANJE...................................................................
II.7.A. Kreiranje mape tačaka.................................................. ........................ ............
II.7.B. Kreiranje preklapanja.................................................. .... ................................
II.7.C. Dodavanje oznaka na mapu tačaka u preklapanju ........................................ .........

III. DIGITIZACIJA RASTERSKIH KARATA........................................................ ...... .........
III.1. IZRADA MAPE - OSNOVE ................................................ ........ ................
III.2. DIGITIZACIJA KARTE - OSNOVE ........................................ ........ ............
IV. IZGRADNJA MREŽE .............................................................. .... ..........................
IV.1. O PREGLED METODA IZGRADNJE MREŽE....................................................
IV.2. WITH KREIRANJE GRID DATOTEKA..............................................................
IV.3. WITH PEGLANJE MREŽICE............................................................................
IV.3.A. Izglađivanje žljebova ................................................................ ...........
IV.3.B. Niskopropusno prostorno filtriranje........................................
IV.4. P KONSTRUKCIJA MREŽE PO FUNKCIJI.........................................................
IV.5. M ATEMATSKE TRANSFORMACIJE...................................................
IV.6. M ATEMATSKI RAČUN..........................................................
IV.7. B MESH LANDING.........................................................................
IV.8. P IZGRADNJA PROFILNIH LINIJA..............................................................
V. PRIMJENE ................................................................ .... ................................................
V.1. OPERACIJE ................................................... .... ................................................
V.1.A. Aritmetičke operacije ................................................................ ... ........
V.1.B. Logičke operacije ................................................................ ... ...............
V.2. WITH STANDARDNE FUNKCIJE........................................................................
V.2.A. Matematičke funkcije ................................................................ ...........
V.2.B. Sekundarne funkcije ................................................................ ........
V.2.C. Statističke funkcije ................................................................ ... ............
V.3. P PRIMJERI KORIŠĆENJA FUNKCIJA....................................................

UVOD

Golden Software Surfer 8 geografski informacioni sistem je trenutno industrijski standard za crtanje funkcija dve varijable. Malo je poduzeća u geofizičkoj industriji koja ne koriste Surfer u svojoj svakodnevnoj praksi kartiranja. Posebno često, koristeći Surfer, karte se kreiraju u izolinijama (konturne karte).

Nenadmašna prednost programa su algoritmi interpolacije koji su ugrađeni u njega, koji vam omogućavaju da kreirate digitalne modele površine najvišeg kvaliteta koristeći podatke neravnomjerno raspoređene u prostoru. Najčešće korištena metoda, Kriege, idealna je za predstavljanje podataka u svim geonaukama.

Međutim, ne postoji literatura o ovom programu, a upisana je ugrađena pomoć Surfera engleski jezik. U tom smislu, većina korisnika ga savladava sama, putem pokušaja i grešaka. Ovaj pristup vam ne omogućava da se na dovoljnom nivou upoznate sa polovinom svih mogućnosti programa.

Potreba za pisanjem punopravnog, ali kompaktnog priručnika o Surferu za studente geofizike odavno je postala vrlo hitna. Predloženi rad je pokušaj da se popuni vakuum koji se trenutno opaža oko Surfera.

Priručnik sadrži teorijski materijal potreban za savladavanje programa, kao i praktični zadaci za samostalno izvođenje.

Autor se zahvaljuje studentima geofizike Geološkog fakulteta Voronješkog državnog univerziteta (2002–2003), koji su iz svog iskustva testirali priručnik i pomogli da ga učini praktičnijim za upotrebu: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrievtseva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrnikova, T.N. Trepalina, T.A. Čebotarev, S.P. Shatskikh, kao i T.B. Silkinu za pomoć u pripremi publikacije.

OSNOVNI KONCEPTI

Mala američka kompanija Golden Software, koja je dobila ime po gradu Golden u Koloradu, gde se nalazi, postoji od 1983. godine i bavi se razvojem naučnih grafičkih paketa. Njegov prvi softverski proizvod, Golden Graphics System, objavljen iste godine, dizajniran je za obradu i prikaz slika skupova podataka opisanih dvodimenzionalnom funkcijom kao što je z =f (y,x). Kasnije je ovaj paket nazvan Surfer. Autor Surfera i osnivač kompanije bio je diplomirani student hidrogeolog na jednom američkom univerzitetu.

Uprkos prilično intenzivnoj konkurenciji, programi Golden Software-a (prvenstveno Surfer) i dalje su veoma popularni kako u SAD tako iu drugim zemljama. Linkovi na njih su dostupni u gotovo svakoj naučnoj publikaciji ili softverskom proizvodu koji se odnosi na numeričko modeliranje i obradu eksperimentalnih podataka.

Logika rada sa paketom može se predstaviti u obliku tri glavna funkcionalna bloka:

1) izrada digitalnog modela površine;

2) pomoćne operacije s digitalnim modelima površine;

3) vizualizacija površine.

Digitalni model površine tradicionalno se predstavlja kao vrijednosti u čvorovima pravokutne pravilne mreže, čija se diskretnost određuje ovisno o konkretnom problemu koji se rješava. Za pohranjivanje takvih vrijednosti, Surfer koristi vlastite GRD datoteke (binarni ili tekstualni format), koji su odavno postali standard za pakete matematičkog modeliranja.

Postoje tri opcije za dobivanje vrijednosti na čvorovima mreže:

1) prema početnim podacima navedenim u proizvoljnim tačkama regiona (na čvorovima nepravilne mreže), koristeći interpolacijske algoritame za dvodimenzionalne funkcije;

2) izračunavanje vrijednosti funkcije koju je eksplicitno specificirao korisnik. Program Surfer uključuje prilično širok spektar funkcija - trigonometrijske, Beselove, eksponencijalne, statističke i neke druge;

3) prelazak s jedne regularne mreže na drugu, na primjer, pri promjeni diskretnosti mreže (ovdje se po pravilu koriste prilično jednostavni algoritmi interpolacije i izglađivanja, jer se smatra da se prijelaz vrši s jedne glatke površine na drugu) .

Osim toga, naravno, možete koristiti gotov digitalni model površine koji korisnik dobije, na primjer, kao rezultat numeričkog modeliranja.

Surfer paket svojim korisnicima nudi nekoliko algoritama interpolacije: Kriging, Obrnuti stepen udaljenosti(Inverzno

Udaljenost do stepena), minimalna zakrivljenost, polumjer

Radijalne bazne funkcije, polinomska regresija, modificirana Shepardova metoda, triangulacija ) itd. Proračun regularne mreže može se izvršiti za datoteke skupa podataka X, Y, Z bilo koje veličine, a sama mreža može imati dimenzije 10.000 x 10.000 čvorova.

Istovremeno, pružaju se brojne mogućnosti za kontrolu metoda interpolacije od strane korisnika. Konkretno, Krige geostatistička metoda, najpopularnija u obradi eksperimentalnih podataka, uključuje mogućnost korištenja različitih modela variograma, koristeći varijaciju algoritma s pomakom, a također uzimajući u obzir anizotropiju. Prilikom izračunavanja površine i njene slike, možete postaviti i granicu teritorije bilo koje konfiguracije.

Surfer implementira veliki skup dodatnih alata za transformaciju površina i razne operacije s njima:

– izračunavanje volumena između dvije površine;

– prelazak iz jedne regularne mreže u drugu;

– transformacija površine pomoću matematičkih operacija s matricama;

– površinska disekcija (proračun profila);

– proračun površine;

– zaglađivanje površina matričnim ili spline metodama;

– konverzija formata datoteke;

– niz drugih funkcija.

Kvalitet interpolacije može se ocijeniti statističkom procjenom odstupanja vrijednosti originalne tačke od rezultirajuće površine. Osim toga, statistički proračuni ili matematičke transformacije mogu se izvesti za bilo koji podskup podataka, uključujući korištenje korisnički definiranih funkcionalnih izraza.

Prilikom konstruisanja površine, Surferov rad se zasniva na sledećim principima:

1) dobijanje slike preklapanjem nekoliko transparentnih

I neprozirni grafički slojevi;

2) uvoz gotovih slika, uključujući i one dobijene u drugim aplikacijama;

3) korištenjem posebnih alata za crtanje, kao i primjenom tekstualne informacije i formule za kreiranje novih i uređivanje starih slika.

IN Surfer koristi sljedeće vrste karata kao glavne elemente slike.

1. Mapa konture ( Konturna karta). Pored uobičajenih sredstava za kontrolu načina prikaza izolinija, osa, okvira, oznaka, legendi, itd., moguće je kreirati karte korištenjem punjenja u boji ili raznih šara pojedinih zona. Osim toga, slika ravne karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti i nezavisno skaliranje duž X i Y osi.

2. Trodimenzionalna slika površine:Žičana karta (žičana karta),površinska karta ( trodimenzionalna površina). Za takve kartice koristite

Postoje različite vrste projekcije, a slika se može rotirati i naginjati pomoću jednostavnog grafičkog interfejsa. Na njima možete nacrtati i rezne linije i izolinije, postaviti neovisno skaliranje duž X, Y, Z osi i ispuniti pojedinačne mrežne elemente površine bojom ili uzorkom.

3. Mapa izvornih podataka ( Post Map). Ove karte se koriste za prikaz podataka o tačkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U ovom slučaju, za prikaz numeričke vrijednosti u tački, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti različite simbole u skladu s rasponom podataka. Izgradnja jedne mape može se izvršiti korištenjem nekoliko datoteka.

4. Osnovna karta. To može biti gotovo svaka ravna slika dobivena uvozom datoteka iz različitih grafika

fizički formati: AutoCAD [.DXF], Windows metafile [.WMF], bitmap grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] i neke druge. Ove karte se mogu koristiti ne samo za jednostavno prikazivanje slike, već i, na primjer, za prikaz nekih područja kao praznih.

Koristeći različite opcije za preklapanje ovih glavnih tipova mapa i njihovo različito postavljanje na jednu stranicu, možete dobiti različite opcije za predstavljanje složenih objekata i procesa.

IN Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte s kombiniranom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom. Sve vrste karata korisnik može uređivati ​​koristeći ugrađene alate za crtanje samog Surfera.

Sve ove mogućnosti predstavljanja slike mogu biti veoma korisne u komparativnoj analizi uticaja različitih metoda interpolacije ili njihovih pojedinačnih parametara na izgled rezultirajuće površine.

Rezultirajuće grafičke slike mogu se poslati na bilo koji uređaj za štampanje koji podržava Windows. Dvosmjerna razmjena podataka i grafike sa drugim Windows aplikacijama može se vršiti i preko Windows međuspremnika.

I. OSNOVE RADA SA SURFEROM

I.1. Prvo lansiranje Surfera

Nakon što pokrenete Surfer po prvi put, trebali biste provjeriti jesu li mjerne jedinice za udaljenosti i veličine unutar Surfera postavljene na uobičajene centimetre, a ne na zadane inče. Da biste to učinili, pokrenite naredbu File/Preferences. Ovo će otvoriti dijalog Preferences. Ovaj prozor ima 4 kartice. Trebalo bi da odete na karticu Crtanje (slika I.1). U grupi Jedinice stranice ( Mjerne jedinice na stranici) potrebno je označiti stavku Centimetri (Centimetri).

Da biste primenili izabrani parametar, kliknite na dugme.

I.2. Način rada za iscrtavanje

Glavni prozor Surfera prikazan je na sl. I.2. Kada prvi put pokrenete Surfer, automatski se kreira novi. prazan prozor dokument-plot Plot1 . Prozor dokumenta plot je radni prostor unutar kojeg možete kreirati grid datoteke i karte, popratiti ih natpisima i jednostavnim grafičkih objekata(poligoni, pravokutnici, elipse, simboli, itd.).

Rice. I.1. Preferences dijalog prozor (Crtež). Crtež Tab

Glavni meni ovog prozora sadrži sledeće stavke:

Uredi	– komande za rad sa klipbordom i pomoćnim kodovima
	komande za uređivanje objekata;
	- komande koje kontrolišu izgled trenutni prozor
Draw	dokument;
	– naredbe za kreiranje tekstualnih blokova, poligona, polili-
Rasporedi	cija simbola i figura;
	– komande koje kontrolišu redosled i orijentaciju objekata;
Grid	– komande za kreiranje i modifikovanje grid fajlova;
Mapa	– komande za kreiranje i modifikovanje karata;
Prozor	– komande za upravljanje podređenim prozorima;
Upomoć	– omogućava pristup službi za pomoć.

Rice. I.2. Prikaz prozora Surfera kada se prvi put pokrene u načinu rada splav dokumenata: 1 – zaglavlje sa nazivom splava za dokumente; 2 – glavni meni; trake sa alatkama: 3 – “main” (Main), 4 – “crtež” (Drawing), 5 – “mapa” (Map); kontrolna ravnala (Lenjira): 6 – horizontalna,

7 – vertikalno; 8 – štampana strana; 9 – neštampajući radni prostor; trake za pomeranje: 10 – vertikalno, 11 – horizontalno; 12 – statusna traka;

13 – upravitelj objekata (Object Manager)