Stvaranje površine u obliku gljive u surferu. Surfer paket - obrada i vizualizacija dvodimenzionalnih funkcija. Izrada digitalnog modela površine

GEOLOŠKI PRESJEK

Geološki presjek – okomiti presjek zemljine kore od površine prema dubini. Geološki presjeci sastavljaju se na temelju geoloških karata, geoloških opažanja i rudarskih podataka (uključujući bušotine), geofizičkih istraživanja itd. Geološki presjeci orijentirani su uglavnom poprijeko ili uzduž pružanja geoloških struktura duž ravnih ili isprekidanih linija koje prolaze uz prisutnost dubokih referentnih bušotina kroz ove bunare. Na geološke presjeke utječu uvjeti pojavljivanja, starost i sastav stijena. Horizontalno i okomito mjerilo geoloških presjeka obično odgovara mjerilu geološke karte. Prilikom projektiranja rudarskih poduzeća i inženjersko-geoloških istraživanja, zbog neusporedivosti debljine rastresitih sedimenata i duljine profila, njihova se vertikalna skala povećava u usporedbi s horizontalnom za desetke ili više puta.

SURFER U GEOLOGIJI

Geografski informacijski sustav Golden Software Surfera sada je industrijski standard za iscrtavanje funkcija dviju varijabli. Malo je tvrtki u geološkoj industriji koje ne koriste Surfer u svakodnevnoj praksi kartiranja. Osobito često, pomoću Surfera, karte se izrađuju u izolinijama (konturne karte).

Nenadmašna prednost programa su interpolacijski algoritmi ugrađeni u njega, koji omogućuju najviša kvaliteta izraditi digitalne modele površina koristeći podatke neravnomjerno raspoređene u prostoru. Najčešće korištena metoda, Kriging, idealna je za predstavljanje podataka u svim geoznanostima.

Logika za rad s paketom može se predstaviti u obliku tri glavna funkcionalna bloka:

· 1. Izrada digitalnog modela površine;
· 2. Pomoćne operacije s digitalnim modelima površina;
· 3. Vizualizacija površine.

Digitalni površinski model tradicionalno predstavljen u obliku vrijednosti u čvorovima pravokutne pravilne mreže, čija se diskretnost određuje ovisno o specifičnom problemu koji se rješava. Za pohranu takvih vrijednosti Surfer koristi vlastite GRD datoteke (binarni ili tekstualni format), koje su odavno postale standard za pakete za matematičko modeliranje.

Postoje tri opcije za dobivanje vrijednosti u čvorovima mreže:

· 1) na temelju početnih podataka navedenih u proizvoljnim točkama regije (u čvorovima nepravilne mreže), korištenjem interpolacijskih algoritama za dvodimenzionalne funkcije;
· 2) izračun vrijednosti funkcije koju je izričito odredio korisnik. Dio Surferski programi uključuje prilično širok raspon funkcija - trigonometrijske, Besselove, eksponencijalne, statističke i neke druge;
· 3) prijelaz s jedne pravilne mreže na drugu, na primjer, pri promjeni diskretnosti mreže (ovdje se u pravilu koriste prilično jednostavni algoritmi interpolacije i izglađivanja, jer se vjeruje da se prijelaz izvodi s jedne glatke površine drugome).

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

Surfer svojim korisnicima nudi nekoliko interpolacijskih algoritama: Kriging, Inverzna udaljenost do potencije, Minimalna zakrivljenost, Funkcije radijalne baze, Polinomska regresija, Modificirana metoda Shepard's Method (Modificirana Shepardova metoda), Triangulacija, itd. Izračun pravilne mreže može se izvesti za X , Y, Z datoteke skupa podataka bilo koje veličine, a sama mreža može imati dimenzije od 10 000 x 10 000 čvorova.

Surfer koristi sljedeće vrste karata kao svoje glavne vizualne elemente:

· 1. Konturna karta. Uz uobičajene načine upravljanja načinima prikaza izolinija, osi, okvira, oznaka, legendi itd., moguće je izraditi karte pomoću ispune boja ili raznih uzoraka pojedinih zona. Osim toga, ravna slika karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti neovisno skaliranje duž X i Y osi.
· 2. Trodimenzionalna slika površine: Wireframe Map (okvirna karta), Surface Map (trodimenzionalna površina). Za takve se kartice koriste Različite vrste projekcija, a slika se može rotirati i naginjati pomoću jednostavnog grafičkog sučelja. Na njima također možete nacrtati rezne linije i izolinije, postaviti nezavisno skaliranje duž X, Y, Z osi i ispuniti pojedinačne mrežne elemente površine bojom ili uzorkom.
· 3. Karte početnih podataka (Post Map). Ove se karte koriste za prikaz podataka o točkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U ovom slučaju, za prikaz numeričke vrijednosti u točki, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti raznih simbola prema rasponu podataka. Izrada jedne karte može se izvršiti pomoću nekoliko datoteka.
· 4. Osnovna karta. To može biti gotovo svaka ravna slika dobivena uvozom datoteka različitih grafičkih formata: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] i neki drugi. Ove kartice mogu se koristiti za više od jednostavnog izlaz slike, ali i, na primjer, za prikaz nekih područja praznima.

Korištenjem različitih opcija za preklapanje ovih glavnih tipova karata i njihovo različito postavljanje na jednoj stranici, možete dobiti niz opcija za predstavljanje složenih objekata i procesa. Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte s kombiniranom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom. Sve vrste karata korisnik može uređivati pomoću ugrađenih alata za crtanje samog Surfera.

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

1. Graditi na temelju datoteke osnovna karta u mjerilu 1 cm 1000 metara.
2. Digitalizirati granice licenciranog područja.
3. Digitalizirajte bušotine i spremite datoteku “krova” u DAT formatu (stupac A - zemljopisna dužina, stupac B - širina, stupac C - dubina krova, stupac D - broj bušotine, stupac C - tip bušotine: proizvodnja s troznamenkastim broj, ostalo - istraživanje)
4. Digitalizirati liniju profila. Spremite “liniju profila” u BLN formatu s praznom ćelijom B1.
5. Napravite “Preglednu kartu licenciranog područja” sa slojevima - granicama, linijom profila i bunarima s natpisima.
6. Preglednoj karti dodajte sloj "Strukturna karta krova formacije YuS2" - izglađena (s koeficijentom 3 za dvije koordinate), izolinije svakih 5 metara (Dodatak 1).
7. Napravite “Profil za krov formacije YUS2” - horizontalno mjerilo se podudara s mjerilom karte, okomito mjerilo je 1 cm 5 metara.

softver za profil geološke karte

Mihail Vladimirovič Morozov:
osobna stranica

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

Dobro " Metode matematičkog modeliranja u geologiji"

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

PRAKSA

Uvod u program Surfer tvrtke Golden Software

Svrha softvera ukratko: izgraditi kartu numeričkog parametra u potrebnom mjerilu (u bilo kojem vanjskom dizajnu - točke, izolinije, gradacije boja, poput 3D površine, poput vektorskog polja) i organizirati je za prezentaciju.

Što program NE RADI: Surfer je program za izradu digitalnih modela površina u zadanom parametru. Nije pogodan za "slikanje" teritorija, tj. stvoriti kartu koja prikazuje relativne položaje točkastih, linija i površinskih objekata, poput crteža (tj. geografske, političke i druge slične karte). Za izradu takvih karata potreban je drugi softver (ArcInfo, MapInfo itd.).

KAKAV JE SURFER? Programski alat sastoji se od dva dijela: (1) matematički dio- za izradu i analizu površinske karte - jedinstven moćan program koji ima analoge (npr. Oaza); (2) dizajnerski dio sličan bilo kojem programu za stvaranje vektorska grafika, koji vam omogućuje stvaranje linija i drugih objekata, a zatim ih pojedinačno mijenjate (vodeće u ovom polju su Corel Draw, Adobe Illustrator), što se tiče crtanja, Surfer je, naravno, inferioran u odnosu na posebne grafičke pakete, jer stvara se kao carto grafički softver, ne samo grafika

Pokrenimo program Surfer i upoznajmo se s logikom njegovog funkcioniranja.

Projektna datoteka Surfer (*.SRF ekstenzija) sastoji se od skupa postavljenih objekata na ispisanom listu(prema zadanoj veličini A4, njegovi su obrisi naznačeni u prozoru Surfer). Objekti se mogu odabrati mišem, a operacije koje se izvode na njima slične su uobičajenim radnjama u programu za vektorsku grafiku (skaliranje, pomicanje, promjena svojstava). Pojedinačni objekti mogu biti dio grupa. Svaka karta mora biti uključena u grupu Vrsta karte, kojoj je dodijeljena koordinatna mreža zajednička svim objektima u ovoj skupini.

Imajte na umu: ako jednostavno nacrtate grafički objekt (liniju, pravokutnik itd.), on će biti postavljen na ispisani list, ali neće imati referenca na koordinate kartu, čak i ako je nacrtana na njoj, jer neće biti vezan za geografske koordinate. Ako trebate imati liniju ili poligon pridružen koordinatama, trebate stvoriti objekt staze ("potez") pomoću naredbe Osnovna karta, a zatim ga dodajte u grupu Karta odgovarajuće karte.

U gornji lijevi kut Nalazi se prozor za surfere Upravitelj objekata , koji vam omogućuje da promatrate redoslijed kojim se objekti prikazuju na ekranu i kada se ispisuju (u upravitelju, od vrha prema dolje, objekti slijede kao slojevi, odnosno blokiraju jedan drugog kada su prikazani na ekranu ili ispisanom listu).

Da biste ISPRAVNO RADILI S PROJEKTOM, ne zaboravite učiniti sljedeće:

a) svakom objektu (koji prema zadanim postavkama dobiva apstraktno ime kao što je "Linija" ili "Mapa") ODMAH NAKON STVARANJA jasno ime klikom miša na ime, na primjer, "Okvir radova 2013" - za ocrtavanje teritorija, “lgCu” - za kartu logaritmima sadržaja itd. U suprotnom, uvjeravam vas, broj objekata će postati toliko velik, a da vi to ne primijetite, a nazivi objekata iste vrste bit će isti, da ćete biti potpuno zbunjeni u projektu.

b) Rasporedi slojeve u ispravnom redoslijedu - oni objekti koji bi trebali biti prikazani na ekranu ili ispisani iznad drugih moraju biti povucite mišem na vrh popisa upravitelja objekata.

V) Svaka nova karta, čak i ako je izgrađen pomoću zajedničke baze podataka, dodaje se projektu kao samostalan objekt, čak i ako završi na istom mjestu na listu kada se stvori. Prijeđite mišem na ove karte mogu se pomicati i postavljati jedan pored drugog. Ponekad je to potrebno - na primjer, ispisati karte jednu pored druge u izolinijama, recimo, za bakar i cink. Ali ako trebate kombinirati karte - na primjer, iscrtati točke karte činjenica na vrhu karte u izolinijama, te karte treba kombinirati u jednu, povlačenjem bilo kojeg od njih u grupu Karta , gdje se nalazi druga kartica. U isto vrijeme grupa Karta prva kartica (ako nije sadržavala ništa drugo) će nestati, a nova grupa Karta sadržavat će dvije karte kao dva susjedna sloja. Objekt možete povući mišem kada se prikaže horizontalna strelica. U ovom trenutku možete pustiti miš i objekt će "sletjeti" na mjesto gdje je pokazivala strelica. Ako povučete objekt tamo gdje to nije dopušteno, pokazivač će poprimiti izgled znaka zabrane.

d) Ako nepotrebni predmeti ometaju gledanje (ili ih ne želite ispisati), poništite okvir lijevo od naziva objekta i on će nestati. Tako je zgodno promijeniti da kartu vidite u izolinijama različite parametre, jer se odjednom može povući samo jedan.

U donji lijevi kut Nalazi se prozor za surfere Upravitelj svojstava objekta , ako je neki objekt trenutno aktivan, tj. istaknuto mišem. Upravitelj svojstava kombinira u karticama i grupira sve parametre objekta koji se mogu mijenjati, od geografske lokacije preko koordinata do boje, teksture linija itd. Osim Upravitelja, neka se svojstva mogu uređivati pomoću upravljačke ploče Položaj/veličina(položaj na listu u odnosu na gornji lijevi kut ispisanog lista, visina i širina objekta).

U izborniku su prikupljeni kartografski alati za izradu, modificiranje i analizu površina Mreža. Njegove naredbe sadrže cijeli niz alata od uređivača proračunskih tablica do matematičkih modula za kreiranje i obradu grid datoteka ("grids" - datoteke u *.GRD formatu). O ovim mogućnostima i njihovim najvažnijim značajkama govori se u poglavlju “Stvaranje mrežne datoteke” i “Odabir matematičkog modela, kraiginga i variograma”.

Glavna komponenta Surfera je set alata za mapiranje, tj. naredbe za prikaz pripremljenih površina ("mreže"). Glavni su prikupljeni u jelovniku Karta - Novi i djelomično dupliciran na alatnoj traci Karta.

Ako je potrebno, Surfer vam omogućuje pokretanje ugrađenog uređivač proračunskih tablica (Jelovnik Mreža - Podaci). Ovom naredbom možete otvoriti Excel datoteka ili drugu proračunsku tablicu i ponovno spremite podatke u Surferov nativni *.DAT format, koji je zapravo tekstualna datoteka s razdjelnicima stupaca. Naravno, ugrađeni editor se ne može usporediti s mogućnostima “vlastitog” softvera za upravljanje proračunskim tablicama, npr. Microsoft Excel , OpenOffice Calc itd., pa ne preporučam korištenje. Za rad DAT datoteke ima smisla samo u krajnjem slučaju ili ako su tablice izvornih podataka već unaprijed pripremljene u DAT formatu. U tipičnoj situaciji korisnik radi s podacima kreiranim u proračunskoj tablici u *.XLS formatu, koju izravno obrađuju svi Surfer moduli za izradu površina i karata.

Spomenimo važno alatne trake.

Alatna traka Pogled(Prikaz) sadrži gumbe za skaliranje, s kojima možete jednostavno promijeniti veličinu područja za gledanje jednim klikom, kao i skalirati i pomicati objekte.

Alatna traka Karta(Mapa) sadrži sve glavne tipke za izradu karata, koje ubrzavaju vaš rad, jer... eliminira potrebu za odabirom iz izbornika Karta - Novi.

Za crtanje postoje grafički alati prikupljeni na ploči Crtanje(Crtanje): Gumbi za unos teksta, poligona, polilinije, simbola, standardnih oblika (pravokutnik, zaobljeni pravokutnik, elipsa), glatke krivulje (tj. Bezierove krivulje temeljene na sidrišnim točkama) i alat za uređivanje sidrišnih točaka (sličan istom alatu u Corel Draw i sličan softver za vektorsku grafiku). Opći obrazac sve ploče su prikazane na slici na kraju stranice.

Ne zaboravite također konfigurirati jedinica mjere: Odaberite centimetre umjesto inča prema zadanim postavkama (izbornik Alati - Mogućnosti, sljedeći odjeljak Okoliš - Crtanje, polje Jedinice stranice).

I na kraju, ono najvažnije: oblik konačne karte. Nije tajna da nemaju svi program Surfer pri ruci, stoga konačni oblik kartice mora biti u skladu s općeprihvaćenim formatom. U našem slučaju najbolja opcija bila bi izvoz karte u datoteku rasterska grafika JPEG format. Prije izvoza potrebno je provjeriti vanjski izgled projekta, provjeriti jesu li slojevi pravilno postavljeni, isključiti nepotrebne slojeve u upravitelju objekata i ne zaboraviti napisati sve potrebne naslove i komentare. Nakon toga odaberite sve objekte i grupirajte ih (ovo nije nužno, ali nipošto nije štetno za zaštitu od slučajnog pomicanja objekata jednih u odnosu na druge). Izvoz se vrši kroz izbornik Datoteka - izvoz, pritiskom na Ctrl+E ili korištenjem posebnog gumba na alatnoj traci. Prema zadanim postavkama, Surfer nudi izvoz u *.BLN format, promijenite ga u *.JPG. U sljedećem prozoru možemo urediti razlučivost konačne slike (zadano je 300 dpi, često je prikladno 200 dpi, što štedi veličinu datoteke). Postoji kartica u prozoru Mogućnosti izvoza JPEG opcije, gdje možete odabrati željeni stupanj kompresije (nemojte se zanijeti i prekomjerno komprimirati sliku, svakako provjerite kvalitetu rezultata na primjeru najmanjih natpisa i ikona). To je sve!

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruska Federacija

NASTAVNI RAD

Izrada digitalnih modela visina na temelju podataka radarske topografske izmjere SRTM

Saratov 2011

Uvod

Koncept digitalnih modela visina (DEM)

1 Povijest nastanka DEM-a

2 vrste DEM

3 Metode i načini izrade DEM-ova

4 Nacionalni i globalni DEM

Radarski topografski podaci (SRTM)

1 Verzije i nomenklatura podataka

2 Procjena točnosti podataka SRTM

3 Korištenje SRTM podataka za rješavanje primijenjenih problema

Primjena SRTM u izradi geoslika (na primjeru Saratovske i Engelske regije)

1 Pojam geoslika

2 Izrada digitalnog modela reljefa za područje Saratovske i Engelske regije

Zaključak

Uvod

Digitalni modeli visina (DEM) jedna su od važnih funkcija modeliranja geografskih informacijskih sustava, koja uključuje dvije skupine operacija, od kojih prva služi rješavanju problema izrade modela reljefa, a druga - njegovoj uporabi.

Ovaj tip proizvod je potpuno trodimenzionalni prikaz stvarnog terena u trenutku geodetskih radova, što mu omogućuje da se koristi za rješavanje raznih primijenjenih problema, npr.: određivanje bilo kojeg geometrijski parametri reljef, konstrukcija profila poprečnog presjeka; izvođenje projektantskih i izviđačkih radova; praćenje dinamike terena; proračun geometrijskih karakteristika (površina, duljina, opseg) s obzirom na reljef za potrebe arhitekture i urbanizma; inženjerska istraživanja, kartografija, navigacija; proračun strmine padina, praćenje i predviđanje geoloških i hidroloških procesa; proračun osvjetljenja i uvjeta vjetra za arhitekturu i urbanizam, inženjerska istraživanja, praćenje okoliša; izgradnja zona vidljivosti za telekomunikacijske i mobilne tvrtke, arhitekturu i urbanizam. Osim toga, DEM-ovi se naširoko koriste za vizualizaciju teritorija u obliku trodimenzionalnih slika, čime se pruža mogućnost konstruiranja virtualnih modela terena (VTM).

Relevantnost teme kolegija proizlazi iz potrebe geografskih istraživanja za korištenjem reljefnih podataka u digitalnom obliku zbog sve veće uloge geografskih informacijskih tehnologija u rješavanju raznih problema, potrebe poboljšanja kvalitete i učinkovitosti metoda za izradu te korištenjem digitalnih modela visina (DEM), te osiguranjem pouzdanosti izrađenih modela.

Tradicionalni izvori početnih podataka za izradu DEM zemljišta su topografske karte, podaci daljinske detekcije (RSD), podaci satelitskih sustava za pozicioniranje, geodetski radovi; podaci snimanja i ehosonda, materijali fototeodolitskih i radarskih snimanja.

Trenutno su neke razvijene zemlje stvorile nacionalne DEM-ove, na primjer u SAD-u, Kanadi, Danskoj, Izraelu i drugim zemljama. Trenutno nema javno dostupnih podataka slične kvalitete na području Ruske Federacije.

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

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

U sklopu ovog cilja potrebno je riješiti sljedeće zadatke:

steći teoretsko razumijevanje koncepta, vrsta i metoda izrade DEM-ova, proučiti potrebne podatke za konstruiranje DEM-ova, istaknuti najperspektivnija područja za korištenje ovih modela za rješavanje različitih primijenjenih problema;

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

pokazati moguće upotrebe ove vrste podataka.

Za izradu kolegija korišteni su sljedeći izvori: nastavna sredstva geoinformatika i daljinska istraživanja, periodika, elektronički izvori na internetu.

1. Koncept digitalnih modela visina (DEM)

Jedna od značajnih prednosti tehnologija geografskih informacijskih sustava u odnosu na konvencionalne "papirnate" kartografske metode je mogućnost izrade prostornih modela u tri dimenzije. Glavne koordinate za takve GIS modele, osim uobičajene zemljopisne širine i dužine, poslužit će i kao podatak o visini. Štoviše, sustav može raditi s desecima i stotinama tisuća visinskih oznaka, a ne s jedinicama i deseticama, što je također bilo moguće pri korištenju “papirnatih” metoda kartografije. Zbog dostupnosti brze računalne obrade ogromnih nizova visinskih podataka, zadatak izrade najrealističnijeg digitalnog modela visina (DEM) postao je izvediv.

Digitalni model nadmorske visine obično se shvaća kao sredstvo digitalnog prikaza trodimenzionalnih prostornih objekata (površina ili reljefa) u obliku trodimenzionalnih podataka, koji tvore skup oznaka nadmorske visine (oznake dubine) i drugih Z koordinatnih vrijednosti, u čvorovima pravilne ili kontinuirane mreže ili skupa zapisa izohipsa (izohipsa, izobata) ili drugih izolinija. DEM je posebna vrsta trodimenzionalnih matematičkih modela koji predstavljaju reljef realnih i apstraktnih površina.

1 Povijest nastanka DEM-a

Slika reljefa dugo je zanimala ljude. Na najstarijim kartama veliki reljefni oblici prikazivani su kao sastavni dio krajolika i kao element orijentacije. Prvi način prikazivanja reljefa bili su perspektivni znakovi koji su prikazivali planine i brda; Međutim, od osamnaestog stoljeća počeo je aktivan razvoj novih, sve složenijih metoda. Perspektivna metoda s crtanjem crta prikazana je na karti Pirinejskog gorja (1730.). Boja je prvi put korištena za oblikovanje plastičnog reljefa u Atlasu pohoda ruskih trupa na Švicarsku (1799.). Prvi pokusi u izradi DEM-ova sežu u najranije faze razvoja geoinformatike i automatizirane kartografije u prvu polovicu 60-ih godina 20. stoljeća, a jedan od prvih digitalnih modela terena izrađen je 1961. godine na Zavodu za kartografiju Vojnoinženjerijske akademije. Naknadno su razvijene metode i algoritmi za rješavanje raznih problema, moćni softver modeliranja, velikih nacionalnih i globalnih skupova podataka o reljefu, akumulirano je iskustvo u rješavanju raznih znanstvenih i primijenjenih problema uz njihovu pomoć. Posebice je velik razvoj dobila uporaba DEM-a za vojne zadaće.

2 vrste DEM

Najčešće korišteni površinski prikazi u GIS-u su rasterski i TIN modeli. Na temelju ova dva predstavnika povijesno su nastala dva alternativni modeli DEM: temeljen na čisto pravilnim (matričnim) prikazima polja reljefa s visinskim oznakama i strukturnim, čiji su jedan od najrazvijenijih oblika modeli temeljeni na strukturno-jezičnom prikazu.

Rasterski model reljefa - omogućuje podjelu prostora na daljnje nedjeljive elemente (piksele), tvoreći matricu visina - pravilnu mrežu visinskih oznaka. Slične digitalne modele nadmorske visine izrađuju nacionalne kartografske službe u mnogim zemljama. Pravilna mreža visina je rešetka s jednakim pravokutnicima ili kvadratima, gdje su vrhovi ovih figura čvorovi mreže (slika 1-3).

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

Riža. 1.2.2 Prikaz pravilnog modela mreže visina na ravnini.

Riža. 1.2.3. Trodimenzionalni reljefni model okolice sela. Kommunar (Khakassia), izgrađen na temelju pravilne mreže visina /1/

Jedan od prvih programskih paketa koji je implementirao mogućnost višestrukog unosa različitih slojeva rasterskih ćelija bio je GRID paket (u prijevodu s engleskog - rešetka, mreža, mreža), nastao kasnih 1960-ih. u Laboratoriju za računalnu grafiku i prostornu analizu Harvarda (SAD). U suvremenom, široko korištenom GIS paketu ArcGIS, rasterski model prostornih podataka naziva se i GRID. U drugom popularnom programu za izračunavanje DEM-ova - Surferu, pravilna mreža visina također se naziva GRID, datoteke takvog DEM-a su u GRD formatu, a izračun takvog modela naziva se Gridding.

Pri izradi pravilne mreže visina (GRID) vrlo je važno voditi računa o gustoći mreže (korak mreže) koja određuje njezinu prostornu rezoluciju. Što je manji odabrani korak, točniji je DEM - veća je prostorna rezolucija modela, ali više više količinečvorovi mreže, stoga je potrebno više vremena za izračunavanje DEM i više prostora na disku. Na primjer, kada se korak mreže smanji za faktor 2, količina memorije računala potrebna za pohranjivanje modela povećava se za faktor 4. Iz toga proizlazi da treba pronaći ravnotežu. Na primjer, DEM standard Geološkog istraživanja SAD-a, razvijen za Nacionalnu banku digitalnih kartografskih podataka, specificira digitalni model nadmorske visine kao pravilan niz oznaka nadmorske visine u čvorovima mreže 30x30 m za kartu mjerila 1:24 000. Interpolacijom, aproksimacijom, izglađivanjem i druge transformacije u Rasterski model može sadržavati DEM-ove svih drugih vrsta.

Među nepravilnim mrežama najčešće se koristi trokutasta mreža nepravilnog oblika - model TIN. Razvijen je ranih 1970-ih. kao jednostavan način konstruiranja ploha na temelju skupa neravnomjerno raspoređenih točaka. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća Stvoreno je nekoliko verzija ovog sustava, a komercijalni sustavi temeljeni na TIN-u počeli su se pojavljivati 1980-ih. kao programski paketi za konstruiranje konturnih linija. TIN model se koristi za digitalno modeliranje terena, pri čemu čvorovi i rubovi trokutaste mreže odgovaraju izvornim i izvedenim atributima digitalnog modela. Prilikom konstruiranja TIN modela, diskretno locirane točke povezuju se linijama koje tvore trokute (slika 4).

Riža. 1.2.4. Uvjet Delaunayeve triangulacije.

Unutar svakog trokuta TIN modela površina se obično prikazuje kao ravnina. Budući da je površina svakog trokuta određena visinama njegova tri vrha, upotreba trokuta osigurava da svaki dio površine mozaika točno stane u susjedne dijelove.

sl.1.2.5. Trodimenzionalni model reljefa izgrađen na temelju nepravilne triangulacijske mreže (TIN).

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

Riža. 1.2.6. Uvećani fragment modela reljefa na Sl. 5 prikazuje trokutastu strukturu TIN modela.

Glavna metoda za izračunavanje TIN-a je Delaunayeva triangulacija, jer U usporedbi s drugim metodama, ima najprikladnija svojstva za digitalni model reljefa: ima najmanji indeks harmoničnosti kao zbroj indeksa harmoničnosti svakog od trokuta koji tvore (bliskost jednakokutnoj triangulaciji), svojstvo maksimalnog minimalnog kuta (najveća nedegeneriranost trokuta) i minimalna površina formirane poliedarske plohe.

Budući da su i GRID model i TIN model postali široko rasprostranjeni u geografskom području informacijski sustavi i podržavaju ih mnoge vrste softver GIS, morate znati prednosti i nedostatke svakog modela kako biste odabrali pravi format za pohranu podataka o terenu. Prednosti GRID modela su jednostavnost i brzina njegove računalne obrade, što je povezano s rasterskom prirodom samog modela. Izlazni uređaji, kao što su monitori, pisači, crtači itd., koriste skupove točaka, tj. za stvaranje slika. također imaju rasterski format. Stoga se GRID slike jednostavno i brzo šalju na izlaz takvim uređajima, budući da je računalima lako izvesti izračune za predstavljanje pojedinačnih kvadrata pravilne mreže visina pomoću točaka ili video piksela izlaznih uređaja.

Zahvaljujući svojoj rasterskoj strukturi, GRID model vam omogućuje da "izgladite" modeliranu površinu i izbjegnete oštre rubove i izbočine. Ali ovo je i "minus" modela, jer Pri modeliranju reljefa planinskih područja (osobito mladih - na primjer, alpsko preklapanje) s obiljem strmih padina i šiljastih vrhova mogući su gubitak i "zamućenje" strukturnih linija reljefa i izobličenje cjelokupne slike. U sličnih slučajeva potrebno je povećanje prostorne razlučivosti modela (nagib elevacijske mreže), a to je prepuno naglog povećanja količine računalne memorije potrebne za pohranjivanje DEM. Općenito, GRID modeli obično zauzimaju više prostora na disku nego TIN modeli. Kako bi se ubrzao prikaz velikih digitalnih modela terena, koriste se različite metode, od kojih je najpopularnija konstrukcija takozvanih piramidalnih slojeva, koji omogućuju korištenje različitih razina detalja slike u različitim mjerilima. Dakle, GRID model je idealan za prikaz geografskih (geoloških) objekata ili pojava čije se karakteristike glatko mijenjaju u prostoru (reljef ravnih područja, temperatura zraka, atmosferski tlak, tlak u ležištima nafte itd.). Kao što je gore navedeno, nedostaci GRID modela pojavljuju se pri modeliranju reljefa mladih planinskih formacija. Posebno nepovoljna situacija s korištenjem pravilne mreže uzvišenja razvija se ako se u modeliranom području izmjenjuju prostrana zaravnjena područja s područjima izbočina i litica koje imaju oštre promjene u visini, kao, na primjer, u široko razvijenim dolinama velikih nizinskih rijeka ( Slika 7). U ovom slučaju, na većini simuliranog teritorija bit će "redundancija" informacija, jer Čvorovi mreže GRID na ravnim površinama imat će iste vrijednosti visine. No, u područjima strmih reljefnih izbočina, visina koraka rešetke nadmorske visine može biti prevelika i, sukladno tome, prostorna razlučivost modela može biti nedovoljna za prenošenje "plastičnosti" reljefa.

Riža. 1.2.7. Fragment trodimenzionalnog modela reljefa doline Toma (crvena strelica prikazuje izbočinu druge nadpoplavne terase na lijevoj obali, visoka izbočina na desnoj obali je padina međurječne ravnice). Okomito mjerilo je pet puta veće od horizontalnog.

TIN model nema takvih nedostataka. Budući da se koristi nepravilna mreža trokuta, ravna područja modelirana su malim brojem velikih trokuta, au područjima strmih rubova, gdje je potrebno detaljno prikazati sve rubove reljefa, površina je prikazana brojnim malim trokuta (slika 8). To vam omogućuje da učinkovitije koristite RAM i stalne memorijske resurse računala za pohranjivanje modela.

Riža. 1.2.8. Nepravilna mreža trokuta.

Među “nedostacima” TIN-a je visoka cijena računalnih resursa za obradu modela, što značajno usporava prikaz DEM-a na ekranu monitora i ispis, jer ovo zahtijeva rasterizaciju. Jedno rješenje za ovaj problem bilo bi uvođenje "hibridnih" modela koji kombiniraju TIN prijelomne linije i redovitu metodu prikaza skupa točaka. Još jedan značajan nedostatak TIN modela je "učinak terase", izražen u pojavljivanju takozvanih "pseudo-trokuta" - ravnih područja u očito nemogućoj geomorfološkoj situaciji (na primjer, duž donje linije dolina u obliku slova V) (slika 9).

Jedan od glavnih razloga je mala udaljenost između točaka digitalnog snimanja kontura u usporedbi s udaljenostima između samih kontura, što je tipično za većinu tipova reljefa u njihovom kartografskom prikazu.

Riža. 1.2.9. “Efekt terase” u dolinama malih rijeka, koji se javlja pri izradi TIN-a na temelju konturnih linija bez uzimanja u obzir strukturnih linija reljefa (u ovom slučaju hidrauličke mreže).

3 Metode i načini izrade DEM-ova

Od pojavljivanja prvih karata kartografi su se suočavali s problemom prikaza trodimenzionalnog terena na dvodimenzionalnoj karti. Za to su isprobane razne metode. Na topografskim kartama i planovima reljef se prikazivao konturnim linijama - linijama jednake visine. Na općegeografskim i fizičkim kartama reljef je bio osjenčan (osjenčan), ili je određenoj visini terena dodijeljena boja odgovarajućeg tonaliteta (visinska ljestvica). Trenutno, s adventom digitalne kartice i planove, povećanje učinka računalne opreme pojavljuju se nove mogućnosti prikazivanja terena. Trodimenzionalna vizualizacija modela reljefa postaje sve popularnija, jer čak i profesionalno neobučenim osobama omogućuje da dobiju prilično cjelovitu sliku reljefa. Moderne tehnologije trodimenzionalne vizualizacije omogućuju vam da "pogledate" teren s bilo koje točke u prostoru, iz bilo kojeg kuta, a također i "letite" iznad terena.

Od razvoja informacijskih sustava i tehnologija, kao i razvoja satelitske industrije, pojavile su se različite metode i metode koje omogućuju konstruiranje DEM-ova. Postoje dva bitno različita načina dobivanja podataka za izradu digitalnih modela visina.

Prva metoda su metode daljinske detekcije i fotogrametrija. Takve metode za izradu DEM-ova uključuju metodu radarske interferometrije. Temelji se na korištenju fazne komponente radarskog signala reflektiranog od površine Zemlje. Točnost rekonstrukcije DEM interferometrijskom metodom je nekoliko metara, a varira ovisno o prirodi terena i razini šuma signala. Za glatku površinu i kvalitetan interferogram, točnost rekonstrukcije reljefa može doseći nekoliko desetaka centimetara. Postoji i metoda za stereoskopsku obradu radarskih podataka. Za rad modula potrebno je imati dvije radarske slike snimljene pod različitim kutovima snopa. Točnost rekonstrukcije DEM stereoskopskom metodom ovisi o veličini elementa prostorne rezolucije slike. Tehnologija laserskog skeniranja u zraku (ALS) je najbrži, najpotpuniji i najpouzdaniji način prikupljanja prostornih i geometrijskih informacija o teško dostupnim (močvarnim i šumovitim) područjima. Metoda daje točne i detaljne podatke kako o terenu tako i o situaciji. Danas VLS tehnologija omogućuje brzo dobivanje potpunih prostornih i geometrijskih informacija o terenu, vegetacijskom pokrovu, hidrografiji i svim objektima na zemlji u području istraživanja.

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

4 Nacionalni i globalni DEM

Javna dostupnost podataka i tehnologija za izradu DEM-ova omogućuje mnogim zemljama stvaranje nacionalnih modela reljefa koji se koriste za osobne potrebe, a primjeri takvih zemalja su SAD, Kanada, Izrael, Danska i neke druge zemlje. Sjedinjene Američke Države jedan su od vodećih u stvaranju i korištenju DEM-ova. Trenutačno državna državna služba za topografsko mapiranje, US Geological Survey, proizvodi pet skupova podataka koji predstavljaju format DEM (Digital Elevation Model) i koji se razlikuju u tehnologiji, razlučivosti i prostornoj pokrivenosti. Drugi primjer uspješnog iskustva nacionalnog DEM-a je danski DEM. Prvi digitalni model visine Danske stvoren je 1985. kako bi se riješio problem optimalnog postavljanja mrežnih prevoditelja mobilne komunikacije. Digitalni modeli visina u obliku matrica visina uključeni su u osnovne skupove prostornih podataka gotovo svih nacionalnih i regionalnih SID-ova (prostornih informacijskih podataka). Na sadašnjoj razini razvoja tehnologije, korak visinske mreže u nacionalnim DEM-ovima doseže 5 m. DEM-ovi slične prostorne rezolucije potpuno su spremni ili će biti spremni u bliskoj budućnosti za tako velika područja kao što su Europska unija i SAD. Svrsishodnost ograničenja detalja reljefa uspostavljenog u našoj zemlji gubi se u uvjetima kada se na svjetskom tržištu može kupiti slobodno distribuiran globalni ASTGTM DEM s razmakom visinske mreže od oko 30 m (jedna lučna sekunda). Osim toga, očekuje se da će razlučivost javno dostupnih DEM-ova stalno rasti. Kao moguće privremeno rješenje problema predlaže se održavanje tajnosti za najdetaljniji osnovni DEM i slobodna distribucija manje detaljnih DEM-ova izrađenih na temelju osnovnog; postupno smanjivati prag privatnosti DEM ovisno o točnosti prikaza reljefa i površini područja koje pokriva.

2. Podaci SRTM

radarska topografska misija (SRTM) - radarsko topografsko istraživanje većeg dijela zemaljske kugle, s iznimkom najsjevernijih (>60), najjužnijih geografskih širina (>54), kao i oceana, provedeno tijekom 11 dana u veljači 2000. pomoću poseban radarski sustav, iz space shuttlea za višekratnu upotrebu. Više od 12 terabajta podataka prikupila su dva radarska senzora, SIR-C i X-SAR. Tijekom tog vremena, koristeći metodu nazvanu radarska interferometrija, prikupljena je ogromna količina informacija o Zemljinoj topografiji, njihova obrada traje do danas. Rezultat istraživanja bio je digitalni model reljefa 85 posto Zemljine površine (slika 9). Ali određena količina informacija već je dostupna korisnicima. SRTM je međunarodni projekt koji vode Nacionalna geoprostorna obavještajna agencija (NGA), NASA, Talijanska svemirska agencija (ASI) i Njemački svemirski centar.

Riža. 2.1. Shema pokrivanja teritorija Zemlje SRTM izmjerom.

1 Verzije i nomenklatura podataka

Podaci SRTM postoje u nekoliko verzija: preliminarna (verzija 1, 2003.) i konačna (verzija 2, veljača 2005.). Konačna verzija prošla je dodatnu obradu, ističući obale i vodena tijela te filtrirajući pogrešne vrijednosti. Podaci se distribuiraju u nekoliko verzija - rešetka s veličinom ćelije od 1 lučne sekunde i 3 lučne sekunde. Točniji podaci od jedne sekunde (SRTM1) dostupni su za Sjedinjene Države; samo podaci od tri sekunde (SRTM3) dostupni su za ostatak Zemljine površine. Podatkovne datoteke su matrica od 1201 ´ 1201 (ili 3601 ´ 3601 za verziju od jedne sekunde) vrijednosti koje se mogu uvesti u razne programe za mapiranje i geografske informacijske sustave. Osim toga, postoji verzija 3, distribuirana kao ARC GRID datoteke, kao i ARC ASCII i Geotiff format, 5 kvadrata ´ 5 u WGS84 datumu. Ove je podatke CIAT dobio iz izvornih USGS/NASA podataka o nadmorskoj visini obradom radi proizvodnje glatkih topografskih površina, kao i interpolacijom područja gdje nedostaju izvorni podaci.

Nomenklatura podataka se proizvodi na ovaj način, naziv podatkovnog kvadrata verzija 1 i 2 odgovara koordinatama njegovog donjeg lijevog kuta, na primjer: N45E136, gdje je N45 45 stupnjeva sjeverne zemljopisne širine, a E136 136 stupnjeva istočne zemljopisne dužine , slova (n) i (e) u datoteci naziva označavaju sjevernu odnosno istočnu hemisferu. Naziv podatkovnog kvadrata obrađene verzije (CGIAR) odgovara broju kvadrata u omjeru od 72 kvadrata horizontalno (360 /5) i 24 kvadrata okomito (120/5). Na primjer: srtm_72_02.zip /krajnje desno, jedan od gornjih kvadrata. Željeni kvadrat možete odrediti pomoću rasporeda mreže (Sl. 11.).

sl.2.1.1. SRTM4 dijagram pokrivenosti.

2 Procjena točnosti podataka SRTM

Javno su dostupne vrijednosti visina u uglovima ćelije dimenzija 3 puta 3. Navodi se da točnost visina nije niža od 16 m, ali vrsta procjene ove vrijednosti - prosječna, maksimalna, korijenska sredina kvadratna pogreška (RMS) - nije objašnjena, što ne čudi, budući da su za strogu ocjenu točnosti potrebne ili referentne visinske vrijednosti približno istog stupnja pokrivenosti ili rigorozna teorijska analiza procesa dobivanja i obrada podataka. S tim u vezi, analizu točnosti SRTM DEM-a provelo je više od jednog tima znanstvenika iz različitih zemalja svijeta. Prema riječima A.K. Visine Corveula i I. Eviaka SRTM imaju pogrešku, koja za ravni teren u prosjeku iznosi 2,9 m, a za brdovit teren - 5,4 m. Štoviše, značajan dio ovih pogrešaka uključuje sustavnu komponentu. Prema njihovim nalazima, matrica visine SRTM prikladna je za konstruiranje kontura na topografskim kartama u mjerilu 1: 50 000. Ali u nekim područjima visine SRTM u svojoj točnosti približno odgovaraju visinama dobivenim iz topografske karte u mjerilu 1:100000, a može se koristiti i za izradu ortofotokarti iz satelitskih snimaka visoka rezolucija, snimljeno s malim kutom odstupanja od nadira.

2.3 Korištenje SRTM podataka za rješavanje primijenjenih problema

SRTM podaci mogu riješiti različite primijenjene probleme različitog stupnja složenosti, primjerice: za njihovu upotrebu u izradi ortofotokarta, za procjenu složenosti nadolazećih topografsko-geodetskih radova, planiranje njihove provedbe, a također mogu pružiti pomoć pri projektiranju položaja profila i drugih objekata i prije izvođenja topografskih snimanja dobivenih iz rezultata SRTM radarskih snimanja, visinske vrijednosti točaka terena mogu se koristiti za ažuriranje topografske podloge područja na kojima nema podataka detaljnih topografsko-geodetskih radova. Ova vrsta podataka je univerzalni izvor za modeliranje zemljine površine, uglavnom za konstruiranje digitalnih modela terena i digitalnih modela terena, no pitanje primjenjivosti SRTM radarskih elevacijskih podataka kao alternative standardnim metodama za konstruiranje digitalnog modela reljefa i reljefa, postavlja pitanje primjenjivosti podataka radara SRTM. po našem mišljenju, treba rješavati u svakom slučaju pojedinačno, ovisno o zadatku koji se radi, karakteristikama reljefa i potrebnoj točnosti visinske referencije.

3. Primjena SRTM-a pri izradi geoslika

1 Pojam geoslika

Napredak u geoinformacijskom kartiranju, daljinskom očitavanju i sredstvima razumijevanja okolnog svijeta. Fotografiranje u bilo kojem mjerilu i rasponu, s različitim prostornim obuhvatom i rezolucijom, izvodi se na tlu i pod zemljom, na površini oceana i pod vodom, iz zraka i iz svemira. Cijelo mnoštvo karata, fotografija i drugih sličnih modela može se opisati jednim općim pojmom - geosnimkom.

Geoslika je bilo koji prostorno-vremenski, općeniti model zemaljskih ili planetarnih objekata ili procesa velikih razmjera, prikazan u grafičkom obliku.

Geoslike predstavljaju unutrašnjost Zemlje i njezinu površinu, oceane i atmosferu, pedosferu, socioekonomsku sferu i područja njihove interakcije.

Geoslike su podijeljene u tri klase:

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

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

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

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

3.2 Izrada digitalnog modela reljefa za područje Saratova

i regija Engel

Najprije preuzimamo javne SRTM podatke dodatne obrade verzije 2, na internetskom portalu otvorenom za svakog korisnika mreže (#"justify">Zatim otvaramo preuzeti fragment u programu Global Mapper, odabiremo funkciju “File”, zatim “Export Raster and Elevation Data” - “Export Dem” (Sl. 12), ovaj niz operacija je izveden kako bi se preuzeti podaci pretvorili u DEM format, koji je čitljiv programom Vertical Mapper u kojem će model biti izgrađen.

sl.3.2.1. Izvoz datoteke u DEM format pomoću programa Global Mapper [izradio autor].

Nakon izvoza podataka, otvoriti Vertical Mapper program, u kojem proizvodimo daljnje akcije- Create Grid - Import Grid (Sl. 13).

Riža. 3.2.2. Izrada Grid modela u programu Vertical Mapper [izradio autor].

Pomoću ovih funkcija stvaramo GRID model s kojim je autor naknadno izvršio sve operacije za izradu DEM za područje Saratovske regije, za izradu izolinija i trodimenzionalnog modela reljefa.

Zaključak

Digitalni model reljefa važna je funkcija modeliranja u geografskim informacijskim sustavima jer omogućuje rješavanje problema izrade modela reljefa i njegove uporabe. Ova vrsta proizvoda je potpuno trodimenzionalni prikaz stvarnog terena u trenutku snimanja, čime je moguće riješiti mnoge primijenjene probleme: određivanje bilo kojih geometrijskih parametara reljefa, konstruiranje profila poprečnog presjeka; izvođenje projektantskih i izviđačkih radova; praćenje dinamike terena. Osim toga, DEM-ovi se naširoko koriste za vizualizaciju teritorija u obliku trodimenzionalnih slika, čime se pruža mogućnost konstruiranja virtualnih modela terena (VTM).

Relevantnost teme kolegija je zbog raširene potrebe za geografskim istraživanjem reljefnih podataka u digitalnom obliku, zbog sve veće uloge geografskih informacijskih tehnologija u rješavanju različitih problema, potrebe za poboljšanjem kvalitete i učinkovitosti metoda za izradu i korištenje digitalnih modela visina (DEM), te osiguranje pouzdanosti izrađenih modela.

Trenutačno postoji nekoliko glavnih izvora podataka za izradu digitalnih modela visina - to je interpolacija digitaliziranih kontura iz topografskih karata te metoda daljinske detekcije i fotogrametrije. Metoda daljinskog istraživanja dobiva sve veću snagu u rješavanju mnogih geografskih problema, kao što je konstruiranje reljefa na temelju satelitskih radarskih podataka snimanja Zemlje. Jedan od proizvoda radarskog detektiranja Zemlje su javno dostupni i besplatno distribuirani SRTM (Shuttle radar topographic mission) podaci, dostupni na većem dijelu zemaljske kugle s rezolucijom modela od 90 m.

U procesu pisanja kolegija izgrađen je digitalni model reljefa za područje Saratovske i Engelske regije, čime su riješeni zadaci konstrukcije i dokazana mogućnost izrade DEM-a korištenjem SRTM podataka.

reljefna digitalna radarska geoimage

Popis korištenih izvora

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitalni modeli visina. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, potpisano za tisak 15. prosinca 2007. Naklada 200 primjeraka.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. “Morfologija reljefa.” Moskva: Znanstveni svijet. 2004. godine

B.A. Novakovsky, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. “Digitalni modeli reljefa stvarnih i apstraktnih geopolja.” Moskva: Znanstveni svijet. 2003. godine

KAO. Samardak "Geografski informacijski sustavi". Vladivostok FEGU, 2005. - 124 str.

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

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

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

), nazvan po gradu Goldenu u Coloradu, gdje se nalazi, postoji od 1983. i razvija znanstvene grafičke pakete. Njegov prvi softverski proizvod, Golden Graphics System, objavljen iste godine, dizajniran je za obradu i prikaz slika skupova podataka opisanih dvodimenzionalnom funkcijom kao što je z=f(y,x). Kasnije je ovaj paket dobio naziv Surfer koji mu je ostao do danas. A dvije godine kasnije pojavio se paket Grapher, dizajniran za obradu i prikaz grafova skupova podataka i funkcija poput y=f(x).

Upravo su ti DOS paketi bili vrlo popularni (naravno, u obliku ilegalnih kopija) kasnih 80-ih među sovjetskim stručnjacima koji su se bavili raznim aspektima obrade matematičkih podataka, prvenstveno unutar širokog spektra geoznanosti, poput geologije, hidrogeologije, seizmici, ekologiji, meteorologiji, kao iu drugim srodnim područjima.

U isto vrijeme počeli smo aktivno raditi s paketom Surfer 4 za DOS. Za razliku od kolega s drugih odjela (naš institut je provodio istraživanja u području inženjerskih istraživanja u građevinarstvu), koji su se bavili rješavanjem vrlo specifičnih problema na određenim lokacijama i radili sa Surferom kao samostalnim proizvodom za krajnje korisnike, mi kao programeri smo privučeni mogućnostima ugrađene uporabe ovog paketa u vlastite programe.

Ideja je bila vrlo jednostavna - Surfer je mogao raditi i interaktivno i u batch modu, izvodeći određeni slijed funkcije na temelju podataka iz naredbenih i informacijskih datoteka. Generiranjem ovih datoteka u našim programima, mogli bismo prisiliti vanjski paket da izvrši operacije koje smo trebali. U isto vrijeme, korisnik, gledajući, na primjer, sliku karte izolina ili je ispisujući, nije ni sumnjao da radi s nekim drugim paketom.

Sve u svemu, Surfer nam se jako svidio. I dalje ga smatramo klasičnim primjerom izvrsnog softverskog proizvoda. Prikladno interaktivno sučelje bez arhitektonskih detalja, otvoreno i razumljivo sučelje za programera, dokazani matematički algoritmi, vrlo kompaktan kod, skromni zahtjevi za resursima. Ukratko, bio je to stil stvaranja softvera, danas uglavnom izgubljen, koji je poštovao buduće korisnike ne riječima nego djelima. (Vrlo nam je drago što je ovaj stil sačuvan u kasnijim razvojima Golden Softwarea.)

Prema verziji koja se čula 1994. godine na Međunarodnoj konferenciji o analitičkim modelima geofiltracije u Indianapolisu, autor Surfera i osnivač tvrtke bio je student diplomskog studija hidrogeologije na jednom od američkih sveučilišta. "Geološki" korijeni proizvoda tvrtke čine se gotovo očitom činjenicom.

Zapravo, grad Golden je mali i hrabar. Dom je renomiranog centra za obuku geoznanosti Colorado School of Mines i njegove podružnice, International Ground Water Modeling Center, koji također stvara, testira i širi hidrogeološke programe (uključujući one koje pružaju neovisni programeri).

Vrijeme prolazi, ali unatoč prilično intenzivnoj konkurenciji, Golden Software paketi (prvenstveno Surfer) i dalje su vrlo popularni kako u SAD-u tako iu drugim zemljama. Veze na njih dostupne su u gotovo svakoj znanstvenoj publikaciji ili programskom proizvodu vezanom uz numeričko modeliranje i obradu eksperimentalnih podataka.

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

Ovdje, međutim, treba naglasiti da je tvrtka, nakon što je zaustavila razvoj verzija za DOS, nastavila podržavati sve do 1995. godine: prodajom licenciranih kopija, savjetovanjem itd. Takav odnos poštovanja prema korisniku (prodati ono što klijentu treba, a ne raditi po principu “uzmi što imaš”), složite se, danas je rijetkost.

Sve u svemu, Golden Software je vrlo poučan primjer održive pozicije male tvrtke koja razvija i prodaje svoje softverske proizvode u svojoj “ekološkoj niši” globalnog tržišta računala.

Štoviše, treba napomenuti da pojava moćnih sustava koji izgleda rade "sve-sve-sve" (na primjer, uključivanje grafičkih alata u proračunske tablice ili GIS s njihovim mogućnostima obrade kartografskih informacija) nije uzdrmala poziciju mali specijalizirani programski paketi. Takav specijalizirani softver značajno nadmašuje velike integrirane sustave u funkcionalnosti i jednostavnosti korištenja. Posljednja prednost posebno je važna kada se analizira velika količina eksperimentalnih podataka, a ne samo kada se generiraju rezultati istraživanja u obliku prezentacijske grafike. Tome treba pridodati i skromnije zahtjeve ovakvih programa u pogledu snage računala i njegove cijene.

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

Surfer paket - obrada i vizualizacija dvodimenzionalnih funkcija

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

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

Izrada digitalnog modela površine

Unatoč svoj impresivnosti grafičke vizualizacije podataka, vrhunac takvih paketa je, naravno, matematički aparat implementiran u njima. Činjenica je da, ne dobivši jasan odgovor na pitanje: „Koja je metoda temelj za transformaciju podataka i gdje se može vidjeti ocjena pouzdanosti svih tih transformacija?“, korisnik (u ovom slučaju najvjerojatnije znanstvenik) možda više neće biti zainteresiran za sve ostale prednosti programa.

Digitalni površinski model tradicionalno se predstavlja kao vrijednosti u čvorovima pravokutne pravilne mreže, čija se diskretnost određuje ovisno o specifičnom problemu koji se rješava. Za pohranu takvih vrijednosti Surfer koristi vlastite GRD datoteke (binarni ili tekstualni format), koje su odavno postale neka vrsta standarda za pakete za matematičko modeliranje.

U principu, postoje tri moguće opcije za dobivanje vrijednosti u čvorovima mreže; svi su implementirani u paketu:

prema početnim podacima navedenim u proizvoljnim točkama regije (u čvorovima nepravilne mreže), korištenjem interpolacijskih algoritama za dvodimenzionalne funkcije;
izračunavanje vrijednosti funkcije koju je eksplicitno odredio korisnik; paket uključuje prilično širok raspon funkcija - trigonometrijske, Besselove, eksponencijalne, statističke i neke druge (slika 1);
prijelaz s jedne pravilne mreže na drugu, npr. pri promjeni diskretnosti mreže (ovdje se u pravilu koriste prilično jednostavni algoritmi interpolacije i izglađivanja, jer se smatra da se prijelaz vrši s jedne glatke površine na drugu) .

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

Prva opcija za dobivanje mrežnog modela najčešće se nalazi u praktičnim problemima, a upravo su algoritmi za interpolaciju dvodimenzionalnih funkcija pri prijelazu s nepravilne mreže na pravilnu “aduti” paketa.

Činjenica je da je postupak prelaska s vrijednosti na diskretnim točkama na površinu netrivijalan i dvosmislen; Za različite zadatke i tipove podataka potrebni su različiti algoritmi (točnije, ne “obavezni”, već “prikladniji”, jer u pravilu niti jedan nije 100% prikladan). Dakle, učinkovitost programa za interpolaciju dvodimenzionalnih funkcija (ovo se također odnosi na problem jednodimenzionalnih funkcija, ali za dvodimenzionalne je sve mnogo kompliciranije i raznolikije) određena je sljedećim aspektima:

skup različitih metoda interpolacije;
sposobnost istraživača da kontrolira različite parametre ovih metoda;
dostupnost sredstava za procjenu točnosti i pouzdanosti izgrađene površine;
mogućnost razjašnjenja rezultata na temelju osobno iskustvo ekspert, uzimajući u obzir niz dodatnih čimbenika koji se nisu mogli odraziti na izvorne podatke.

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

Povećanje broja metoda interpolacije može značajno proširiti raspon problema koje treba riješiti. Konkretno, metodom triangulacije može se konstruirati površina koristeći točne vrijednosti početnih podataka (na primjer, Zemljina površina prema podacima geodetske izmjere), a algoritam polinomske regresije može se koristiti za analizu trenda površinski.

U isto vrijeme, pružaju se široke mogućnosti za kontrolu metoda interpolacije od strane korisnika. Konkretno, najpopularnija geostatistička Kricking metoda u obradi eksperimentalnih podataka sada uključuje mogućnost korištenja razni modeli variograme, koristeći varijaciju algoritma s pomakom i uzimajući u obzir anizotropiju. Prilikom izračunavanja površine i njezine slike također možete postaviti granicu teritorija proizvoljne konfiguracije (slika 2).

Osim toga, postoji ugrađeni grafički urednik za unos i ispravljanje vrijednosti podataka o grid površini, a korisnik odmah vidi rezultate svojih radnji u obliku promjena na karti izolinije (slika 3). Za cijeli niz problema (osobito onih koji se odnose na opis prirodnih podataka), koji se u pravilu ne mogu opisati točnim matematički model, ova je funkcija često jednostavno neophodna.

Unos podataka izvodi se iz [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) ili običnih ASCII tekstualnih datoteka, kao i iz Excel [.XLS] proračunskih tablica. i Lotus [.WK1, .WKS]. Izvorne informacije također se mogu unijeti ili urediti korištenjem proračunske tablice ugrađene u paket, a moguće su i dodatne operacije podataka poput sortiranja i pretvorbe brojeva pomoću korisnički definiranih jednadžbi.

Pomoćne operacije s površinama

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

izračunavanje volumena između dviju površina;
prijelaz s jedne pravilne mreže na drugu;
transformacija površine matematičkim operacijama s matricama;
disekcija površine (proračun profila);
proračun površine;
glačanje površina korištenjem matričnih ili spline metoda;
pretvorba formata datoteke;
niz drugih funkcija.

Kvaliteta interpolacije može se procijeniti pomoću statističke procjene odstupanja izvornih vrijednosti točke od dobivene površine. Osim toga, statistički izračuni ili matematičke transformacije mogu se izvesti za bilo koji podskup podataka, uključujući korištenje korisnički definiranih funkcionalnih izraza.

Vizualizacija površinskih slika

Površina se može grafički prikazati u dva oblika: konturne karte ili trodimenzionalne slike površine. U isto vrijeme, rad Surfera temelji se na sljedećim principima njihove konstrukcije:

dobivanje slike preklapanjem nekoliko prozirnih i neprozirnih grafičkih slojeva;
uvoz gotovih slika, uključujući one dobivene u drugim aplikacijama;
korištenje posebnih alata za crtanje, kao i primjena tekstualnih informacija i formula za stvaranje novih i uređivanje starih slika.

Korištenje sučelja s više prozora omogućuje vam odabir najprikladnijeg načina rada. Konkretno, možete istovremeno pregledavati numeričke podatke u obliku proračunske tablice, karte temeljene na tim podacima i popratne informacije iz tekstualna datoteka(slika 4).

Surfer 5.0 koristi sljedeće vrste karata kao glavne vizualne elemente:

Konturna karta. Uz već tradicionalna sredstva za kontrolu načina prikaza izolinija, osi, okvira, oznaka, legendi itd., implementirana je mogućnost izrade karata ispunjavanjem pojedinačnih zona bojom ili raznim uzorcima (slika 5). Osim toga, ravna slika karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti neovisno skaliranje duž X i Y osi.
Trodimenzionalna slika površine (3D Surface Map). Ove karte koriste različite vrste projekcija, a slika se može rotirati i naginjati pomoću jednostavnog grafičkog sučelja. Na njima također možete crtati rezne linije i izolinije (slika 6), postaviti neovisno skaliranje duž X, Y, Z osi i ispuniti pojedinačne rešetkaste elemente površine bojom ili uzorkom.
Karta početnih podataka (Post Map). Ove se karte koriste za prikaz podataka o točkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U tom slučaju, za prikaz numeričke vrijednosti u točki, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti različite simbole u skladu s rasponom podataka (Sl. 7). Izrada jedne karte može se izvršiti pomoću nekoliko datoteka.
Osnovna karta. To može biti gotovo svaka ravna slika dobivena uvozom datoteka različitih grafičkih formata: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [ .WMF], USGS Digital Line Graph [.LGO], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] i neki drugi. Ove se karte mogu koristiti ne samo za jednostavan prikaz slike, već i, na primjer, za prikaz nekih područja kao praznih. Osim toga, ako želite, ove se karte mogu koristiti za dobivanje granica prilikom izvođenja površinskih izračuna, transformacije, seciranja itd.

Korištenjem različitih opcija za preklapanje ovih glavnih tipova karata i njihovo različito postavljanje na jednoj stranici, možete dobiti niz opcija za predstavljanje složenih objekata i procesa. Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte s kombiniranom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom (slika 8). Sve vrste karata korisnik može uređivati pomoću ugrađenih alata za crtanje samog Surfera.

Predstavljanje nekoliko karata u obliku trodimenzionalne "police" također je vrlo učinkovito i zgodno za analizu. Štoviše, to može biti različiti prikaz istih skupova podataka (na primjer, trodimenzionalna slika plus karta izolinije u boji: sl. 9), ili niz različitih skupova, na primjer, površinska distribucija jednog parametra u različito vrijeme ili nekoliko različitih parametara (slika 10).

Sve ove mogućnosti prikaza slike mogu biti vrlo korisne u komparativnoj analizi utjecaja različitih metoda interpolacije ili njihovih pojedinačnih parametara na izgled dobivene površine (slika 11).

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

DOS verzija Surfera imala je posebna korisnost ALTERSYM za stvaranje vlastitih skupova SYM fontova (nažalost, nestao je u verziji za Windows, tako da možete koristiti verziju za DOS). Ali vam omogućuje stvaranje i uređivanje samo osnovnog skupa znakova (ASCII kodovi 32-127). Jednom smo riješili ovaj problem za DOS verziju na sljedeći način: napisali smo uslužni program koji stvara kompletan skup simbola (1-255) iz praznih datoteka kreiranih programom ALTERSYM, s kojima izlazni moduli VIEW i PLOT rade savršeno. Ovaj je pristup sasvim prikladan za Windows verziju Surfera.

Rezultirajuće grafičke slike mogu se ispisati na bilo koji uređaj za ispis koji podržava Windows ili ispisati u format datoteke kao što je AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows međuspremnik [.CLP], kao i HP Graphics Language [ .HPGL] i Encapsulated PostScript [.EPS]. Dvosmjerna razmjena podataka i grafika s drugim Windows aplikacijama također se može izvršiti putem Windows međuspremnika. Osim toga, grafičke slike pripremljene u Surferu moguće je eksportirati u paket MapViewer, na njega prekriti kartu teritorija i dobiti kartu raspodjele ovog parametra na određenom teritoriju (Sl. 12 i ).

Kontrole makro paketa

U Surferu 5.0, stvorenom davne 1994. godine, gotovo istodobno s uredski paketi Microsoft Office 4.0, model objektne komponente implementiran je na temelju podrške za OLE 2.0 Automation mehanizam (ono što se danas naziva ActiveX). To omogućuje integraciju Surfera kao ActiveX poslužitelja u složene sustave za obradu podataka i modeliranje.

U bilo kojem jeziku koji također podržava ovaj mehanizam (na primjer, Visual Basic, C++ ili Visual Basic za aplikacije), možete napisati kontrolnu makro datoteku za Surfer. Konkretno, pomoću skupa makro datoteka možete automatski izvršavati neke zadatke koji se često ponavljaju. Ili se takva datoteka može generirati tijekom izvođenja bilo kojeg programa za izračun aplikacije za automatsku obradu podataka i vizualizaciju.

Na primjer, sljedeća funkcija, napisana u VB, stvara konturnu kartu i umeće njezinu sliku u proračunsku tablicu pod nazivom "Sheet1":

Funkcija MakeMap();
definiranje varijable Surf kao objekta Dim Surf as Object;
postavljanje preslikavanja između varijable Surf i programa Surfer Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
ulazni naziv GRD datoteke;
izvršavanje makro naredbi Surfer paketom Surf.MapCountour(GrdFile$);
izgraditi kartu izolinije Surf.Select;
odaberite sliku Surf.EditCopy;
kopirajte odabranu sliku u međuspremnik;
ovo je već Excel naredba – zalijepi sliku iz međuspremnika na trenutnu poziciju tablice Sheet1 Worksheets("Sheet1").Slika.Paste End Function.

Smisao ovog postupka sasvim je jasan. Prvo, varijabla Surf je definirana kao objekt i dodijeljena paketu Surfer (Surfer.App). Slijede naredbe koje VBA već interpretira kao pozive Surfer funkcijama (njihovi nazivi odgovaraju naredbama koje korisnik odabire u dijaloškom modu), koje se izvršavaju kroz ActiveX mehanizam.

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

stvaranje Surfer objekta Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
konstruiranje karte korištenjem svake metode interpolacije;
za datoteku izvornih podataka DEMOGRID.DAT za metodu = 0 do 6;
otvorite novi dokument crteža Surf.FileNew();
izračun GRD datoteke trenutnom metodom interpolacije If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
konstruiranje karte izolinije If Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0 Then End Next.

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

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

ili iz bilo koje aplikacije pomoću naredbe SHELL:

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

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

GS Scripter se također može koristiti za kontrolu bilo kojeg drugog programa koji podržava ActiveX (na primjer, za rad s MS Officeom).

Što je novo u Surferu 6.0

Kao što smo već rekli, Surfer 6.0 dolazi u 16-bitnoj i 32-bitnoj verziji. Međutim, osim toga, pojavilo se nekoliko korisnih funkcionalnih proširenja. Prije svega, treba napomenuti da je moguće koristiti još dvije vrste pozadinskih karata pri konstruiranju ravnih slika: slikovna karta i osjenčana reljefna karta.

Image Map ugrađeni alati za crtanje čine izradu karti u boji vrlo jednostavnom i brzom. U ovom slučaju možete koristiti višebojno punjenje slika, uključujući korištenje kombinacija boja koje je stvorio korisnik.

Ali ono što je posebno impresivno jesu mogućnosti Shaded Relief Map-a, koje vam omogućuju dobivanje slika poput visokokvalitetnih fotografija izravno u Surfer okruženju (Sl. 14), koje se mogu koristiti i za zajedničku upotrebu s konturnim kartama i neovisno . Ovo korisniku omogućuje kontrolu svih parametara potrebnih za stvaranje najizražajnijih slika, uključujući lokaciju izvora svjetlosti, gradijent relativnog nagiba, vrstu sjenčanja i boju. Korisnik paketa također ima više mogućnosti za vizualizaciju podataka i slaganje raznih slika na jednom ekranu (Sl. 15).

Proširen je skup pomoćnih operacija pri obradi digitalnih površina. Koristeći nove funkcije Grid Calculus, možete odrediti nagib, zakrivljenost i liniju horizonta pogleda na određenoj točki na površini, kao i izračunati prvu i drugu derivaciju za Fourierove funkcije i spektralnu analizu. Dodatni alati Grid Utilities omogućuju transformaciju, pomicanje, skaliranje, rotiranje i zrcaljenje podataka u GRD datotekama (format za pohranu vrijednosti u redovitim čvorovima mreže). Nakon toga možete napraviti bilo koji odabir podskupa skupa podataka prema broju stupaca i stupaca ili jednostavno proizvoljnih čvorova mreže.

Sa stajališta matematičkog aparata za konstrukciju površine, čini se vrlo važnim implementirati još jedan algoritam interpolacije - Najbliži susjed, kao i tri razine gniježđenja variograma, što vam omogućuje stvaranje više od 500 rezultirajućih kombinacija.

Prethodno izrađene slike temeljene na različitim vrstama karata (konturna karta, karta s osjenčanim reljefom, mapa stupova, karta slika) mogu se koristiti kao predložak zamjenom nove GRD datoteke u postojeće karte. Osim toga, sada, nakon što ste prvo spojili nekoliko slojeva različitih karata u jednu sliku, možete ih zatim razdvojiti na izvorne elemente i ponovno ih izraditi na temelju novih podataka.

Od čisto uslužnih funkcija treba istaknuti mogućnost unosa podataka o digitalizaciji graničnih linija i proizvoljnih točaka s ekrana izravno u ASCII datoteku, kao i automatsku izradu legendi za razne vrste točaka Post Map. Sada možete uvesti datoteke Digital Elevation Model (DEM) izravno s Interneta (ili bilo kojeg drugog izvora informacija) kao digitalni model površine. I konačno, novi formati za izvoz podataka omogućuju spremanje slika karata u gotovo svim rasterskim formatima (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG i mnogi drugi).

Nastavit će se

ComputerPress 2"1999

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA

VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE "DRŽAVNO SVEUČILIŠTE VORONEZH"

K.Yu. svilenkasta

GEOINFORMACIJSKI SUSTAV

Golden Software Surfer 8

Nastavno-metodički priručnik za sveučilišta

Centar za izdavaštvo i tisak Državnog sveučilišta u Voronježu

Recenzent I.Yu. Antonova

Priručnik za obuku opisuje glavne funkcije geografskog informacijskog sustava Golden Software Surfer 8. Čitatelji su pozvani proučiti teorijske točke na kojima se temelji ovaj sustav i samostalno ih primijeniti u praksi. Uz pomoć ovog priručnika možete naučiti kako napraviti prijelaz s neravnomjerno raspoređenih podataka na digitalne modele površine, izraditi različite vrste karata i izvući podatke iz Dodatne informacije, nije sasvim vidljivo tijekom vizualne analize slika.

Obrazovni i metodološki priručnik pripremljen je na Zavodu za geofiziku Geološkog fakulteta Državnog sveučilišta u Voronježu.

Za specijalnost: 020302 – Geofizika


UVOD........................................
OSNOVNI KONCEPTI...................................
I. OSNOVE RADA SA SURFEROM..................
I.1. PRVI START SURFERA .............................................. ...... ........................
I.2. NAČIN PLOT-DOKUMENT .............................................. ...... ............................
I.3. STVARANJE XYZ PODATAKA ............................................... ..... ........................
I.3.A. Otvaranje postojeće datoteke s XYZ podacima......
I.3.B. Stvaranje nove datoteke s XYZ podacima..................................................... .........
I.3.C. Spremanje datoteke s XYZ podacima ............................................ ........
I.4. S STVARANJE GRID DATOTEKE.................................................................
II. STVARANJE GRIDMAPA .............................................. .... .............
II.1. KONTURNA KARTA ................................................ ...................................
II.1.A. Izrada konturne karte.................................................. ................... ..........
II.1.B. Spremanje karte..................................................... ......... ........................
II.1.C. Korištenje upravitelja objekata .................................................. ..........
II.1.D. Mijenjanje razine konture..................................................... .......... ......
II.1.E. Promjena parametara konturne linije.................................................. .....
II.1.F. Dodavanje ispune bojom između obrisnih linija.........
II.1.G. Dodavanje, uklanjanje ili premještanje konturnih oznaka.........
II.1.H. Promjena parametara osi..................................................... .................... ........
II.2. OKVIRNA KARTA ................................................ ... ...................................
II.3. OBLIKOVANA KARTA ................................................. ... ...................................
II.4. DO UMJETNOST S RELJEFOM SJENA.................................................................
II.5. VEKTORSKA KARTA ................................................ ... ...................................
II.6. T DIMENZIONALNA POVRŠINA....................................................................
II.7. T POINT KARTICA I PREKLOPI...................................................................
II.7.A. Stvaranje točkaste karte.................................................. ................... ............
II.7.B. Stvaranje preklapanja..................................................... .... ........................
II.7.C. Dodavanje oznaka na mapu točaka u preklapanju..................................... .........

III. DIGITALIZACIJA RASTERSKIH KARATA............................................. ...... ..........
III.1. IZRADA KARTE - OSNOVE ............................................ ........ ................
III.2. DIGITALIZACIJA KARTE - OSNOVE ............................................ ......... .............
IV. KONSTRUKCIJA REŠETKE..................................................... .... ........................
IV.1. OKO PREGLED NAČINA KONSTRUKCIJE MREŽICA....................................................
IV.2. S STVARANJE GRID DATOTEKE..............................................................
IV.3. S PEGLANJE MREŽICE............................................................................
IV.3.A. Izglađivanje splina................................................. ... ..........
IV.3.B. Niskopropusno prostorno filtriranje.....................................
IV.4. P KONSTRUKCIJA MREŽE PREMA FUNKCIJI.........................................................
IV.5. M ATEMATIČKE TRANSFORMACIJE...................................................
IV.6. M ATEMATIČKI RAČUN..........................................................
IV.7. B MESH LANDING.........................................................................
IV.8. P IZRADA PROFILNIH LINIJA..............................................................
V. PRIMJENE..................................................... .... ................................................ .
V.1. OPERACIJE ................................................. .... ................................................ ..........
V.1.A. Aritmetičke operacije..................................................... ... ........
V.1.B. Logičke operacije..................................................... ... ...............
V.2. S STANDARDNE FUNKCIJE........................................................................
V.2.A. Matematičke funkcije................................................. ... ..........
V.2.B. Sekundarne funkcije..................................................... ........
V.2.C. Statističke funkcije................................................. ... ............
V.3. P PRIMJERI KORIŠTENJA FUNKCIJA....................................................

UVOD

Geografski informacijski sustav Golden Software Surfer 8 trenutno je industrijski standard za crtanje funkcija dviju varijabli. Malo je tvrtki u geofizičkoj industriji koje ne koriste Surfer u svojoj svakodnevnoj praksi kartiranja. Osobito često, pomoću Surfera, karte se izrađuju u izolinijama (konturne karte).

Nenadmašna prednost programa su algoritmi interpolacije ugrađeni u njega, koji vam omogućuju izradu digitalnih površinskih modela najviše kvalitete koristeći podatke neravnomjerno raspoređene u prostoru. Najčešće korištena metoda, Kriege, idealna je za prezentiranje podataka u svim geoznanostima.

Međutim, nema literature o ovom programu, a Surferova ugrađena pomoć je zapisana Engleski jezik. U tom smislu, većina korisnika to svladava sama, putem pokušaja i pogrešaka. Ovaj vam pristup ne dopušta da se na dovoljnoj razini upoznate s polovicom svih mogućnosti programa.

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

Priručnik sadrži teorijsku građu potrebnu za svladavanje programa, kao i praktičnih zadataka za samostalnu provedbu.

Autor zahvaljuje studentima geofizike Geološkog fakulteta Državnog sveučilišta u Voronježu (2002. – 2003.), koji su testirali priručnik iz vlastitog iskustva i pomogli da bude praktičniji za korištenje: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrijevceva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrnikova, T.N. Trepalina, T.A. Čebotarev, S.P. Shatskikh, kao i T.B. Silkinu na pomoći u pripremi publikacije.

OSNOVNI KONCEPTI

Mala američka tvrtka Golden Software, nazvana po gradu Golden u Coloradu u kojem se nalazi, postoji od 1983. godine i bavi se razvojem znanstvenih grafičkih paketa. Njegov prvi softverski proizvod, Golden Graphics System, objavljen iste godine, dizajniran je za obradu i prikaz slika skupova podataka opisanih dvodimenzionalnom funkcijom kao što je z =f (y,x). Kasnije je ovaj paket nazvan Surfer. Autor Surfera i osnivač tvrtke bio je apsolvent hidrogeolog na jednom američkom sveučilištu.

Unatoč prilično intenzivnoj konkurenciji, programi Golden Softwarea (prvenstveno Surfer) i dalje su vrlo popularni kako u SAD tako iu drugim zemljama. Veze na njih dostupne su u gotovo svakoj znanstvenoj publikaciji ili programskom proizvodu vezanom uz numeričko modeliranje i obradu eksperimentalnih podataka.

Logika za rad s paketom može se predstaviti u obliku tri glavna funkcionalna bloka:

1) izrada digitalnog modela površine;

2) pomoćne operacije s digitalnim modelima površina;

3) površinska vizualizacija.

Postoje tri opcije za dobivanje vrijednosti u čvorovima mreže:

1) prema početnim podacima navedenim u proizvoljnim točkama regije (u čvorovima nepravilne mreže), korištenjem interpolacijskih algoritama za dvodimenzionalne funkcije;

2) izračun vrijednosti funkcije koju je eksplicitno odredio korisnik. Program Surfer uključuje prilično širok raspon funkcija - trigonometrijske, Besselove, eksponencijalne, statističke i neke druge;

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

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

Surfer paket nudi svojim korisnicima nekoliko interpolacijskih algoritama: Kriging, Stupanj obrnute udaljenosti(Inverzan

Udaljenost do potencije), minimalna zakrivljenost, polumjer

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

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

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

– izračunavanje volumena između dviju površina;

– prijelaz s jedne pravilne mreže na drugu;

– transformacija površine matematičkim operacijama s matricama;

– disekcija površine (proračun profila);

– proračun površine;

– glačanje površina korištenjem matričnih ili spline metoda;

– pretvorba formata datoteke;

– niz drugih funkcija.

Prilikom konstruiranja površine, Surferov rad temelji se na sljedećim principima:

1) dobivanje slike preklapanjem nekoliko prozirnih

I neprozirni grafički slojevi;

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

3) korištenje posebnih alata za crtanje, kao i primjena tekstualne informacije te formule za stvaranje novih i uređivanje starih slika.

U Surfer koristi sljedeće vrste karata kao glavne elemente slike.

1. Konturna karta ( Konturna karta). Uz uobičajene načine upravljanja načinima prikaza izolinija, osi, okvira, oznaka, legendi itd., moguće je izraditi karte pomoću ispune boja ili raznih uzoraka pojedinih zona. Osim toga, ravna slika karte može se rotirati i naginjati, a može se koristiti neovisno skaliranje duž X i Y osi.

2. Trodimenzionalna slika površine: Wireframe Map (žičana karta), površinska karta ( trodimenzionalna površina). Za takve kartice koristiti

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

3. Mapa izvora podataka ( Post Karta). Ove se karte koriste za prikaz podataka o točkama u obliku posebnih simbola i tekstualnih oznaka za njih. U tom slučaju, za prikaz numeričke vrijednosti u točki, možete kontrolirati veličinu simbola (linearna ili kvadratna ovisnost) ili koristiti različite simbole u skladu s rasponom podataka. Izrada jedne karte može se izvršiti pomoću nekoliko datoteka.

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

fizički formati: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] i neki drugi. Ove se karte mogu koristiti ne samo za jednostavan prikaz slike, već i, na primjer, za prikaz nekih područja kao praznih.

U Konkretno, vrlo je lako dobiti različite opcije za složene karte s kombiniranom slikom distribucije nekoliko parametara odjednom. Sve vrste karata korisnik može uređivati pomoću ugrađenih alata za crtanje samog Surfera.

Sve ove mogućnosti prikaza slike mogu biti vrlo korisne u komparativnoj analizi utjecaja različitih metoda interpolacije ili njihovih pojedinačnih parametara na izgled dobivene površine.

Rezultirajuće grafičke slike mogu se ispisati na bilo koji uređaj za ispis koji podržava Windows. Dvosmjerna razmjena podataka i grafika s drugim Windows aplikacijama također se može izvesti putem Windows međuspremnika.

I. OSNOVE RADA SA SURFEROM

I.1. Prvo lansiranje Surfera

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

Da biste primijenili odabrani parametar, kliknite gumb.

I.2. Način iscrtavanja dokumenta

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

Riža. I.1. Dijaloški okvir Postavke (crtež). Kartica Crtanje

Glavni izbornik ovog prozora sadrži sljedeće stavke:

Uredi	– naredbe za rad s međuspremnikom i pomoćni kodovi
	naredbe za uređivanje objekata;
	- naredbe koje kontroliraju izgled trenutni prozor
crtati	dokument;
crtati	– naredbe za kreiranje tekstualnih blokova, poligona, poligona,
Dogovoriti	cija simbola i figura;
Dogovoriti	– naredbe koje kontroliraju redoslijed i orijentaciju objekata;

Mreža	– naredbe za kreiranje i modificiranje grid datoteka;
Karta	– naredbe za izradu i modificiranje karata;
Prozor	– naredbe za upravljanje dječjim prozorima;
Pomozite	– omogućuje pristup help desku.

Riža. I.2. Pregled prozora Surfera kada se prvi put pokrene u načinu rada splav dokumenta: 1 – zaglavlje s nazivom splava dokumenta; 2 – glavni izbornik; alatne trake: 3 – “glavna” (Main), 4 – “crtanje” (Drawing), 5 – “karta” (Map); kontrolna ravnala (Rulers): 6 – horizontalno,

7 – vertikalno; 8 – ispisana stranica; 9 – neispisni radni prostor; trake za pomicanje: 10 – okomito, 11 – vodoravno; 12 – statusna traka;

13 – upravitelj objekata (Upravitelj objekata)