GEOLOGICKÝ ČÁST

Geologický řez - svislý řez zemskou kůrou od povrchu do hloubky. Geologické řezy jsou sestavovány na základě geologických map, geologických pozorování a těžebních dat (včetně vrtů), geofyzikálního průzkumu apod. Geologické řezy jsou orientovány převážně napříč nebo podél úderu geologických struktur podél přímých nebo přerušovaných linií procházejících v přítomnosti hlubokých referenčních vrtů přes tyto studny. Geologické řezy jsou ovlivněny podmínkami výskytu, stářím a složením hornin. Horizontální a vertikální měřítka geologických řezů obvykle odpovídají měřítku geologické mapy. Při projektování důlních podniků a inženýrsko-geologických průzkumů je vzhledem k nesrovnatelnosti mocnosti sypkých sedimentů a délky profilů jejich vertikální měřítko zvětšeno oproti horizontálnímu desetinásobně i vícekrát.

SURFER V GEOLOGII

Geografický informační systém Golden Software Surfer je nyní průmyslovým standardem pro vykreslování funkcí dvou proměnných. Existuje jen málo společností v geologickém průmyslu, které nepoužívají Surfer ve své každodenní mapovací praxi. Zvláště často se pomocí Surferu vytvářejí mapy v izoliniích (vrstevnicové mapy).

Nepřekonatelnou výhodou programu jsou v něm zabudované interpolační algoritmy, které umožňují vytvářet digitální modely povrchů v nejvyšší kvalitě s využitím dat nerovnoměrně rozložených v prostoru. Nejčastěji používaná metoda, Kriging, je ideální pro reprezentaci dat ve všech geovědách.

Logika pro práci s balíčkem může být reprezentována ve formě tří hlavních funkčních bloků:

• · 1. Konstrukce digitálního modelu povrchu;
• · 2. Pomocné operace s digitálními modely povrchů;
• · 3. Vizualizace povrchu.

Digitální model povrchu je tradičně reprezentován jako hodnoty v uzlech pravoúhlé pravidelné sítě, jejíž diskrétnost je určena v závislosti na konkrétním řešeném problému. K ukládání takových hodnot používá Surfer vlastní soubory GRD (binární nebo textový formát), které se již dlouho staly standardem pro balíčky pro matematické modelování.

Existují tři možnosti, jak získat hodnoty v uzlech mřížky:

• · 1) na základě počátečních dat specifikovaných v libovolných bodech regionu (v uzlech nepravidelné mřížky) pomocí interpolačních algoritmů dvourozměrné funkce;
• · 2) výpočet hodnot funkce specifikované uživatelem explicitně. Program Surfer obsahuje poměrně širokou škálu funkcí – trigonometrické, Besselovy, exponenciální, statistické a některé další;
• · 3) přechod z jedné pravidelné mřížky do druhé, například při změně diskrétnosti mřížky (zde se zpravidla používají poměrně jednoduché interpolační a vyhlazovací algoritmy, protože se předpokládá, že přechod se provádí z jednoho hladkého povrchu jinému).

Kromě toho lze samozřejmě použít již hotový digitální model povrchu získaný uživatelem například jako výsledek numerického modelování.

Surfer nabízí svým uživatelům několik interpolačních algoritmů: Kriging, Inverzní vzdálenost k mocnině, Minimální křivost, Radiální bázové funkce, Polynomiální regrese, Modifikovaná metoda Shepardova metoda (Modified Shepardova metoda), triangulace atd. Výpočet pravidelné sítě lze provést pro X , Y, Z datové sady libovolné velikosti a samotná mřížka může mít rozměry 10 000 x 10 000 uzlů.

Surfer používá jako hlavní vizuální prvky následující typy map:

• · 1. Mapa vrstevnic. Kromě běžných prostředků ovládání zobrazovacích režimů izolinií, os, rámečků, značení, legend apod. je možné vytvářet mapy pomocí barevné výplně nebo různých vzorů jednotlivých zón. Kromě toho lze obraz ploché mapy otáčet a naklánět a lze použít nezávislé měřítko podél os X a Y.
• · 2. Trojrozměrný obraz povrchu: Wireframe Map (rámcová mapa), Surface Map (trojrozměrný povrch). Tyto mapy využívají různé typy promítání a obraz lze otáčet a naklánět pomocí jednoduchého grafického rozhraní. Můžete na ně také kreslit čáry řezu a izočáry, nastavit nezávislé měřítko podél os X, Y, Z a vyplnit jednotlivé prvky sítě na povrchu barvou nebo vzorem.
• · 3. Mapy výchozích dat (Post Map). Tyto mapy slouží k zobrazení bodových dat ve formě speciálních symbolů a textových popisků k nim. Zároveň k zobrazení číselná hodnota v bodě můžete ovládat velikost symbolu (lineární nebo kvadratická závislost) nebo použít různé symboly podle rozsahu dat. Sestavení jedné mapy lze provést pomocí několika souborů.
• · 4. Základní mapa. Může to být téměř jakýkoli plochý obrázek získaný importem souborů různých grafických formátů: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] a některé další. Tyto karty mohou být použity pro více než jen jednoduché obrazový výstup, ale také například zobrazit některé oblasti prázdné.

Pomocí různých možností pro překrývání těchto hlavních typů map a jejich různého umístění na jedné stránce můžete získat řadu možností pro znázornění složitých objektů a procesů. Zejména je velmi snadné získat různé možnosti pro komplexní mapy s kombinovaným obrazem rozložení několika parametrů najednou. Všechny typy map může uživatel upravovat pomocí vestavěných kreslicích nástrojů samotného Surfera.

Metodika sestavení strukturních map střechy (spodu) ložiskového útvaru a jeho geologického řezu.

• 1. Sestavte na základě souboru základní mapa v měřítku 1 cm 1000 metrů.
• 2. Digitalizujte hranice licencované oblasti.
• 3. Digitalizujte jamky a uložte ve formátu soubor DAT„střecha“ (sloupec A - zeměpisná délka, sloupec B - zeměpisná šířka, sloupec C - hloubka střechy, sloupec D - číslo vrtu, sloupec C - typ vrtu: produkce s třímístným číslem, zbytek - průzkum)
• 4. Digitalizujte linii profilu. Uložte „profilovou čáru“ ve formátu BLN s prázdnou buňkou B1.
• 5. Vytvořte „Přehledovou mapu licencované oblasti“ s vrstvami – hranicemi, profilovou linií a jamkami s popisky.
• 6. Přidejte do přehledové mapy vrstvu „Strukturální mapa střechy formace YuS2“ - vyhlazená (s koeficientem 3 pro dvě souřadnice), izočáry každých 5 metrů (Příloha 1).
• 7. Vytvořte „Profil pro střechu formace YUS2“ - horizontální měřítko se shoduje s měřítkem mapy, vertikální měřítko je 1 cm 5 metrů.

software pro profilování geologických map

Michail Vladimirovič Morozov:
osobní stránky

Matematické modely (lekce, mapa-1): Konstrukce geochemických map v Golden Software Surfer (obecný přístup, fáze a obsah práce, formulář zprávy)

Studna " Metody matematického modelování v geologii"

Karty - 1. Konstrukce geochemických map v Golden Software Surfer: obecný přístup, fáze a obsah práce. Formulář hlášení.
Karty - 2. Principy práce s Golden Software Surfer.

K nalezení místa nahromadění užitečného kovu v zemské kůře je potřeba geochemická mapa. Jak to postavit? To vyžaduje dobrý software a systematický přístup. Pojďme se seznámit s principy a hlavními fázemi této práce.

TEORIE

Konstrukce geochemické mapy v programu Golden Software Surfer.

Počáteční údaje. Pro sestavení geochemické mapy je nutné se připravit tabulkový procesor, který obsahuje minimálně tři sloupce: první dva obsahují zeměpisné souřadnice pozorovacích (vzorkovacích) bodů X a Y, třetí sloupec obsahuje namapovanou hodnotu, například obsah chemického prvku.

Souřadnice: v Surfer používáme pravoúhlé souřadnice (v metrech), i když ve vlastnostech mapy můžete také vybrat mezi možnými souřadnicovými systémy různé polární souřadnice (ve stupních-minutách-sekundách). V praxi je při práci s obrázky na rovném listu papíru pohodlnější pracovat v pravoúhlém souřadnicovém systému ve vlastním formátu.

Odkud pocházejí souřadnice:
1. Při dokumentaci bodů na místě se souřadnice přebírají z topografu GPS nebo GLONASS ve formě polárních souřadnic (například v souřadnicovém systému WGS 84). Topo-referenční zařízení může nyní vypadat jako smartphone, ale je pohodlnější a spolehlivější používat speciální zařízení, kterému se láskyplně říká „džíp“.
2. Při přenosu dat do počítače z topografického geodeta se souřadnice převádějí z polárních do používaného pravoúhlého souřadnicového systému (např. v systémech UTM, Pulkovo-1942, ale můžete také použít místní geodetický systém přijatý v konkrétním podniku). Pro převod polárních souřadnic na pravoúhlé souřadnice je vhodné použít program Ozi Explorer.
3. Sloupce tabulky připravené pro práci se Surferem by měly obsahovat pravoúhlé souřadnice v metrech.

Mapování množství: k sestavení tréninkové mapy v izoliniích, které použijeme logaritmus obsahu jakýkoli chemický prvek. Proč logaritmus? Protože zákon rozdělení obsahu mikroprvků je téměř vždy logaritmický. Samozřejmě v skutečnou práci nejprve musíte zkontrolovat distribuční zákon a vybrat typ veličiny: původní hodnotu nebo její logaritmus.

Typy map používaných v geochemii. Kromě vrstevnicové mapy geochemici často používají některé další typy map, ale ne všechny z velkého množství typů map, které může Surfer sestavit, ale pouze přísně definované. Jsou uvedeny níže.

1. Mapa faktů. Je to soubor bodů ukazujících místa odběru vzorků na zemi. V blízkosti bodů můžete zobrazit značky - čísla piketů, ale při geochemickém hledání je bodů tolik, že popisky obvykle pouze „zanesou“ prostor mapy a nejsou zobrazeny. K vytvoření mapy faktů používáme funkci Mapa příspěvku.

2. Bodová mapa obsahu chemických prvků. Na něm kroužky (nebo jiné symboly) různých velikostí označují různé obsahy chemického prvku na odběrných místech. Pokud takovou mapu použijeme, pak již není potřeba samostatná faktická mapa – body obou map se budou vzájemně překrývat. Bodová mapa (nebo „plakátová mapa“) je vytvořena tak, aby byly viditelné vysoké úrovně hledaného prvku. Legenda označuje shodu mezi velikostí kruhu a obsahem prvku v g/t. Kromě velikosti se může změnit i barva kruhu. Každý typ (velikost, barva) hrnku odpovídá ručně přiřazenému rozsahu obsahu. Tito. odlišné typy kruhy jsou různé třídy bodů na základě obsahu prvku. Proto je nástroj pro tvorbu takové mapy tzv Mapa tříděných příspěvků. Je vhodné vytvořit mapu umístění v horní části mapy v izočarách, abyste viděli, jak je tato mapa (což je vypočítaná mapa, tj. sestavená na základě výsledků interpolace dat) kombinována s původními mapami získanými z laboratoře. , tj. „pravdivý“ obsah. Umístění jednoho důležitého prvku (například zlata) do mapy je vhodné zakreslit do izolinií jiného vyhledávacího parametru (satelitní prvek, statistický faktor, geofyzikální parametr atd.). Důležité: po sestavení nelze mapu typu Classed Post Map převést na Post Map a naopak.

3. Mapa v izočarách. Aktuální mapa požadovaného parametru, kde jsou zobrazeny různé gradace obsahu s různými barevnými výplněmi. Vyžaduje také legendu, která spojuje barvu výplně s úrovní stupně. Gradace výplní se upravují ručně. Nástroj - Vrstevnicová mapa. Kromě skutečných obsahů prvků (nebo jejich logaritmů) jsou v geochemii široce používány mapy víceprvkových ukazatelů. Mohou to být multiplikativní koeficienty (kde se násobí obsah několika prvků), mapy hodnot faktorů (hlavní složky) atd. Úkolem geochemika je ve skutečnosti najít indikátor, který mu umožní vyřešit geologický problém. Protože takové indikátory jsou zpravidla vyjádřeny v kolektivním chování prvků, je zcela přirozené, že jednoprvkové mapy (tedy mapy jednoho jednotlivého prvku) jsou často méně vypovídající než víceprvkové. Fázi tvorby map proto obvykle předchází fáze statistické zpracování data se získáváním výsledků vícerozměrné statistické analýzy, například PCA (metoda hlavních komponent).

4. Obrys mapy. Ve výchozím nastavení Surfer vytváří obdélníkovou mapu. Pokud odběrná místa netvoří obdélník, ukáže se, že odběrová plocha je vepsána do uměle vytvořeného obdélníku, ve kterém část plochy ve skutečnosti nebyla vzorkována. Vrstevnicová mapa bude pokrývat celou oblast, takže netestované oblasti mapy budou obsahovat fiktivní data. Aby se tomu zabránilo, je nutné omezit oblast výstavby mapy na tu část oblasti, pro kterou jsou k dispozici vzorkovací data. K tomu musí být oblast odběru označena speciální čarou, kterou lze nakreslit ručně. Výstup obrysu zdvihu se provádí pomocí funkce Základní mapa.

Etapy tvorby mapy.

3. Konstrukce mapy faktů [mapa-3]. 5. Konstrukce bodové mapy („vyvěšovací mapa“) [mapa-5]. 9. Konstrukce mapy povrchu a její návrh pro dosažení optimálního informačního obsahu [mapa-6, pokračování].

POSTUP PŘI PROVÁDĚNÍ DÍLA

Dáno: tabulka obsahů chemického prvku a jeho logaritmy se souřadnicemi odběrných míst.

Cvičení:

1. Sestavte mapu faktů.

2. Vytvořte bodovou mapu na základě obsahu chemického prvku, vyberte zobrazení bodů pro různé třídy.

3. Sami vytvořte obrys mapované oblasti a sestavte jej.

4. Spojte obrys oblasti, bodovou mapu prvků a mapu faktů v tomto pořadí ve správci objektů. Zobrazit legendu pro bodovou mapu.

5. Vytvořte soubor mřížky ("grid") pro logaritmy obsahu prvků pomocí triangulační metody, zkontrolujte ji. Opakujte s jinými metodami.

6. Sestrojte variogram pro konstrukci mřížkového souboru pomocí metody kraiging, zkontrolujte jej.

7. Vytvořte soubor mřížky („grid“) pro logaritmy obsahu prvků pomocí metody kraiging s parametry variogramu.

8. Vyhlaďte výsledný síťový soubor jednoduchým filtrem.

9. Obnovte soubor mřížky z logaritmů na obsah.

10. Ořízněte síťový soubor podél dříve vytvořeného obrysu.

11. Vytvořte mapy povrchu v izoliniích a přechodové výplně pomocí vytvořených souborů sítě, přidejte legendy.

12. Exportujte vytvořené mapy jako JPG soubory, vložte do sestavy ve formátu Word (DOC).

Formulář hlášení.

), pojmenovaný po městě Golden, Colorado, kde se nachází, existuje od roku 1983 a vyvíjí vědecké grafické balíčky. Jeho první softwarový produkt, Golden Graphics System, vydaný ve stejném roce, byl navržen pro zpracování a zobrazení obrázků datových sad popsaných dvourozměrnou funkcí jako z=f(y,x). Následně tento balíček dostal název Surfer, který mu zůstal dodnes. A o dva roky později se objevil balíček Grapher určený pro zpracování a zobrazení grafů datových sad a funkcí jako y=f(x).

Právě tyto DOSové balíčky byly na konci 80. let velmi oblíbené (samozřejmě v podobě nelegálních kopií) mezi sovětskými specialisty zabývajícími se různými aspekty zpracování matematických dat, především v rámci širokého spektra geověd, jako je geologie, hydrogeologie, seismika, ekologie, meteorologie, ale i v dalších příbuzných oborech.

Zároveň jsme začali aktivně pracovat s balíčkem Surfer 4 pro DOS. Na rozdíl od kolegů z jiných kateder (náš ústav prováděl výzkum v oblasti inženýrských průzkumů ve stavebnictví), kteří se zabývali řešením velmi specifických problémů na konkrétních místech a pracovali se Surferem jako samostatným produktem pro koncové uživatele, jsme jako vývojáři byli přitahují možnosti vestavěného použití tohoto balíčku v našich vlastních programech.

Myšlenka byla velmi jednoduchá - Surfer mohl pracovat jak interaktivně, tak v dávkovém režimu, hrát určitou sekvenci funkce založené na datech z příkazových a informačních souborů. Generováním těchto souborů v našich programech bychom mohli donutit externí balíček, aby provedl operace, které jsme potřebovali. Přitom uživatel, který si prohlížel například obrázek izoliniové mapy nebo ji tiskl, ani netušil, že pracuje s nějakým jiným balíčkem.

Celkově se nám Surfer opravdu líbil. Stále to považujeme za klasický příklad vynikajícího softwarového produktu. Pohodlné interaktivní rozhraní bez architektonických zbytečností, otevřené a srozumitelné rozhraní pro programátora, osvědčené matematické algoritmy, velmi kompaktní kód, skromné ​​požadavky na zdroje. Stručně řečeno, byl to styl tvorby softwaru, dnes do značné míry ztracený, který respektoval budoucí uživatele nikoli slovy, ale činy. (Jsme velmi potěšeni, že tento styl byl zachován v následném vývoji Golden Software.)

Podle verze, která zazněla v roce 1994 na Mezinárodní konferenci o analytických geofiltračních modelech v Indianapolis, byl autor Surfer a zakladatel společnosti postgraduální student hydrogeologie na jedné z amerických univerzit. „Geologické“ kořeny produktů společnosti se zdají být téměř samozřejmým faktem.

Ve skutečnosti je město Golden malé a odvážné. Sídlí zde renomované geovědní školicí středisko Colorado School of Mines a jeho dceřiná společnost International Ground Water Modeling Center, která rovněž vytváří, testuje a šíří hydrogeologické programy (včetně programů poskytovaných nezávislými vývojáři).

Čas plyne, ale i přes poměrně silnou konkurenci zůstávají balíčky Golden Software (především Surfer) nadále velmi populární jak v USA, tak v jiných zemích. Odkazy na ně jsou k dispozici téměř v každé vědecké publikaci nebo softwarovém produktu souvisejícím s numerickým modelováním a zpracováním experimentálních dat.

V roce 1990 společnost oznámila ukončení vývoje verzí pro DOS a zahájení vývoje softwarových produktů pro Windows. V roce 1991 se objevil nový balíček MapViewer (nástroj pro analýzu a vizualizaci geograficky distribuovaných numerických informací a vytváření informativních tematických map - Thematic Mapping Software) a poté byly vydány verze již známých balíčků pro Windows: v roce 1993 - Grapher 1.0 a v roce 1994 - Surfer 5.0. V roce 1996 byl vydán další nový produkt - Didger (digitalizace grafické informace), který velmi úspěšně doplnil funkcionalitu ostatních programů Golden Software.

Zde je však třeba zdůraznit, že po zastavení vývoje verzí pro DOS je společnost nadále podporovala až do roku 1995: prodej licencované kopie, konzultace atd. Takový respekt k uživateli (prodat, co klient potřebuje, a nefungovat na principu „ber si, co máš“), viďte, je dnes vzácné.

Celkově je Golden Software velmi poučným příkladem udržitelného postavení malé společnosti vyvíjející a prodávající své softwarové produkty ve svém „ekologickém výklenku“ na globálním počítačovém trhu.

Kromě toho je třeba poznamenat, že nástup výkonných systémů, které jako by dělaly „všechno“ (například zahrnutí grafických nástrojů do tabulkových procesorů nebo GIS s jejich schopnostmi zpracovávat kartografické informace), pozici kartografických informací neotřásl. malé specializované softwarové balíčky. Takto specializovaný software výrazně předčí velké integrované systémy ve funkčnosti a snadném použití. Poslední výhoda je důležitá zejména při analýze velkého objemu experimentálních dat, a to nejen při generování výsledků výzkumu ve formě prezentační grafiky. K tomu je třeba připočíst skromnější nároky takových programů na výkon počítače a jeho cenu.

Golden Software aktuálně nabízí čtyři produkty pro Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 a Didger 1.0. Přesně o těch si povíme v naší recenzi.

Surfer package - zpracování a vizualizace dvourozměrných funkcí

Surfer 5.0 pro Windows 3.x byl vydán v roce 1994. O rok později, současně s vydáním Windows 95, byl vydán Surfer 6.0, který byl představen ve dvou verzích - 32bitové pro práci v Prostředí Windows NT a Windows 95 a 16bitové pro Windows 3.1. Při instalaci balíčku si uživatel může buď vybrat požadovanou verzi programu sám, nebo ji svěřit instalačnímu programu, který určí konfiguraci systému a verzi vybere automaticky. Balíček popíšeme následovně: nejprve si povíme o schopnostech verze 5.0 a poté o inovacích Surfer 6.0.

Hlavním účelem Surferu je zpracovávat a vizualizovat dvourozměrné datové sady popsané funkcí jako z=f(x, y). Logiku práce s balíčkem lze znázornit ve formě tří hlavních funkčních bloků: a) konstrukce digitálního modelu povrchu; b) pomocné operace s digitálními modely povrchu; c) vizualizace povrchu.

Konstrukce digitálního modelu povrchu

Přes veškerou působivost grafické vizualizace dat je vrcholem takovýchto balíčků samozřejmě matematický aparát v nich implementovaný. Faktem je, že uživatel (v tomto případě s největší pravděpodobností vědec) se již nemusí zajímat o všechny ostatní výhody programu.

Digitální model povrchu je tradičně reprezentován jako hodnoty v uzlech pravoúhlé pravidelné sítě, jejíž diskrétnost je určena v závislosti na konkrétním řešeném problému. Pro ukládání takových hodnot používá Surfer vlastní soubory GRD (binární nebo textový formát), které se již dlouho staly jakýmsi standardem balíčků pro matematické modelování.

V zásadě existují tři možné možnosti pro získání hodnot v uzlech sítě; všechny jsou implementovány v balíčku:

1. podle počátečních dat specifikovaných v libovolných bodech oblasti (v uzlech nepravidelné mřížky) pomocí interpolačních algoritmů pro dvourozměrné funkce;
2. výpočet hodnot funkce explicitně specifikované uživatelem; balíček obsahuje poměrně širokou škálu funkcí - trigonometrické, Besselovy, exponenciální, statistické a některé další (obr. 1);
3. přechod z jedné pravidelné mřížky na druhou, například při změně diskrétnosti mřížky (zde se zpravidla používají poměrně jednoduché interpolační a vyhlazovací algoritmy, protože se má za to, že přechod se provádí z jedné hladké plochy na druhou) .

Kromě toho lze samozřejmě použít již hotový digitální model povrchu získaný uživatelem např. jako výsledek numerického modelování (to je poměrně běžná možnost využití balíku Surfer jako post-procesoru).

První možnost získání mřížkového modelu se nejčastěji vyskytuje v praktických problémech a právě algoritmy pro interpolaci dvourozměrných funkcí při přechodu z nepravidelné mřížky na pravidelnou jsou „trumfem“ balíčku.

Faktem je, že postup pro přechod z hodnot v diskrétních bodech na povrch je netriviální a nejednoznačný; Pro různé úlohy a typy dat jsou vyžadovány různé algoritmy (nebo spíše ne „povinné“, ale „lépe vhodné“, protože zpravidla žádný není 100% vhodný). Efektivitu programu pro interpolaci dvourozměrných funkcí (to platí i pro problém jednorozměrných funkcí, ale u dvourozměrných je vše mnohem složitější a rozmanitější) tedy určují následující aspekty:

1. soubor různých interpolačních metod;
2. schopnost výzkumníka řídit různé parametry těchto metod;
3. dostupnost prostředků pro hodnocení přesnosti a spolehlivosti vytvořeného povrchu;
4. možnost upřesnit výsledek na základě osobní zkušenost expert, s přihlédnutím k řadě dalších faktorů, které nebylo možné odrazit ve zdrojových datech.

Surfer 5.0 nabízí svým uživatelům sedm interpolačních algoritmů: Kriging, Inverzní vzdálenost, Minimální zakřivení, Funkce radiální báze, Polynomiální regrese, Shepardova metoda, což je kombinace metody inverzní vzdálenosti s křivkami) a triangulace. Běžné výpočty sítě lze nyní provádět na souborech datových sad X, Y, Z libovolné velikosti a samotná síť může mít velikost 10 000 x 10 000 uzlů.

Nárůst počtu interpolačních metod může výrazně rozšířit okruh problémů, které je třeba řešit. Zejména metoda triangulace může být použita ke konstrukci povrchu pomocí přesných hodnot výchozích dat (například povrch Země podle údajů geodetického zaměření) a algoritmus polynomiální regrese lze použít k analýze trendu povrch.

Zároveň je poskytován dostatek příležitostí pro ovládání interpolačních metod na straně uživatele. Zejména nejoblíbenější geostatistická Krickingova metoda při zpracování experimentálních dat nyní zahrnuje možnost využití různé modely variogramy s použitím variace algoritmu s driftem a zohledněním anizotropie. Při výpočtu povrchu a jeho obrazu lze také nastavit hranici území libovolné konfigurace (obr. 2).

Navíc je zde vestavěný grafický editor pro zadávání a opravu hodnot dat oblasti mřížky, přičemž uživatel okamžitě vidí výsledky svých akcí v podobě změn v izoliniové mapě (obr. 3). Pro celou třídu problémů (zejména těch, které se týkají popisu přirozených dat), které zpravidla nelze popsat přesným matematickým modelem, je tato funkce často prostě nezbytná.

Zadávání dat se provádí z [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) nebo prostého textového souboru ASCII, jakož i z tabulek Excelu [.XLS]. Lotus [.WK1, .WKS]. Zdrojové informace lze také zadávat nebo upravovat pomocí vestavěného tabulkového procesoru balíčku a jsou možné další datové operace, jako je řazení a převod čísel pomocí uživatelsky definovaných rovnic.

Pomocné operace s plochami

Surfer pro Windows má velká sada další prostředky pro konverzi povrchů a různé operace s nimi:

• výpočet objemu mezi dvěma povrchy;
• přechod z jedné pravidelné mřížky do druhé;
• transformace povrchu pomocí matematických operací s maticemi;
• disekce povrchu (výpočet profilu);
• výpočet plochy povrchu;
• vyhlazování povrchů pomocí maticových nebo spline metod;
• konverze formátu souborů;
• řadu dalších funkcí.

Kvalitu interpolace lze posoudit pomocí statistického posouzení odchylek původních bodových hodnot od výsledného povrchu. Kromě toho lze pro jakoukoli podmnožinu dat provádět statistické výpočty nebo matematické transformace, včetně použití uživatelsky definovaných funkčních výrazů.

Vizualizace povrchových obrazů

Povrch může být graficky znázorněn ve dvou formách: vrstevnicové mapy nebo trojrozměrné obrázky povrchu. Surferova práce je přitom založena na následujících principech jejich konstrukce:

1. získání obrazu překrytím několika průhledných a neprůhledných grafických vrstev;
2. import hotových obrázků, včetně obrázků získaných v jiných aplikacích;
3. pomocí speciálních kreslicích nástrojů a také použitím textových informací a vzorců k vytváření nových a úpravám starých obrázků.

Použití rozhraní s více okny vám umožňuje vybrat si nejvhodnější provozní režim. Zejména můžete současně zobrazit číselná data ve formě tabulky, mapy založené na těchto datech a základní informace z textového souboru (obr. 4).

Surfer 5.0 používá jako hlavní vizuální prvky následující typy map:

1. Vrstevnicová mapa. Kromě již tradičních prostředků ovládání zobrazovacích režimů izolinií, os, rámečků, značení, legend atd. je implementována možnost vytvářet mapy vyplněním jednotlivých zón barvou nebo různými vzory (obr. 5). Kromě toho lze obraz ploché mapy otáčet a naklánět a lze použít nezávislé měřítko podél os X a Y.
2. Trojrozměrný obraz povrchu (3D Surface Map). Tyto mapy využívají různé typy promítání a obraz lze otáčet a naklánět pomocí jednoduchého grafického rozhraní. Můžete na ně také kreslit čáry řezu a izočáry (obr. 6), nastavit nezávislé měřítko podél os X, Y, Z a vyplnit jednotlivé prvky mřížky plochy barvou nebo vzorem.
3. Mapa počátečních dat (Post Map). Tyto mapy slouží k zobrazení bodových dat ve formě speciálních symbolů a textových popisků k nim. V tomto případě pro zobrazení číselné hodnoty v bodě můžete ovládat velikost symbolu (lineární nebo kvadratická závislost) nebo použít různé symboly v souladu s rozsahem dat (obr. 7). Sestavení jedné mapy lze provést pomocí několika souborů.
4. Základní mapa. Může to být téměř jakýkoli plochý obrázek získaný importem souborů různých grafických formátů: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [ .WMF], digitální čárový graf USGS [.LGO], bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] a některé další. Tyto mapy lze použít nejen k jednoduchému zobrazení obrázku, ale také například k zobrazení některých oblastí jako prázdných. Kromě toho, pokud je to žádoucí, lze tyto mapy použít k získání hranic při provádění výpočtů povrchu, transformaci, pitvě atd.

Pomocí různých možností pro překrývání těchto hlavních typů map a jejich různého umístění na jedné stránce můžete získat řadu možností pro znázornění složitých objektů a procesů. Zejména je velmi snadné získat různé možnosti pro komplexní mapy s kombinovaným obrazem rozložení více parametrů najednou (obr. 8). Všechny typy map může uživatel upravovat pomocí vestavěných kreslicích nástrojů samotného Surfera.

Prezentace několika map ve formě trojrozměrné „police“ je také velmi efektivní a vhodná pro analýzu. Navíc to může být buď různé znázornění stejných datových souborů (například trojrozměrný obrázek plus barevná izočárová mapa: obr. 9), nebo řada různých souborů, například plošné rozložení jednoho parametru v různých časech nebo několika různých parametrech (obr. 10).

Všechny tyto možnosti zobrazení obrazu mohou být velmi užitečné při srovnávací analýze vlivu různých interpolačních metod nebo jejich jednotlivých parametrů na vzhled výsledného povrchu (obr. 11).

Samostatně by se měl řešit problém používání ruských písem. Faktem je, že písma SYM dodávaná s balíkem samozřejmě nejsou rusifikovaná, takže musíte používat písma Windows TrueType. Nejsou ale vhodné pro některé režimy obrazového výstupu, například když je text zobrazen pod úhlem, jsou znaky někdy k nepoznání zdeformované. V tomto případě je lepší použít vektorová písma SYM s jednořádkovým designem (jsou vždy dobře viditelná) a v hotové podobě jsou k dispozici pouze latinky. Na tento problém však existuje poměrně jednoduché řešení.

DOS verze Surfer měl speciální utilita ALTERSYM k vytvoření vlastních sad písem SYM (ve verzi pro Windows bohužel zmizel, takže můžete použít verzi pro DOS). Umožňuje však vytvářet a upravovat pouze základní znakovou sadu (kódy ASCII 32-127). Tento problém jsme kdysi řešili pro DOSovou verzi následovně: napsali jsme utilitu, která z prázdných souborů vytvořených programem ALTERSYM vytvoří kompletní sadu symbolů (1-255), se kterou perfektně spolupracují výstupní moduly VIEW a PLOT. Tento přístup je docela vhodný pro verzi Surfer pro Windows.

Výsledné grafické obrázky lze vytisknout na libovolné tiskové zařízení podporované systémem Windows nebo je lze odeslat do formátu souboru, jako je AutoCAD [.DXF], metasoubor Windows [.WMF], schránka systému Windows [.CLP] a také jazyk HP Graphics [ .HPGL] a Encapsulated PostScript [.EPS]. Obousměrnou výměnu dat a grafiky s jinými aplikacemi Windows lze také provádět prostřednictvím schránky Windows. Grafické obrázky připravené v Surferu lze navíc exportovat do balíčku MapViewer, překrýt na něj mapu území a získat mapu rozložení tohoto parametru v konkrétním území (obr. 12 a ).

Ovládací prvky balíčku maker

V Surfer 5.0, vytvořené již v roce 1994, téměř současně s kancelářské balíky Microsoft Office 4.0 byl implementován model objektové komponenty založený na podpoře mechanismu automatizace OLE 2.0 (dnes se nazývá ActiveX). To umožňuje integrovat Surfer jako ActiveX server do komplexních systémů pro zpracování a modelování dat.

V jakémkoli jazyce, který také podporuje tento mechanismus (například Visual Basic, C++, popř Visual Basic pro aplikace), můžete napsat kontrolní soubor makra pro Surfer. Zejména pomocí sady souborů maker můžete automaticky provádět některé často se opakující úkoly. Nebo lze takový soubor vygenerovat při provádění libovolného aplikačního výpočetního programu pro automatické zpracování a vizualizaci dat.

Například následující funkce napsaná ve VB vytvoří obrysovou mapu a vloží její obrázek do tabulky s názvem „Sheet1“:

• Funkce MakeMap();
• definování proměnné Surf jako objektu Dim Surf as Object;
• nastavení mapování mezi proměnnou Surf a programem Surfer Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• vstupní název souboru GRD;
• provádění makropříkazů balíčkem Surfer Surf.MapCountour(GrdFile$);
• vytvořit izočárovou mapu Surf.Select;
• vybrat obrázek Surf.EditCopy;
• zkopírujte vybraný obrázek do schránky;
• toto je již příkaz Excelu - vložte obrázek ze schránky na aktuální pozici tabulky List1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Význam tohoto postupu je zcela jasný. Nejprve je proměnná Surf definována jako objekt a přiřazena k balíčku Surfer (Surfer.App). Další jsou příkazy, které VBA již interpretuje jako volání funkcí Surfer (jejich názvy odpovídají příkazům, které uživatel vybírá v dialogovém režimu), prováděné prostřednictvím mechanismu ActiveX.

Balíček Surfer má navíc vlastní makrojazyk, což je vlastně typ VBA a slouží k zápisu řídicích dotazů ve speciálním programu SG Scripter (soubor GSMAC.EXE). Pomocí takového jednoduchého programu můžete například implementovat makro, které automaticky vytvoří vrstevnicové mapy pro jednu sadu zdrojových dat pomocí všech sedmi interpolačních metod:

• vytvoření objektu Surfer Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
• vytvoření mapy pomocí každé interpolační metody;
• pro zdrojový datový soubor DEMOGRID.DAT Pro metodu = 0 až 6;
• OTEVŘENO nový dokument kreslení Surf.FileNew();
• výpočet souboru GRD aktuální interpolační metodou If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Metoda,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
• konstrukce izočárové mapy If Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0 Pak Konec Další.

Spustit v automatický režim Podobné úlohy, které jsou prezentovány jako program napsaný v GS Scripteru, lze provádět buď z příkazového řádku:

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

nebo z libovolné aplikace pomocí příkazu SHELL:

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

(přepínač /x označuje potřebu automatické provedení programová úloha.bas).

GS Scripter lze použít i pro ovládání jakýchkoliv dalších programů podporujících ActiveX (například pro práci s MS Office).

Co je nového v Surfer 6.0

Jak jsme již řekli, Surfer 6.0 přichází v 16- a 32bitové verzi. Kromě toho se však objevilo několik užitečných funkčních rozšíření. Nejprve je třeba poznamenat, že při konstrukci plochých obrázků je možné použít další dva typy podkladových map: Image Map a Shaded Relief Map.

Díky vestavěným kreslicím nástrojům Image Map je vytváření barevných map poměrně jednoduché a rychlé. V tomto případě můžete použít vícebarevné vyplnění obrázků, včetně použití barevných kombinací vytvořených uživatelem.

Co je ale obzvláště působivé, jsou schopnosti Shaded Relief Map, která umožňuje získat snímky jako například kvalitní fotografie přímo v prostředí Surfer (obr. 14), které lze použít jak pro společné použití s ​​vrstevnicovými mapami, tak i samostatně . To umožňuje uživateli ovládat všechny parametry potřebné k vytvoření nejvýraznějších obrázků, včetně umístění světelného zdroje, relativního sklonu sklonu, typu stínování a barvy. Uživatel balíku má také více možností pro vizualizaci dat a uspořádání různých obrázků na jedné obrazovce (obr. 15).

Byla rozšířena sada pomocných operací při zpracování digitálních ploch. Pomocí nových funkcí Grid Calculus můžete určit sklon, zakřivení a horizontální linii pohledu v konkrétním bodě na povrchu, stejně jako vypočítat první a druhou derivaci pro Fourierovy funkce a spektrální analýzu. A další nástroje Grid Utilities umožňují transformovat, posouvat, škálovat, otáčet a zrcadlit data v souborech GRD (formát pro ukládání hodnot v běžných uzlech mřížky). Poté můžete provést libovolný výběr podmnožiny datové sady podle počtu sloupců a sloupců nebo jednoduše libovolných uzlů mřížky.

Z hlediska matematického aparátu pro konstrukci plochy se jeví jako velmi důležité implementace dalšího interpolačního algoritmu - Nearest Neighbor, a také tři úrovně vnoření variogramů, které umožňují vytvořit více než 500 výsledných kombinací.

Dříve vytvořené obrázky založené na různé typy mapy (Vrstevnicová mapa, Shaded Relief Map, Post Map, Image Map) lze použít jako šablonu nahrazením nového souboru GRD do stávajících map. Navíc nyní, když jste nejprve zkombinovali několik vrstev různých map do jednoho obrázku, můžete je poté rozdělit na jejich původní prvky a předělat je na základě nových dat.

Z čistě servisních funkcí je třeba vyzdvihnout možnost zadávat digitalizační data hraničních čar a libovolných bodů z obrazovky přímo do ASCII souboru a také automatické vytváření legendy pro různé typy bodů Post Map. Nyní můžete importovat soubory Digital Elevation Model (DEM) přímo z internetu (nebo jakéhokoli jiného zdroje informací) jako digitální model povrchu. A konečně nové formáty exportu dat umožňují ukládat mapové obrázky téměř ve všech rastrových formátech (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG a mnoho dalších).

Pokračování příště

ComputerPress 2" 1999

Softwarové nástroje a technologie používané pro zpracování geologických a geofyzikálních informací: standardní programy MSOffice;
programy pro zpracování statistických informací
(Statistica, Coscade);
počítačové grafické programy:
standardní programy (CorelDraw, Photoshop...);
inženýrské grafické programy (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
počítačově podporované konstrukční systémy
(AutoCAD atd.);
specializované systémy zpracování a
interpretace geologických a geofyzikálních informací;
komplexní analytické a interpretační systémy
geologická a geofyzikální data;
geografické informační systémy.

Disciplinární plán
Obsah kurzu:
Body
1. Základy mapování v softwarovém balíku
Surfař (Golden Software).
40 (16)
2. Vytváření trojrozměrných modelů polí v programu
Voxler (Golden Software).
20 (8)
3. Základy navrhování v Autocadu (Autodesk)
40 (17)
4. Řešení geologických problémů v geoinformacích
ArcGIS systém (ESRI)
30 (12)
5. Vytvoření 3D modelu ložiska a výpočet zásob v
Systém Micromine (Micromine).
30 (12)
závěrečná zkouška
40 (17)

TÉMA č. 1.

Základy mapování v
Softwarový balíček pro surfaře

Surfer program (Golden Software, USA)

Hlavním účelem balíčku je stavět
mapy ploch z = f(x, y).
3D projekce

Rozhraní programu

Panely
nástroje
Jídelní lístek
programy
Okno pozemku
Okno listu
Manažer
objektů

Struktura systému

Program obsahuje 3 hlavní
funkční bloky:
1. konstrukce
digitální model
povrchy;
2. pomocné operace s digitál
povrchové modely;
3. vizualizace povrchu.

Konstrukce digitálního modelu povrchu
Je znázorněn digitální model plochy Z(x, y).
ve formě hodnot v uzlech pravoúhlé pravidelné mřížky, diskrétnost
který se určuje v závislosti na konkrétním řešeném problému.
y
x ≠ y
X
y
z1
z5
z9
z13
uzel z17
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
X

Soubory typu [.GRD] (binární nebo
textový formát).
počet buněk podél os X a Y
minimální a maximální hodnoty X, Y, Z
řádek y
(Y=konst)
řádek x
(X=konst)
Program Surfer umožňuje používat hotové digitální modely
povrchy ve formátech jiných systémů USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], digitální terénní výškový model (DTED) [.DT*] .

Balení obsahuje 3 možnosti
získání hodnot v uzlech mřížky:
podle počátečních údajů uvedených na libovolných místech regionu (in
uzly nepravidelné mřížky), pomocí algoritmů
interpolace dvourozměrných funkcí;
výpočet hodnot funkce explicitně specifikované uživatelem;
přechod z jedné pravidelné mřížky do druhé.

Vytvoření mřížky z nepravidelného souboru dat
Počáteční údaje:
Formátovací tabulky [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
XYZ data

Výběr
data
Položka nabídky Mřížka>Data
Výběr metody
interpolace
Definování geometrie sítě

Výběr velikosti buňky mřížky
Volba hustoty sítě by měla být provedena v souladu s
zdrojová data nebo požadované měřítko mapy.
Pokud je známo měřítko, ve kterém musí být mapa nakreslena, pak krok
mezi čarami mřížky musí být nastaveno na stejný počet jednotek
karty, které se vejdou do 1mm obrázků.
Například v měřítku 1:50 000 je to 50 m.
Pokud požadované měřítko není předem známo, pak krok mezi řádky
mřížky lze nastavit na polovinu průměrné vzdálenosti
mezi datovými body.

Metody mřížkování

Inverzní vzdálenost
Kriging
Minimální zakřivení
Polynomiální regrese
Triangulace s lineární interpolací
lineární interpolace),
Nejbližší soused
Shepardova metoda (Shepardova metoda),
Funkce radiální báze
Klouzavý průměr atd.

INTERPOLACE:
Triangulace s lineární metodou
Interpolace
Triangulace s metodou lineární interpolace
Lineární interpolace) je založena na Delaunayově triangulaci přes vstupní body a
lineární interpolace převýšení ploch v plochých plochách.
z
bod s neznámým
hodnoty (uzel)
X
y
Delaunayova triangulace
body se známými
hodnoty

INTERPOLACE: Metoda inverzní vzdálenosti k výkonu (IDW).
Metoda inverzní vzdálenosti k mocnině
vypočítá hodnoty buněk průměrováním hodnot v referenčních bodech,
umístěné v blízkosti každé buňky. Čím blíže je bod ke středu buňky,
jehož hodnota se vypočítá, tím větší vliv nebo váhu má v
proces průměrování
7,5
11,8
,
100 m
Kde
150 m
60 m
3,0
i – váha naměřené hodnoty;
k – exponent
?
70 m
21,6
body se známými
hodnoty
?
body s neznámými
hodnoty
Poloměr
interpolace

INTERPOLACE: Metoda minimálního zakřivení
Metoda minimálního zakřivení počítá hodnoty s
pomocí matematické funkce, která minimalizuje součet
zakřivení povrchu a vytváří hladký povrch procházející skrz
referenční body

Interpolace: Polynomiální regresní metoda
Metoda polynomiální regrese je založena na
aproximace povrchu polynomem určitého řádu:
z(x)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn - polynom n-tého řádu
Metoda nejmenších čtverců minimalizuje součet
- vypočtená (odhadovaná) hodnota parametru z
- sledovaná hodnota parametru z

první objednávka
Aproximace plochy polynomem
druhá objednávka

Interpolace: Metoda krigování
Metoda Kriging je založena na statistických modelech, které
vzít v úvahu prostorovou autokorelaci (statistický vztah
mezi referenčními body)
Náhodné, ale prostorově korelované fluktuace
výšky
Náhodný hluk
(balvany)
Drift (obecný trend)
změny výšky)
Ilustrace krigingových prvků. Drift (obecná tendence), náhodný, ale
prostorově korelované výškové výkyvy (malé odchylky od obec
trendy) a náhodný šum.

Variogram
Polodisperze (vzdálenost h) = 0,5 * průměr[ (hodnota v bodě i - hodnota v bodě j)2]
pro všechny dvojice bodů oddělených vzdáleností h
Polodisperzní
h
h
vzdálenost (zpoždění)
Polodisperzní
Tvorba dvojic bodů:
červená tečka se hodí ke každému
další body měření
Reziduální
disperze
(valoun)
Omezit
poloměr
korelace
(rozsah)
vzdálenost (zpoždění)

Semivariogramové modelování
Polodisperzní
Polodisperzní
vzdálenost (zpoždění)
Sférický model
vzdálenost (zpoždění)
Polodisperzní
Exponenciální model
vzdálenost (zpoždění)
Lineární model

Výpočet hodnot v uzlech sítě
7,5
11,8
body se známými
hodnoty
100 m
150 m
60 m
3,0
?
body s neznámými
hodnoty
?
70 m
21,6
i – váha naměřené hodnoty,
vypočítané
na
základ
modely
variogramy
A
prostorový
rozložení měřicích bodů kolem
posuzovaný bod
Poloměr
interpolace

Porovnání interpolačních metod
Zadní
vážený
vzdálenosti
Triangulace s
lineární
interpolace
Minimální
zakřivení
Kriging

Další možnosti
IV
R2
1. Definování oblasti zdrojových dat pro výpočet hodnot v uzlech
mřížkový soubor
já
R1
III
II

2. Účtování „zlomových linií“ a poruch
Poruchy
Pomocí úlohy Poruchy se simuluje poloha
poruchy/reverzní poruchy typu poruchy.
Struktura souboru [.BLN]
Počet bodů
přiřazení objektů
Kód
(0 – reset mřížky venku
obrys,
1- reset mřížky
uvnitř obrysu)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Chyba mise
Účetní chyby podporují metody interpolace: Inverzní vzdálenost k a
Výkon, Minimální zakřivení, Nejbližší soused a Metriky dat.

Breaklines
Struktura souboru [.BLN]
Množství
body
úkoly
objekt
Kód
(resetování nulové mřížky
mimo obrys
1- reset mřížky
uvnitř
obrys)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Přelomová linie mise
Breakline účetnictví podporuje interpolační metody:
Inverzní vzdálenost k síle, krigování, minimální zakřivení,
Nejbližší soused, funkce radiální základny, klouzavý průměr, místní
Polynom

Účtování diskontinuit

Účetnictví
Breaklines
Vrstevnicová mapa bez
účtování závad
Účetnictví
Poruchy

Vizualizace povrchových obrazů

Vrstevnicová mapa
Základní mapa
Bodová datová mapa
Rastrové
Stínovaný reliéf
Vektorová mapa
3D mřížka
3D povrch
Výsledek konstrukce se uloží jako vektor
grafiky v souboru [.srf].

Obrysové mapy
Vrstevnicové mapy

3D
snímky
povrchy
3D povrchové mapy

3D sítě
3D drátové mapy

Vektorové karty
Vektorové mapy

rastry
Obrazové mapy

Mapa
stínovaný reliéf
Stínované reliéfní mapy

Základní karty
Základní mapy
Importované formáty:
AN?, BLN, BMP, BNA, BW, DCM, DIC,
DDF, DLG, DXF, E00, ECW, EMF, GIF,
GSB, GSI, JPEG, JPG, LGO, LGS, MIF,
PCX, PLT, PLY, PNG,
PNM/PPM/PGM/PBM, RAS, RGB,
RGBA, SHP, SID, SUN, TGA, TIF, TIFF,
VTK, WMF, X, XIMG

Mapy povodí
Mapy povodí
Deprese
voda teče
bazény
Mapy odrážejí drenážní systémy

Modelování diskrétních objektů

XYZ data
(BLN, BNA, CSV, DAT, DBF, MDB, SLK, TXT, WKx, WRx, XLS, XLSX)

Post Maps

Klasifikované bodové datové mapy
Klasifikované poštovní mapy

Hraniční soubory [.bln]
Počet bodů
přiřazení objektů
Kód
(0 – vynulování mřížky mimo obrys,
1- vynulování mřížky uvnitř obvodu)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Mnohoúhelník (uzavřený)
X5, Y5
X3, Y3
X4, Y4
X2, Y2
Xn
X6, Y6
Yn
X10, Y10
X1, Y1
Čára
X6, Y6
X7, Y7
X4, Y4
X2, Y2
X5, Y5
X3, Y3
X1, Y1
X7, Y7
X8, Y8
X9, Y9
X1 = X10
Y1=Y10

Výpočet interpolačních chyb,
Editace grafické mřížky.

Ruční korekce mřížky (Editor uzlu mřížky)

Grafický editor pro zadávání a opravy datových hodnot
síťová oblast

Odhad přesnosti interpolace (zbytky)

Položka nabídky mřížky

Matematické operace na mřížkách (Math)
Vstupní mřížka 1
Umožňuje provádět
výpočty na jednom popř
dvě mřížky
Vstupní mřížka 2
Výstupní mřížka
Výpočtový vzorec
-
Střecha
=
Jediný
Napájení

Analýza povrchu (kalkul)
Metody
Umožňuje analýzu
povrchové tvary
Vstupní mřížka
Výstupní mřížka
Úhly
náklon
Terén
Sklon
Orientace
svahy
Aspekt terénu

Filtr
Vstupní mřížka
Výstupní mřížka
Velikost
operátor
Metody
Umožňuje zvýraznění
různé frekvenční složky
povrchové modely
Operátor
Nízká frekvence
filtrace
41 41

Prázdný
Umožňuje resetovat oblasti mapy definované souborem [.bln]
Vstupní mřížka
+ Soubor [.bln] = Výstupní mřížka
Zatemnění
Prázdný
Hranice polygonu

Konstrukce sekcí (Slice)
Umožňuje řezat povrch podél čáry, polohy
který je definován souborem [.bln]
Vstupní mřížka
+ Soubor [.bln] = Výstupní soubor [.dat]
X
Y
Z
Vzdálenost
podle profilu
Profilová čára
64
Profilová sekce
Z
56
48
40
0
20000
40000
Vzdálenost profilu
60000
80000

Ministerstvo školství a vědy Ruská Federace

KURZOVÁ PRÁCE

Konstrukce digitálních výškových modelů na základě dat radarového topografického průzkumu SRTM

Saratov 2011

Úvod

Koncept digitálních výškových modelů (DEM)

1 Historie vzniku DEM

2 typy DEM

3 Metody a metody tvorby DEM

4 Národní a globální DEM

Topografická data průzkumného radaru (SRTM)

1 Verze a datová nomenklatura

2 Posouzení přesnosti dat SRTM

3 Použití dat SRTM k řešení aplikovaných problémů

Aplikace SRTM při vytváření geoobrazů (na příkladu regionů Saratov a Engel)

1 Koncepce geoobrazů

2 Konstrukce digitálního modelu reliéfu pro území Saratovské a Engelské oblasti

Závěr

Úvod

Digitální modely reliéf (DEM) je jednou z důležitých modelovacích funkcí geografických informačních systémů, která zahrnuje dvě skupiny operací, z nichž první slouží k řešení problémů tvorby modelu reliéfu, druhá - jeho použití.

Tenhle typ produkt je plně trojrozměrným zobrazením reálného terénu v době zaměření, což umožňuje jeho využití k řešení různých aplikovaných problémů, např.: stanovení libovolných geometrických parametrů reliéfu, sestrojení příčných profilů; provádění projektových a průzkumných prací; sledování dynamiky terénu; výpočet geometrických charakteristik (plocha, délka, obvod) s přihlédnutím k reliéfu pro potřeby architektury a urbanismu; inženýrské průzkumy, kartografie, navigace; výpočet strmosti svahů, sledování a předpověď geologických a hydrologických procesů; výpočet osvětlovacích a větrných podmínek pro architekturu a urbanismus, inženýrské průzkumy, monitoring životního prostředí; budování zón viditelnosti pro telekomunikační a mobilní společnosti, architekturu a městské plánování. Kromě toho se DEM široce používají k vizualizaci území ve formě trojrozměrných obrázků, čímž poskytují příležitost ke konstrukci virtuálních modelů terénu (VTM).

Relevance tématu práce v kurzu je dána potřebou geografického výzkumu využívat reliéfní data v digitální podobě vzhledem k rostoucí roli geografických informačních technologií při řešení různých problémů, potřebě zkvalitnění a zefektivnění metod tvorby a používání digitálních výškových modelů (DEM) a zajištění spolehlivosti vytvořených modelů.

Tradičními zdroji počátečních dat pro vytvoření DEM země jsou topografické mapy, data dálkového průzkumu Země (RSD), data z družicových pozičních systémů, geodetické práce; údaje z průzkumu a echolotu, materiály z fototeodolitových a radarových průzkumů.

V současné době některé vyspělé země vytvořily národní DEM, například v USA, Kanadě, Dánsku, Izraeli a dalších zemích. V současnosti nejsou na území Ruské federace veřejně dostupná data obdobné kvality.

Alternativním zdrojem dat o nadmořské výšce jsou volně dostupná data SRTM (Shuttle radar topographic mission), která jsou dostupná na většině zeměkoule v rozlišení modelu 90 m.

Účelem této práce je prostudovat alternativní zdroj výškových dat – data zemského radarového průzkumu – SRTM, a také metody jejich zpracování.

V rámci tohoto cíle je nutné vyřešit následující úkoly:

získat teoretické znalosti o konceptu, typech a metodách tvorby DEM, studovat potřebná data pro konstrukci DEM, poukázat na nejslibnější oblasti použití těchto modelů k řešení různých aplikovaných problémů;

identifikovat zdroje dat SRTM, identifikovat technické vlastnosti, prozkoumejte možnosti přístupu k datům SRTM

ukázat možné využití tohoto typu dat.

K napsání práce v kurzu byly použity následující zdroje: učební pomůcky o geoinformatice a dálkovém průzkumu Země, periodika, elektronické zdroje na internetu.

1. Koncept digitálních výškových modelů (DEM)

Jednou z významných výhod technologií geografických informačních systémů oproti klasickým „papírovým“ kartografickým metodám je schopnost vytvářet prostorové modely ve třech rozměrech. Hlavní souřadnice pro takové modely GIS kromě obvyklé zeměpisné šířky a délky poslouží také jako údaje o nadmořské výšce. Systém navíc umí pracovat s desítkami a stovkami tisíc výškových značek, nikoli s jednotkami a desítkami, což bylo možné i při použití metod „papírové“ kartografie. Vzhledem k dostupnosti rychlého počítačového zpracování obrovských polí výškových dat se úkol vytvořit co nejrealističtější digitální výškový model (DEM) stal proveditelným.

Digitální výškový model je obvykle chápán jako prostředek digitálního znázornění trojrozměrných prostorových objektů (povrchů, resp. reliéfů) ve formě trojrozměrných dat, tvořících soubor výškových značek (značek hloubky) a dalších hodnot souřadnic Z, u uzlů pravidelné nebo souvislé sítě nebo souboru vrstevnicových záznamů (izohypsum, izobata) nebo jiných izolinií. DEM je speciální typ trojrozměrného matematické modely, představující zobrazení reliéfu skutečných i abstraktních ploch.

1 Historie vzniku DEM

Obraz reliéfu je pro lidi dlouhodobě zajímavý. Na nejstarších mapách velké formy reliéf se projevil jako nedílná součást krajiny a jako orientační prvek. První způsob, jak zobrazit tvary terénu, byly perspektivní značky ukazující hory a kopce; Od osmnáctého století však začal aktivní vývoj nových, stále složitějších metod. Perspektivní metoda s perokresbou je znázorněna na mapě Pyrenejí (1730). Barva byla poprvé použita k návrhu plastického reliéfu v Atlasu tažení ruských vojsk ve Švýcarsku (1799). První experimenty s tvorbou DEM se datují do nejranějších fází rozvoje geoinformatiky a automatizované kartografie v první polovině 60. let 20. století Jeden z prvních digitálních modelů terénu byl vyroben v roce 1961 na katedře kartografie Vojenské inženýrské akademie. Následně byly vyvinuty výkonné metody a algoritmy pro řešení různých problémů software modelování, velké národní a globální soubory dat o reliéfu, byly shromážděny zkušenosti s řešením různých vědeckých a aplikovaných problémů s jejich pomocí. Zejména použití DEM pro vojenské úkoly prošlo velkým rozvojem.

2 typy DEM

Nejpoužívanějšími povrchovými reprezentacemi v GIS jsou rastrové a TIN modely. Na základě těchto dvou zástupců historicky vznikli dva alternativní modely DEM: založeno na čistě pravidelných (maticových) zobrazeních reliéfního pole s výškovými značkami a strukturou, jejíž jednou z nejrozvinutějších forem jsou modely založené na strukturně-lingvistickém zobrazení.

Rastrový model reliéfu - umožňuje rozdělení prostoru na další nedělitelné prvky (pixely), tvořící matici výšek - pravidelnou síť výškových značek. Podobné digitální výškové modely vytvářejí národní mapové služby v mnoha zemích. Pravidelná síť výšek je mřížka se stejnými obdélníky nebo čtverci, kde vrcholy těchto obrazců jsou uzly mřížky (obrázek 1-3).

Rýže. 1.2.1 Zvětšený fragment modelu reliéfu zobrazující rastrovou strukturu modelu.

Rýže. 1.2.2 Zobrazení pravidelného modelu sítě výšek v rovině.

Rýže. 1.2.3. Trojrozměrný model reliéfu okolí obce. Kommunar (Khakassia), postavený na základě pravidelné sítě výšin /1/

Jedním z prvních softwarových balíků, které implementovaly možnost vícenásobného zadávání různých vrstev rastrových buněk, byl balík GRID (v překladu z angličtiny - mřížka, mřížka, síť), vytvořený koncem 60. let 20. století. v Harvardské laboratoři počítačové grafiky a prostorové analýzy (USA). V moderním, široce používaném GIS balíku ArcGIS se rastrový prostorový datový model nazývá také GRID. V jiném populární program pro výpočet DEM - Surfer se pravidelná síť výšek nazývá také GRID, soubory takového DEM jsou ve formátu GRD a výpočet takového modelu se nazývá Gridding.

Při vytváření pravidelné sítě výšek (GRID) je velmi důležité vzít v úvahu hustotu mřížky (rozteč mřížky), která určuje její prostorové rozlišení. Čím menší je zvolený krok, tím přesnější je DEM – tím vyšší je prostorové rozlišení modelu, ale tím více více množství grid nodes, proto je potřeba více času na výpočet DEM a více místa na disku. Například, když se krok mřížky sníží faktorem 2, množství paměti počítače potřebné k uložení modelu se zvýší faktorem 4. Z toho vyplývá, že musíme najít rovnováhu. Například standard US Geological Survey DEM, vyvinutý pro National Digital Cartographic Data Bank, specifikuje digitální výškový model jako pravidelné pole výškových značek v uzlech sítě 30x30 m pro mapu v měřítku 1:24 000. Interpolací, aproximací, vyhlazováním a další transformace na Rastrový model může obsahovat DEM všech ostatních typů.

Mezi nepravidelnými sítěmi je nejčastěji používaná síť nepravidelného tvaru trojúhelníkového tvaru - model TIN. Byl vyvinut na počátku 70. let 20. století. jako jednoduchý způsob konstrukce povrchů založených na množině nerovnoměrně rozmístěných bodů. V 70. letech 20. století Bylo vytvořeno několik verzí tohoto systému a v 80. letech se začaly objevovat komerční systémy založené na TIN. jako softwarové balíčky pro konstrukci vrstevnic. Pro digitální modelování terénu se používá model TIN, přičemž uzly a hrany trojúhelníkové sítě odpovídají původním a odvozeným atributům digitálního modelu. Při konstrukci modelu TIN jsou diskrétně umístěné body spojeny čarami tvořícími trojúhelníky (obrázek 4).

Rýže. 1.2.4. Delaunayova triangulační podmínka.

V rámci každého trojúhelníku modelu TIN je povrch obvykle reprezentován jako rovina. Protože povrch každého trojúhelníku je definován výškami jeho tří vrcholů, použití trojúhelníků zajišťuje, že každá část povrchu mozaiky přesně zapadá do sousedních částí.

Obr.1.2.5. Trojrozměrný model reliéfu vybudovaný na základě nepravidelné triangulační sítě (TIN).

Tím je zajištěna kontinuita povrchu s nepravidelným uspořádáním bodů (obrázek 5-6).

Rýže. 1.2.6. Zvětšený fragment modelu reliéfu na Obr. 5 ukazuje trojúhelníkovou strukturu modelu TIN.

Hlavní metodou pro výpočet TIN je Delaunayova triangulace, protože Oproti jiným metodám má nejvhodnější vlastnosti pro digitální model reliéfu: má nejmenší index harmonickosti jako součet indexů harmonickosti každého z tvořících se trojúhelníků (blízkost rovnoúhelníkové triangulace), vlastnost maximálního minimálního úhlu. (největší nedegenerace trojúhelníků) a minimální plocha vytvořeného polyedrického povrchu.

Protože jak model GRID, tak model TIN se v geografickém měřítku rozšířily informační systémy a jsou podporovány mnoha typy software GIS, musíte znát výhody a nevýhody každého modelu, abyste si vybrali správný formát pro ukládání dat terénu. Mezi výhody GRID modelu patří jednoduchost a rychlost jeho počítačového zpracování, což souvisí s rastrovým charakterem samotného modelu. Výstupní zařízení, jako jsou monitory, tiskárny, plotry atd., využívají sady bodů, tedy k vytváření obrázků. mají také rastrový formát. Proto jsou obrázky GRID snadno a rychle odesílány do takových zařízení, protože pro počítače je snadné provádět výpočty reprezentující jednotlivé čtverce pravidelné sítě výšek pomocí bodů nebo obrazových pixelů výstupních zařízení.

Model GRID umožňuje díky své rastrové struktuře „vyhladit“ modelovaný povrch a vyhnout se ostrým hranám a výstupkům. Ale to je také „mínus“ modelu, protože Při modelování reliéfu horských oblastí (zejména mladých - například alpské vrásnění) s množstvím strmých svahů a špičatých vrcholů je možná ztráta a „rozmazání“ strukturálních linií reliéfu a zkreslení celkového obrazu. V podobné případy je vyžadováno zvýšení prostorového rozlišení modelu (rozteč elevační mřížky), což je spojeno s prudkým nárůstem množství paměti počítače potřebné k uložení DEM. Obecně platí, že modely GRID mají tendenci zabírat více místa na disku než modely TIN. Pro urychlení zobrazování velkoobjemových digitálních modelů terénu se používají různé metody, z nichž nejoblíbenější je konstrukce tzv. pyramidálních vrstev, které umožňují využívat různé úrovně detailů obrazu v různých měřítcích. Model GRID je tedy ideální pro zobrazení geografických (geologických) objektů nebo jevů, jejichž charakteristiky se plynule mění v prostoru (reliéf rovinatých oblastí, teplota vzduchu, atmosférický tlak, tlak v ropných nádržích atd.). Jak bylo uvedeno výše, nedostatky modelu GRID se projevují při modelování reliéfu mladých horských útvarů. Obzvláště nepříznivá situace při použití pravidelné sítě nadmořských výšek nastává, pokud se v modelovaném území střídají rozsáhlé zarovnané oblasti s oblastmi říms a útesů, které mají prudké změny nadmořské výšky, jako např. v širokých rozvinutých údolích velkých nížinných řek ( Obr. 7). V tomto případě bude na většině simulovaného území existovat „nadbytečnost“ informací, protože Uzly mřížky GRID na plochých plochách budou mít stejné hodnoty výšky. Ale v oblastech strmých reliéfních říms může být velikost rozteče výškové mřížky příliš velká, a tudíž prostorové rozlišení modelu může být nedostatečné pro vyjádření „plastičnosti“ reliéfu.

Rýže. 1.2.7. Fragment trojrozměrného modelu reliéfu Tomského údolí (červená šipka ukazuje římsu druhé nadlužní terasy na levém břehu, vysoká římsa na pravém břehu je svah meziříční pláně). Vertikální měřítko je pětkrát větší než horizontální.

Model TIN takové nedostatky nemá. Vzhledem k tomu, že se používá nepravidelná síť trojúhelníků, jsou ploché plochy modelovány malým počtem obrovských trojúhelníků a v oblastech strmých říms, kde je nutné detailně zobrazit všechny hrany reliéfu, je plocha zobrazena četnými malými trojúhelníky (obr. 8). To vám umožní efektivněji využívat RAM počítače a zdroje trvalé paměti k uložení modelu.

Rýže. 1.2.8. Nepravidelná síť trojúhelníků.

Nevýhody TIN zahrnují vysoké náklady počítačové prostředky pro zpracování modelu, což výrazně zpomaluje zobrazení DEM na obrazovce monitoru a tisk, protože to vyžaduje rastrování. Jedním z řešení tohoto problému by bylo zavedení „hybridních“ modelů, které kombinují dělicí čáry TIN a metodu zobrazování běžných bodů. Další významnou nevýhodou modelu TIN je „terasový efekt“, vyjádřený ve vzhledu takzvaných „pseudotrojúhelníků“ - plochých oblastí v evidentně nemožné geomorfologické situaci (například podél spodní linie údolí ve tvaru V) (obr. 9).

Jedním z hlavních důvodů je malá vzdálenost mezi body digitálního záznamu vrstevnic ve srovnání se vzdálenostmi mezi vrstevnicemi samotnými, což je typické pro většinu typů reliéfů v jejich kartografickém zobrazení.

Rýže. 1.2.9. „Terasový efekt“ v údolích malých řek, ke kterému dochází při vytváření TIN na základě vrstevnic bez zohlednění strukturálních linií reliéfu (v tomto případě hydraulické sítě).

3 Metody a metody tvorby DEM

Od doby, kdy se objevily první mapy, se kartografové potýkají s problémem zobrazení trojrozměrného terénu na dvourozměrné mapě. K tomu byly vyzkoušeny různé metody. Na topografických mapách a plánech byl reliéf zobrazen pomocí vrstevnic - linií stejné výšky. Na obecně geografických a fyzických mapách byl reliéf stínovaný (stínovaný), případně byla určité výšce terénu přiřazena barva odpovídající tonality (výškové měřítko). V současné době s příchodem digitálních map a plánů se zvyšuje rychlost počítačové vybavení objevují se nové možnosti reprezentace terénu. Trojrozměrná vizualizace modelu reliéfu je stále populárnější, protože umožňuje i profesionálně neškoleným lidem udělat si o reliéfu celkem ucelený obrázek. Moderní technologie trojrozměrné vizualizace umožňují „dívat se“ na terén z jakéhokoli bodu v prostoru, z jakéhokoli úhlu a také „létat“ nad terénem.

Od vývoje informačních systémů a technologií a také od rozvoje družicového průmyslu se objevily různé metody a metody, které umožňují konstruovat DEM. Existují dva zásadně odlišné způsoby získávání dat pro konstrukci digitálních výškových modelů.

První metodou jsou metody dálkového průzkumu Země a fotogrammetrie. Mezi takové způsoby vytváření DEM patří metoda radarové interferometrie. Je založen na využití fázové složky radarového signálu odraženého od zemského povrchu. Přesnost rekonstrukce DEM pomocí interferometrické metody je několik metrů a liší se v závislosti na charakteru terénu a úrovni šumu signálu. Pro hladký povrch a pro interferogram Vysoká kvalita Přesnost rekonstrukce reliéfu může dosahovat několika desítek centimetrů. Existuje také metoda pro stereoskopické zpracování radarových dat. Aby modul fungoval, je nutné mít dva radarové snímky pořízené pod různými úhly paprsku. Přesnost rekonstrukce DEM pomocí stereoskopické metody závisí na velikosti prvku prostorového rozlišení obrazu. Technologie vzdušného laserového skenování (ALS) je nejrychlejší, nejúplnější a nejspolehlivější způsob sběru prostorových a geometrických informací o těžko dostupných (mokřadech a zalesněných) oblastech. Metoda poskytuje přesné a podrobné údaje jak o terénu, tak o situaci. Technologie VLS dnes umožňuje rychle získat kompletní prostorové a geometrické informace o terénu, vegetačním krytu, hydrografii a všech pozemních objektech v průzkumném území.

Druhou metodou je konstrukce modelů reliéfu interpolací digitalizovaných izolinií z topografických map. Tento přístup také není nový, má své silné stránky a slabé stránky. Mezi nevýhody patří pracnost a někdy nedostatečně uspokojivá přesnost modelování. Navzdory těmto nedostatkům však lze tvrdit, že digitalizované topografické materiály zůstanou jediným zdrojem dat pro takové modelování ještě několik let.

4 Národní a globální DEM

Veřejná dostupnost dat a technologií pro konstrukci DEM umožňuje mnoha zemím vytvářet národní modely pomoci používané pro osobní potřeby země, příkladem takových zemí jsou USA, Kanada, Izrael, Dánsko a některé další země. Spojené státy americké jsou jedním z lídrů ve vytváření a používání DEM. V současné době národní služba topografického mapování, U.S. Geological Survey, produkuje pět datových sad představujících formát DEM (Digital Elevation Model) a lišících se technologií, rozlišením a prostorovým pokrytím. Dalším příkladem úspěšné zkušenosti národního DEM je dánský DEM. První digitální výškový model Dánska byl vytvořen v roce 1985, aby vyřešil problém optimálního umístění síťových překladačů mobilní komunikace. Digitální výškové modely ve formě výškových matic jsou obsaženy v základních souborech prostorových dat téměř všech národních a regionálních SID (data prostorových informací). Při současné úrovni technologického rozvoje dosahuje rozteč elevační mřížky v národních DEM 5 m. DEM s podobným prostorovým rozlišením jsou plně připraveny nebo budou připraveny v blízké budoucnosti pro tak velká území, jako je Evropská unie a USA. Vhodnost u nás zavedeného omezení detailu reliéfu se ztrácí v podmínkách, kdy na světovém trhu lze zakoupit volně distribuovaný globální ASTGTM DEM s roztečí elevačního rastru cca 30 m (jedna oblouková sekunda). Kromě toho se očekává, že rozlišení veřejně dostupných DEM se bude neustále zvyšovat. Jako možné dočasné řešení problému se navrhuje zachovat utajení nejpodrobnějšího základního DEM a volně distribuovat méně podrobné DEM vytvořené na základě základního; postupně snižujte práh soukromí DEM v závislosti na přesnosti zobrazení reliéfu a oblasti oblasti, kterou pokrývá.

2. Data SRTM

radarová topografická mise (SRTM) - Radarový topografický průzkum většiny zeměkoule, s výjimkou nejsevernějších (>60), nejjižnějších zeměpisných šířek (>54), a také oceánů, prováděný během 11 dnů v únoru 2000 pomocí speciální radarový systém z opakovaně použitelného raketoplánu. Dva radarové senzory SIR-C a X-SAR shromáždily více než 12 terabajtů dat. Za tuto dobu bylo pomocí metody zvané radarová interferometrie shromážděno obrovské množství informací o topografii Země, jejich zpracování pokračuje dodnes. Výsledkem průzkumu byl digitální model reliéfu 85 procent zemského povrchu (obr. 9). Určité množství informací je ale uživatelům k dispozici již nyní. SRTM- mezinárodní projekt, vedená Národní geoprostorovou zpravodajskou agenturou (NGA), NASA, Italskou vesmírnou agenturou (ASI) a Německým vesmírným střediskem.

Rýže. 2.1. Schéma pokrytí území Země průzkumem SRTM.

1 Verze a datová nomenklatura

Data SRTM existují v několika verzích: předběžné (verze 1, 2003) a konečné (verze 2, únor 2005). Finální verze prošla dodatečným zpracováním, zvýrazněním pobřeží a vodních ploch a filtrováním chybných hodnot. Data jsou distribuována v několika verzích – mřížka s velikostí buňky 1 úhlová vteřina a 3 úhlové vteřiny. Pro Spojené státy jsou k dispozici přesnější jednosekundové údaje (SRTM1), pro zbytek zemského povrchu jsou k dispozici pouze třísekundové údaje (SRTM3). Datové soubory mají matici 1201 ´ 1201 (nebo 3601 ´ 3601 pro jednosekundovou verzi) hodnot, které lze importovat do různých mapovacích programů a geografických informačních systémů. Kromě toho existuje verze 3, distribuovaná jako soubory ARC GRID, stejně jako formát ARC ASCII a Geotiff, 5 čtverců ´ 5 v datu WGS84. Tato data získala CIAT z původních dat o nadmořské výšce USGS/NASA zpracováním za účelem vytvoření hladkých topografických povrchů a také interpolací oblastí, kde původní data chyběla.

Datová nomenklatura je vytvořena tímto způsobem, název datového čtverce verzí 1 a 2 odpovídá souřadnicím jeho levého dolního rohu, například: N45E136, kde N45 je 45 stupňů severní šířky a E136 je 136 stupňů východní délky , písmena (n) a (e) v souboru názvu označují severní a východní polokouli Název datového čtverce zpracovávané verze (CGIAR) odpovídá čtvercovému číslu v poměru 72 čtverců horizontálně (360 /5) a 24 čtverců vertikálně (120/5). Například: srtm_72_02.zip /zcela vpravo, jeden z horních čtverců. Požadovaný čtverec můžete určit pomocí rozložení mřížky (obr. 11.).

Obr.2.1.1. Diagram pokrytí SRTM4.

2 Posouzení přesnosti dat SRTM

Veřejně dostupné jsou hodnoty výšek v rozích buňky o rozměrech 3 x 3. Přesnost výšek je uváděna ne menší než 16 m, ale typ hodnocení této hodnoty - průměr, maximální, kořenový průměr čtvercová chyba (RMS) - není vysvětlena, což není překvapivé, protože pro přísné posouzení přesnosti jsou vyžadovány buď referenční hodnoty výšky přibližně stejného stupně pokrytí, nebo přísná teoretická analýza procesu získávání a zpracování dat. V tomto ohledu byla analýza přesnosti SRTM DEM provedena více než jedním týmem vědců z různých zemí světa. Podle A.K. Výšky Corveula a I. Eviaka SRTM mají chybu, která je pro rovinatý terén v průměru 2,9 m a pro kopcovitý terén - 5,4 m. Navíc značná část těchto chyb zahrnuje systematickou složku. Podle jejich zjištění je výšková matice SRTM vhodná pro konstrukci vrstevnic na topografických mapách v měřítku 1:50000. V některých oblastech však výšky SRTM svou přesností přibližně odpovídají výškám získaným z topografické mapy v měřítku. 1:100000 a lze jej také použít k vytváření ortofotomap ze satelitních snímků vysoké rozlišení, pořízeno s mírným úhlem odchylky od nadir.

2.3 Použití dat SRTM k řešení aplikovaných problémů

Data SRTM mohou řešit různé aplikované problémy různého stupně složitosti, například: pro jejich použití při konstrukci ortofotomap, pro posouzení složitosti připravovaných topografických a geodetických prací, plánování jejich realizace a mohou také poskytnout pomoc při návrhu umístění profilů a jiných objektů ještě před provedením topografických průzkumů získaných z výsledků radarových průzkumů SRTM lze výškové hodnoty terénních bodů využít k aktualizaci topografických podkladů území, kde nejsou k dispozici údaje z podrobných topografických a geodetických prací. Tento typ dat je univerzálním zdrojem pro modelování zemského povrchu, především pro konstrukci digitálních modelů terénu a digitálních modelů terénu, ale problematika použitelnosti radarových dat o nadmořské výšce SRTM jako alternativy ke standardním metodám pro konstrukci digitálního modelu terénu a reliéfu, je velmi důležitá. podle našeho názoru by měly být řešeny v každém případě individuálně, v závislosti na daném úkolu, vlastnostech reliéfu a požadované přesnosti výškové reference.

3. Aplikace SRTM při vytváření geoobrazů

1 Koncepce geoobrazů

Pokrok v geoinformačním mapování, dálkovém průzkumu Země a prostředcích porozumění okolnímu světu. Fotografování v jakémkoli měřítku a rozsahu, s různým prostorovým pokrytím a rozlišením se provádí na zemi i v podzemí, na hladině oceánů i pod vodou, ze vzduchu i z vesmíru. Celé množství map, fotografií a dalších podobných modelů lze popsat jedním obecným pojmem - geoobraz.

Geoobraz je jakýkoli časoprostorový, ve velkém měřítku zobecněný model pozemských nebo planetárních objektů nebo procesů, prezentovaný v grafické podobě.

Geoobrazy představují vnitřek Země a její povrch, oceány a atmosféru, pedosféru, socioekonomickou sféru a oblasti jejich vzájemného působení.

Geoobrazy jsou rozděleny do tří tříd:

Ploché nebo dvourozměrné - mapy, plány, anamorfózy, fotografie, fotografické plány, televize, skenery, radary a další vzdálené obrázky.

Objemové, neboli trojrozměrné - anaglyfy, reliéfní a fyziografické mapy, stereoskopické, blokové, holografické modely.

Dynamické trojrozměrné a čtyřrozměrné - animace, kartografické, stereokartografické filmy, filmové atlasy, virtuální obrazy.

Mnohé z nich vstoupily do praxe, další se objevily nedávno a další jsou stále ve vývoji. V tomto kurzu jsme tedy vytvořili dvourozměrné a trojrozměrné geoobrazy.

3.2 Konstrukce digitálního modelu reliéfu pro území Saratova

a Engel kraj

Nejprve si stáhneme veřejná data SRTM dodatečného zpracování verze 2 na internetovém portálu otevřeném pro každého uživatele sítě (#"justify">Poté otevřeme stažený fragment v programu Global Mapper, vybereme funkci „Soubor“), dále „Export rastrových a výškových dat“ - „Export Dem“ (obr. 12), tato série operací byla provedena za účelem převedení stažených dat do formátu DEM, který je čitelný programem Vertical Mapper, ve kterém bude model vytvořen být postaven.

Obr.3.2.1. Export souboru do formátu DEM pomocí programu Global Mapper [provedl autor].

Po exportu dat otevřete program Vertical Mapper, ve kterém vyrábíme další akce- Vytvořit mřížku - Importovat mřížku (obr. 13).

Rýže. 3.2.2. Vytvoření modelu Grid v programu Vertical Mapper [provedl autor].

Pomocí těchto funkcí vytváříme GRID model, se kterým následně autor provedl všechny operace k vytvoření DEM pro území Saratovské oblasti, k vytvoření izolinií a trojrozměrného modelu reliéfu.

Závěr

Digitální výškový model je důležitou modelovací funkcí v geografických informačních systémech, protože umožňuje řešit problémy konstrukce modelu reliéfu a jeho použití. Tento typ výrobku je plně trojrozměrným zobrazením skutečného terénu v době zaměření, a tím umožňuje řešit řadu aplikovaných problémů: stanovení libovolných geometrických parametrů reliéfu, sestavení příčných profilů; provádění projektových a průzkumných prací; sledování dynamiky terénu. Kromě toho se DEM široce používají k vizualizaci území ve formě trojrozměrných obrázků, čímž poskytují příležitost ke konstrukci virtuálních modelů terénu (VTM).

Relevance tématu práce v kurzu je dána rozšířenou potřebou geografického výzkumu reliéfních dat v digitální podobě, vzhledem k rostoucí úloze geografických informačních technologií při řešení různých problémů, potřebě zlepšit kvalitu a efektivitu metod pro vytváření a používání digitálních výškových modelů (DEM) a zajištění spolehlivosti vytvořených modelů.

V současné době existuje několik hlavních zdrojů dat pro konstrukci digitálních výškopisných modelů - jedná se o interpolaci digitalizovaných vrstevnic z topografických map a metodu dálkového průzkumu Země a fotogrammetrie. Metoda dálkového průzkumu Země nabývá na síle při řešení mnoha geografických problémů, jako je vytváření reliéfu z dat družicového radarového snímání Země. Jedním z produktů radarového snímání Země jsou veřejně dostupná a volně distribuovaná data SRTM (Shuttle radar topographic mission), dostupná na většině zeměkoule s modelovým rozlišením 90 m.

V průběhu psaní seminární práce byl vybudován digitální model reliéfu pro území regionů Saratov a Engel, čímž byly vyřešeny konstrukční úkoly a prokázána možnost vytvoření DEM pomocí dat SRTM.

reliéfní digitální radarový geoobraz

Seznam použitých zdrojů

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitální výškové modely. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, podepsáno k vydání 15. prosince 2007. Náklad 200 výtisků.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. "Reliéfní morfologie." Moskva: Vědecký svět. 2004

B.A. Novákovský, S.V. Prasolov, A.I. Prasolová. "Digitální modely reliéfu skutečných a abstraktních geopolí." Moskva: Vědecký svět. 2003

TAK JAKO. Samardak "Geografické informační systémy". Vladivostok FEGU, 2005 - 124 s.

Geoprofi [Elektronický zdroj]: časopis o geodézii, kartografii a navigaci / Moskva. - Elektronický časopis. - Režim přístupu: #"justify">. Oblasti použití GIS [Elektronický zdroj]: databáze. - Režim přístupu:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. Spojený ústav geologie, geofyziky a mineralogie sibiřské pobočky Ruské akademie věd, Novosibirsk. Z materiálů mezinárodní konference „Interkarto - 6“ (Apatity, 22.-24. srpna 2000).

Asociace GIS [Elektronický zdroj]: databáze. - Režim přístupu: #"justify">. Asociace GIS LAB [Elektronický zdroj]: databáze. - Režim přístupu: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Bezešvá data SRTM s dírou V3, Mezinárodní centrum pro tropické zemědělství (CIAT)

11. A. M. Berlyant, A. V. Vostoková, V.I. Kravtsová, I.K. Lurie, T.G. Svatková, B.B. Serapinas "Kartologie". Moskva: Aspect Press, 2003 - 477 s.