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 nejvyšší kvalita vytvářet digitální modely povrchu pomocí 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 povrchový model tradičně reprezentované ve formě hodnot v uzlech pravoúhlé pravidelné mřížky, 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 oblasti (v uzlech nepravidelné mřížky), s použitím interpolačních algoritmů pro dvourozměrné funkce;
• · 2) výpočet hodnot funkce specifikované uživatelem explicitně. Část Surfařské programy zahrnuje 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). Pro takové karty se používají 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. V tomto případě pro zobrazení číselné hodnoty 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 vrty a uložte soubor „střecha“ ve formátu DAT (sloupec A - zeměpisná délka, sloupec B - zeměpisná šířka, sloupec C - hloubka střechy, sloupec D - číslo vrtu, sloupec C - typ vrtu: výroba s třímístným číslem číslo, 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-2): Principy práce s Golden Software Surfer

Studna " Metody matematického modelování v geologii"

Golden Software Surfer je přední světový software pro vytváření prostorových modelů numerických proměnných, jako jsou geofyzikální nebo geochemické hodnoty polí atd. Tato kapitola vám pomůže začít s programem, vyhnout se typické chyby nováček.

PRAXE

Úvod do programu Surfer od Golden Software

Účel softwaru v kostce: sestavit mapu číselného parametru v požadovaném měřítku (v libovolném externím provedení - body, izočáry, barevné přechody, jako 3D povrch, jako vektorové pole) a uspořádat ji pro prezentaci.

Co program NEDĚLÁ: Surfer je program pro konstrukci digitálních modelů povrchů v daném parametru. Není vhodný pro „malování“ území, tzn. vytvořit mapu zobrazující relativní polohy bodových, liniových a plošných objektů, jako je kresba (tj. geografické, politické a jiné podobné mapy). K vytvoření takových map je nutný další software (ArcInfo, MapInfo atd.).

JAKÝ JE SURFER? Sada nástrojů programu se skládá ze dvou částí: (1) matematická část- pro vytváření a analýzu mapy povrchu - jedinečný výkonný program, který má analogy (např. Oáza); (2) designová část podobně jako jakýkoli program pro tvorbu vektorová grafika, který umožňuje vytvářet čáry a další objekty a poté je individuálně upravovat (návazci v tomto poli jsou Corel Draw, Adobe Illustrator), co se týče kresby, je Surfer samozřejmě horší než speciální grafické balíčky, protože je vytvořen jako carto grafický software, nejen grafika

Spusťte program Surfer a seznamte se s logikou jeho fungování.

Soubor projektu Surfer (přípona *.SRF) se skládá ze sady umístěných objektů na vytištěném listu(standardně velikost A4, jeho obrysy jsou vyznačeny v okně Surfer). Objekty lze vybírat myší a operace s nimi prováděné jsou podobné běžným akcím ve vektorovém grafickém programu (zmenšení, přesun, změna vlastností). Jednotlivé objekty mohou být součástí skupin. Jakákoli mapa musí být zařazena do skupiny Typ mapy, kterému je přiřazena souřadnicová síť společná pro všechny objekty v této skupině.

Poznámka: pokud jednoduše nakreslíte grafický objekt (čáru, obdélník atd.), bude umístěn na vytištěný list, ale nebude mít odkaz na souřadnice kartu, i když je na ni nakreslena, protože nebude vázán na zeměpisné souřadnice. Pokud potřebujete mít k souřadnicím připojenou čáru nebo mnohoúhelník, musíte vytvořit objekt cesty ("tah") pomocí příkazu Základní mapa a poté jej přidejte do skupiny Mapa odpovídající mapy.

V levý horní roh Nachází se okno pro surfaře Správce objektů , který umožňuje sledovat pořadí, ve kterém jsou objekty zobrazeny na obrazovce a při tisku (ve správci shora dolů objekty následují jako vrstvy, resp. se při zobrazení na obrazovce nebo vytištěném listu vzájemně blokují).

Chcete-li SPRÁVNĚ PRACOVAT S PROJEKTEM, musíte mít na paměti následující:

a) každému objektu (který ve výchozím nastavení obdrží abstraktní název jako „Linie“ nebo „Mapa“) dejte HNED PO VYTVOŘENÍ jasný název kliknutím na název myší, například „Outline of Works 2013“ ​​- např. obrys území, „lgCu“ - pro mapu pomocí logaritmů obsahu atd. V opačném případě vás ujišťuji, že počet objektů, které si nevšimnete, bude tak obrovský a názvy objektů stejného typu budou stejné, že budete v projektu úplně zmatení.

b) Uspořádat vrstvy ve správném pořadí - ty objekty, které by měly být zobrazeny na obrazovce nebo vytištěny na ostatní, musí být přetáhněte myší na začátek seznamu správce objektů.

PROTI) Každá nová karta, i když je vytvořen pomocí společné databáze, je přidán do projektu jako nezávislý objekt, i když při vytvoření skončí na stejném místě na listu. Myší tyto karty lze přesunout a umístit vedle sebe. Někdy je to nutné - například tisknout mapy vedle sebe v izočarách, řekněme pro měď a zinek. Pokud ale potřebujete mapy zkombinovat – například vykreslit body na mapě faktů v liniích, je třeba tyto mapy spojit do jedné, přetažením kteréhokoli z nich do skupiny Mapa , kde se nachází druhá karta. Zároveň skupina Mapa první karta (pokud neobsahovala nic jiného) zmizí a nová skupina Mapa bude obsahovat dvě mapy jako dvě sousední vrstvy. Když se objekt zobrazí, můžete jej přetáhnout myší ukazatel vodorovné šipky. V tuto chvíli můžete pustit myš a objekt „přistane“ v místě, kam ukazovala šipka. Pokud přetáhnete objekt tam, kde to není povoleno, bude ukazatel vypadat jako zákazová dopravní značka.

d) Pokud nepotřebné předměty překážejí prohlížení (nebo je nechcete tisknout), zrušte zaškrtnutí políčka nalevo od názvu objektu a zmizí. Je to tak pohodlné změnit a zobrazit mapu v osamoceních podél různé parametry, protože odvolat lze vždy jen jeden.

V levý dolní roh Nachází se okno pro surfaře Správce vlastností objektu , pokud je nějaký objekt aktuálně aktivní, tzn. zvýrazněné myší. Správce vlastností kombinuje na kartách a seskupuje všechny parametry objektu, které lze změnit, od geografické polohy přes souřadnice až po barvu, texturu čáry atd. Kromě Správce lze některé vlastnosti upravovat pomocí ovládací panely Poloha/velikost(umístění na listu vzhledem k levému hornímu rohu tištěného listu, výška a šířka objektu).

Kartografické nástroje pro vytváření, úpravu a analýzu povrchů jsou shromážděny v nabídce Mřížka. Jeho příkazy obsahují celou škálu nástrojů od tabulkového editoru až po matematické moduly pro vytváření a zpracování gridových souborů ("grids" - soubory ve formátu *.GRD). Tyto schopnosti a jejich nejdůležitější vlastnosti jsou popsány v kapitole „Vytvoření souboru mřížky“ a „Výběr matematického modelu, kraiging a variogram“.

Hlavní složkou Surfer je sada mapovacích nástrojů, tj. příkazy pro zobrazení připravených ploch ("sítě"). Ty hlavní jsou shromážděny v nabídce Mapa - Nový a částečně duplikované v panelu nástrojů Mapa.

V případě potřeby vám Surfer umožní spustit vestavěný tabulkový editor (Jídelní lístek Mřížka - Data). Pomocí tohoto příkazu můžete otevřít Excel soubor nebo jinou tabulku a data znovu uložte do Surferova nativního formátu *.DAT, což je vlastně textový soubor s oddělovači sloupců. Vestavěný editor se samozřejmě nedá srovnávat s možnostmi „proprietárního“ softwaru pro správu tabulek, jako je např. Microsoft Excel , OpenOffice Calc atd., takže to nedoporučuji používat. Pracovat s soubory DAT má smysl pouze v krajním případě nebo pokud jsou zdrojové datové tabulky již předem připraveny ve formátu DAT. V typické situaci uživatel pracuje s daty vytvořenými v tabulkovém procesoru ve formátu *.XLS, které přímo zpracovávají všechny moduly Surfer pro tvorbu povrchů a map.

Zmiňme důležité panely nástrojů.

Panel nástrojů Pohled(View) obsahuje tlačítka pro změnu měřítka, pomocí kterých můžete pohodlně jedním kliknutím měnit velikost prohlížené oblasti a také měnit měřítko a přesouvat objekty.

Panel nástrojů Mapa(Mapa) obsahuje všechna hlavní tlačítka pro tvorbu map, která urychlují vaši práci, protože... eliminuje potřebu výběru z nabídky Mapa - Nový.

Pro kreslení jsou na panelu shromážděny grafické nástroje Výkres(Kreslit): Tlačítka pro zadávání textu, mnohoúhelník, křivka, symbol, standardní tvary (obdélník, zaoblený obdélník, elipsa), hladká křivka (tj. Bezierova křivka založená na kotevních bodech) a nástroj pro úpravu kotevních bodů (podobný stejnému nástroji v Corel Draw a podobný software pro vektorovou grafiku). Obecná forma všechny panely jsou znázorněny na obrázku na konci stránky.

Nezapomeňte také nakonfigurovat jednotka měření: Ve výchozím nastavení vyberte centimetry místo palců (nabídka Nástroje - Možnosti, další sekce životní prostředí - Výkres, pole Jednotky stránky).

A nakonec to nejdůležitější: tvar výsledné mapy. Není žádným tajemstvím, že ne každý má po ruce program Surfer, takže konečná podoba karty musí odpovídat obecně uznávanému formátu. V našem případě by nejlepší možností bylo exportovat mapu do souboru rastrová grafika formát JPEG. Před exportem je potřeba zkontrolovat vnější vzhled projektu, ujistit se, že jsou vrstvy správně umístěny, vypnout nepotřebné vrstvy ve správci objektů a nezapomenout napsat všechny potřebné nadpisy a komentáře. Poté vyberte všechny objekty a seskupte je (není to nutné, ale není to v žádném případě škodlivé pro ochranu před náhodným posunutím objektů vůči sobě). Export se provádí přes menu Soubor - Export, stisknutím Ctrl+E nebo pomocí speciálního tlačítka na panelu nástrojů. Surfer standardně nabízí export do formátu *.BLN, změňte jej na *.JPG. V dalším okně můžeme upravit rozlišení výsledného obrázku (výchozí je 300 dpi, často je vhodné 200 dpi, což šetří velikost souboru). V okně Možnosti exportu je karta Možnosti JPEG, kde si můžete vybrat požadovaný stupeň komprese (nenechte se unést a překomprimujte obrázek, nezapomeňte zkontrolovat kvalitu výsledku na příkladu nejmenších nápisů a ikon). To je vše!

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 výškové modely (DEM) jsou 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 trojrozměrné zobrazení skutečného terénu v době průzkumných prací, což umožňuje jeho použití k řešení různých aplikovaných problémů, např. geometrické parametry reliéf, konstrukce průřezových 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 trojrozměrných matematických modelů, které představují reliéf skutečných i abstraktních povrchů.

1 Historie vzniku DEM

Obraz reliéfu je pro lidi dlouhodobě zajímavý. Na nejstarších mapách byly velké reliéfy zobrazeny 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 dalším oblíbeném programu 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.

Mezi „nevýhody“ TIN patří vysoké náklady na počítačové zdroje 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). Aktuálně s adventem digitální karty a plány, zvýšení výkonu 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 kvalitní interferogram může přesnost rekonstrukce reliéfu 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 je mezinárodní projekt vedený National Geospatial Intelligence Agency (NGA), NASA, Italian Space Agency (ASI) a German Space Center.

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.

), 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 až do roku 1995 nadále podporovala: prodejem licencovaných kopií, poradenstvím atd. Takový ohleduplný přístup k uživateli (prodej toho, co klient potřebuje, a nepracovat na principu „vezmi si, co máš“), musíte souhlasit, 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 přírodních dat), které zpravidla nelze přesně popsat matematický model, tato funkce je 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 implementuje velkou sadu dalších nástrojů pro transformaci 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 textový soubor(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;
• otevřít nový dokument výkresu 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")

(klávesa /x označuje nutnost automatického spuštění programu task.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 snímky založené na různých typech map (Vrstevnicová mapa, Stínovaná reliéfní mapa, Postová mapa, Obrazová mapa) 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

FEDERÁLNÍ AGENTURA PRO VZDĚLÁVÁNÍ STÁTNÍ VZDĚLÁVACÍ INSTITUCE

VYŠŠÍ ODBORNÉ VZDĚLÁNÍ "VORONEŽSKÁ STÁTNÍ UNIVERZITA"

K.Yu Silkin

GEOINFORMAČNÍ SYSTÉM

Golden Software Surfer 8

Vzdělávací a metodická příručka pro vysoké školy

Vydavatelské a tiskové středisko Voroněžské státní univerzity

Recenzent I.Yu. Antonova

Tréninkový manuál popisuje hlavní funkce geografického informačního systému Golden Software Surfer 8. Čtenáři jsou vyzváni, aby si prostudovali teoretické body, na nichž je tento systém založen, a samostatně je aplikovali v praxi. S pomocí této příručky se můžete naučit, jak provést přechod od nerovnoměrně distribuovaných dat k digitálním modelům povrchu, sestavit různé typy map a extrahovat data z Dodatečné informace, není zcela zřejmé při vizuální analýze obrázků.

Vzdělávací a metodická příručka byla zpracována na katedře geofyziky Geologické fakulty Voroněžské státní univerzity.

Pro specializaci: 020302 – Geofyzika

ÚVOD........................................
ZÁKLADNÍ POJMY...................................
I. ZÁKLADY PRÁCE SE SURFEREM..................
I.1. PRVNÍ START SURFERA ................................................ ......................................
I.2. REŽIM PLOT-DOCUMENT ................................................. ......................................
I.3. VYTVÁŘENÍ DAT XYZ ................................................... ......................................
I.3.A. Otevření existujícího souboru s daty XYZ......
I.3.B. Vytvoření nového souboru s daty XYZ............................................ .........
I.3.C. Uložení souboru s daty XYZ............................................ ........
I.4. S VYTVOŘENÍ SOUBORU GRID.................................................................
II. VYTVÁŘENÍ GRIDMAPA................................................................ ..............
II.1. KONTUROVÁ MAPA ................................................ ...................................
II.1.A. Vytvoření vrstevnicové mapy ................................................ ......................................
II.1.B. Uložení mapy ................................................ .............................................
II.1.C. Použití Správce objektů ................................................................ ..........
II.1.D. Změna úrovní obrysu ................................................ ...........
II.1.E. Změna parametrů obrysové čáry ................................................................ .....
II.1.F. Přidání barevné výplně mezi čáry obrysu.........
II.1.G. Přidávání, odebírání nebo přesouvání obrysových štítků.........
II.1.H. Změna parametrů osy ................................................................ ...................................
II.2. MAPA RÁMU ................................................ ...................................................
II.3. TVAROVANÁ MAPA ................................................ ....................................................
II.4. NA UMĚNÍ S RELIÉFEM STÍNŮ.................................................................
II.5. VEKTOROVÁ MAPA ................................................ ...................................................
II.6. T ROZMĚROVÝ POVRCH....................................................................
II.7. T BODOVÁ KARTA A PŘEKRÝVKY...................................................................
II.7.A. Vytvoření bodové mapy ................................................................ ......................................
II.7.B. Vytvoření překryvné vrstvy ................................................................ ....................................
II.7.C. Přidání štítků do bodové mapy v překryvné vrstvě................................................ .........

III. DIGITALIZACE RASTROVÝCH MAP............................................................ ...........
III.1. TVORBA MAPY - ZÁKLADY ................................................ ......................................
III.2. DIGITIZACE MAPY - ZÁKLADY ................................................ ......................
IV. KONSTRUKCE MŘÍŽKY ................................................................ ..............................
IV.1. O PŘEHLED METOD KONSTRUKCE MŘÍŽKY....................................................
IV.2. S VYTVOŘENÍ SOUBORU GRID..............................................................
IV.3. S ŽEHLENÍ SÍTĚ............................................................................
IV.3.A. Spline vyhlazování ................................................ ...............
IV.3.B. Prostorové filtrování dolní propusti................................................
IV.4. P KONSTRUKCE MŘÍŽKY FUNKCÍ.........................................................
IV.5. M ATEMATICKÉ TRANSFORMACE...................................................
IV.6. M ATEMATICKÝ POČET..........................................................
IV.7. B MESH LANDING.........................................................................
IV.8. P STAVBA PROFILOVÝCH LINIE..............................................................
V. PŘIHLÁŠKY................................................................ .................................................................... .
V.1. PROVOZ ................................................................ .................................................................... ..........
V.1.A. Aritmetické operace ................................................................ ... ........
V.1.B. Logické operace ................................................................ ...............
V.2. S STANDARDNÍ FUNKCE........................................................................
V.2.A. Matematické funkce ................................................................ ...............
V.2.B. Sekundární funkce ................................................ ........
V.2.C. Statistické funkce ................................................ ...............
V.3. P PŘÍKLADY POUŽITÍ FUNKCÍ....................................................

ÚVOD

Geografický informační systém Golden Software Surfer 8 je v současnosti průmyslovým standardem pro vykreslování funkcí dvou proměnných. Existuje jen málo podniků v geofyzikálním průmyslu, které nepoužívají Surfer ve své každodenní praxi mapování. 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 Kriege je ideální pro prezentaci dat ve všech geovědách.

O tomto programu však neexistuje žádná literatura a je v něm napsána vestavěná nápověda Surfer anglický jazyk. V tomto ohledu to většina uživatelů zvládá sama, metodou pokus-omyl. Tento přístup vám neumožňuje seznámit se na dostatečné úrovni s polovinou všech možností programu.

Potřeba napsat plnohodnotný, ale kompaktní manuál o Surferu pro studenty geofyziky je již dlouho velmi naléhavá. Navrhovaná práce je pokusem vyplnit vakuum, které je v současnosti pozorováno kolem Surferu.

Manuál obsahuje teoretický materiál nezbytný pro zvládnutí programu, jakož i praktické úkoly pro nezávislou realizaci.

Autor děkuje studentům geofyziky Geologické fakulty Voroněžské státní univerzity (2002–2003), kteří manuál vyzkoušeli z vlastní zkušenosti a pomohli k jeho pohodlnějšímu použití: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrievtseva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrniková, T.N. Trepalina, T.A. Chebotarev, S.P. Shatskikh, stejně jako T.B. Silkinovi za pomoc při přípravě publikace.

ZÁKLADNÍ POJMY

Malá americká společnost Golden Software, pojmenovaná podle města Golden v Coloradu, kde sídlí, 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 byl tento balíček nazván Surfer. Autorem Surferu a zakladatelem společnosti byl postgraduální student hydrogeolog na americké univerzitě.

Navzdory poměrně silné konkurenci jsou programy 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.

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) povrchová vizualizace.

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) podle počátečních dat specifikovaných v libovolných bodech oblasti (v uzlech nepravidelné mřížky) pomocí interpolačních algoritmů pro dvourozměrné funkce;

2) výpočet hodnot funkce výslovně zadané uživatelem. Program Surfer obsahuje poměrně širokou škálu funkcí – trigonometrické, Besselovy, exponenciální, statistické a některé další;

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 například jako výsledek numerického modelování.

Balíček Surfer nabízí svým uživatelům několik interpolačních algoritmů: Kriging, Obrácený vzdálenostní stupeň(Inverzní

Vzdálenost k mocnině), Minimální zakřivení, Poloměr

Radiální bazické funkce, polynomiální regrese, modifikovaná Shepardova metoda, triangulace ) atd. Výpočet běžné mřížky lze provést pro soubory datových sad X, Y, Z libovolné velikosti a samotná mřížka může mít rozměry 10 000 x 10 000 uzlů.

Zároveň je poskytován dostatek příležitostí pro ovládání interpolačních metod na straně uživatele. Zejména geostatistická metoda Krige, nejoblíbenější ve zpracování experimentálních dat, zahrnuje možnost použití různých modelů variogramů, použití variace algoritmu s driftem a také zohlednění anizotropie. Při výpočtu povrchu a jeho obrazu můžete také nastavit hranici území libovolné konfigurace.

Surfer implementuje velkou sadu dalších nástrojů pro transformaci 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.

Při konstrukci povrchu je práce Surfera založena na následujících principech:

1) získání obrázku překrytím několika průhledných

A neprůhledné grafické vrstvy;

2) import hotových obrázků, včetně obrázků získaných v jiných aplikacích;

3) pomocí speciálních kreslicích nástrojů a také aplikací textové informace a vzorce pro vytváření nových a úpravu starých obrázků.

V Surfer používá jako hlavní obrazové prvky následující typy map.

1. Vrstevnicová mapa ( vrstevnicová mapa). 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: Mapa drátěného modelu (mapa drátového modelu), mapa povrchu ( trojrozměrný povrch). Pro takové karty použití

Existují různé typy projekce 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. Mapa zdrojových dat ( Mapa příspěvku). 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. Sestavení jedné mapy lze provést pomocí několika souborů.

4. Základní mapa. Může to být téměř jakýkoli plochý obrázek získaný importem souborů z různých grafik

fyzické formáty: AutoCAD [.DXF], metasoubor Windows [.WMF], bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] a některé další. Tyto mapy lze použít nejen k jednoduchému zobrazení obrázku, ale také například k zobrazení některých oblastí jako prázdných.

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.

V 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.

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

Výsledné grafické obrázky lze vytisknout na libovolné tiskové zařízení podporované systémem Windows. Obousměrnou výměnu dat a grafiky s jinými aplikacemi Windows lze také provádět prostřednictvím schránky Windows.

I. ZÁKLADY PRÁCE SE SURFEREM

I.1. První spuštění Surferu

Po prvním spuštění Surferu byste se měli ujistit, že měrné jednotky pro vzdálenosti a velikosti uvnitř Surferu jsou nastaveny na obvyklé centimetry, nikoli na výchozí palce. Chcete-li to provést, spusťte příkaz Soubor/Předvolby. Otevře se dialogové okno Předvolby. Toto okno má 4 záložky. Měli byste přejít na kartu Kreslení (obrázek I.1). Ve skupině Jednotky stránky ( Jednotky měření na stránce) je potřeba označit položku Centimetry (Centimetry).

Chcete-li použít vybraný parametr, klepněte na tlačítko .

I.2. Režim vykreslování dokumentu

Hlavní okno Surfer je znázorněno na Obr. I.2. Když Surfer spustíte poprvé, automaticky se vytvoří nový. prázdné okno dokument-zápletka Plot1 . Okno vykreslovacího dokumentu je pracovní prostor, ve kterém můžete vytvářet soubory mřížky a mapy, doprovázet je popisky a jednoduchými grafické objekty(polygony, obdélníky, elipsy, symboly atd.).

Rýže. I.1. Dialogové okno Předvolby (Výkres). Kreslení Tab

Hlavní nabídka tohoto okna obsahuje následující položky:

Upravit	– příkazy pro práci se schránkou a pomocnými kódy
	příkazy pro úpravu objektů;
	- příkazy, které řídí vzhled aktuální okno
Kreslit	dokument;
	– příkazy pro vytváření textových bloků, polygonů, polyli-
Uspořádat	tvorba symbolů a obrazců;
	– příkazy, které řídí pořadí a orientaci předmětů;
Mřížka	– příkazy pro vytváření a úpravu souborů mřížky;
Mapa	– příkazy pro tvorbu a úpravu map;
Okno	– příkazy pro správu podřízených oken;
Pomoc	– poskytuje přístup k helpdesku.

Rýže. I.2. Zobrazení okna surfaře při prvním spuštění v režimu vor dokladu: 1 – záhlaví s názvem voru dokladu; 2 – hlavní menu; panely nástrojů: 3 – „hlavní“ (Hlavní), 4 – „kresba“ (Výkres), 5 – „mapa“ (Mapa); ovládací pravítka (Rulers): 6 – horizontální,

7 – vertikální; 8 – tištěná strana; 9 – netisknoucí pracovní plocha; posuvníky: 10 – vertikální, 11 – horizontální; 12 – stavový řádek;

13 – správce objektů (Správce objektů)