ĢEOLOĢISKĀ NODAĻA

Ģeoloģiskais griezums - vertikāls zemes garozas posms no virsmas līdz dziļumam. Ģeoloģiskie griezumi tiek sastādīti, pamatojoties uz ģeoloģiskajām kartēm, ģeoloģiskiem novērojumiem un ieguves datiem (ieskaitot urbumus), ģeofizikālo izpēti utt. Ģeoloģiskie griezumi ir orientēti galvenokārt pāri vai gar ģeoloģisko struktūru triecienu pa taisnām vai šķeltām līnijām, kas iet dziļu atskaites urbumu klātbūtnē. caur šīm akām. Ģeoloģiskos griezumus ietekmē iežu sastopamības apstākļi, vecums un sastāvs. Ģeoloģisko griezumu horizontālās un vertikālās skalas parasti atbilst ģeoloģiskās kartes mērogam. Projektējot kalnrūpniecības uzņēmumus un inženierģeoloģiskos pētījumus, irdeno nogulumu biezuma un profilu garuma nesalīdzināmības dēļ to vertikālā skala salīdzinājumā ar horizontālo tiek palielināta desmitiem un vairāk reižu.

SĒRĒJS ĢEOLOĢIJĀ

Golden Software Surfer ģeogrāfiskās informācijas sistēma tagad ir nozares standarts divu mainīgo funkciju attēlošanai. Ģeoloģijas nozarē ir maz uzņēmumu, kas savā ikdienas kartēšanas praksē neizmanto Surfer. Īpaši bieži, izmantojot Surfer, kartes tiek veidotas izolētās līnijās (kontūru kartes).

Programmas nepārspējama priekšrocība ir tajā iestrādātie interpolācijas algoritmi, kas ļauj izveidot digitālos virsmu modeļus visaugstākajā kvalitātē, izmantojot telpā nevienmērīgi sadalītus datus. Visbiežāk izmantotā metode Kriging ir ideāli piemērota datu attēlošanai visās ģeozinātnēs.

Loģiku darbam ar paketi var attēlot trīs galveno funkcionālo bloku veidā:

• · 1. Digitālā virsmas modeļa uzbūve;
• · 2. Palīgoperācijas ar digitālajiem virsmu modeļiem;
• · 3. Virsmas vizualizācija.

Digitālais virsmas modelis tradicionāli tiek attēlots kā vērtības taisnstūra regulāra režģa mezglos, kuru diskrētums tiek noteikts atkarībā no konkrētās risināmās problēmas. Lai saglabātu šādas vērtības, Surfer izmanto savus GRD failus (bināro vai teksta formātu), kas jau sen ir kļuvuši par matemātiskās modelēšanas pakotņu standartu.

Ir trīs iespējas, kā iegūt vērtības režģa mezglos:

• · 1) pamatojoties uz sākotnējiem datiem, kas noteikti patvaļīgos reģiona punktos (neregulāra tīkla mezglos), izmantojot interpolācijas algoritmus divdimensiju funkcijas;
• · 2) lietotāja skaidri norādītas funkcijas vērtību aprēķināšana. Surfer programma ietver diezgan plašu funkciju klāstu - trigonometrisko, Besela, eksponenciālo, statistisko un dažas citas;
• · 3) pāreja no viena regulāra režģa uz otru, piemēram, mainot režģa diskrētumu (šeit parasti tiek izmantoti diezgan vienkārši interpolācijas un izlīdzināšanas algoritmi, jo tiek uzskatīts, ka pāreja tiek veikta no vienas gludas virsmas citam).

Papildus, protams, var izmantot jau gatavu digitālās virsmas modeli, ko lietotājs ieguvis, piemēram, skaitliskās modelēšanas rezultātā.

Surfer piedāvā saviem lietotājiem vairākus interpolācijas algoritmus: Kriging, Apgrieztais attālums līdz jaudai, Minimālais izliekums, Radiālās bāzes funkcijas, Polinoma regresija, Modificētā metode Šeparda metode (Modificētā Šeparda metode), Triangulācija uc Var veikt parastā režģa aprēķinu X. , Y, Z datu kopu faili jebkura izmēra, un paša režģa izmēri var būt 10 000 x 10 000 mezglu.

Surfer kā galvenos vizuālos elementus izmanto šāda veida kartes:

• · 1. Kontūru karte. Papildus parastajiem izolīnu, asu, rāmju, marķējumu, leģendu utt. displeja režīmu kontroles līdzekļiem ir iespējams izveidot kartes, izmantojot krāsu aizpildījumu vai dažādus atsevišķu zonu modeļus. Turklāt plakanās kartes attēlu var pagriezt un noliekt, kā arī var izmantot neatkarīgu mērogošanu pa X un Y asīm.
• · 2. Virsmas trīsdimensiju attēls: Wireframe Map (rāmju karte), Surface Map (trīsdimensiju virsma). Šajās kartēs tiek izmantoti dažādi projekcijas veidi, un attēlu var pagriezt un noliekt, izmantojot vienkāršu grafisko interfeisu. Varat arī uz tām uzzīmēt griezuma līnijas un izolētas līnijas, iestatīt neatkarīgu mērogošanu pa X, Y, Z asīm un aizpildīt atsevišķus virsmas sieta elementus ar krāsu vai rakstu.
• · 3. Sākotnējo datu kartes (Post Map). Šīs kartes tiek izmantotas, lai parādītu punktu datus īpašu simbolu un tām paredzētu teksta etiķešu veidā. Tajā pašā laikā, lai parādītu skaitliskā vērtība kādā punktā varat kontrolēt simbola lielumu (lineāru vai kvadrātisku atkarību) vai lietot dažādi simboli atbilstoši datu diapazonam. Vienas kartes uzbūvi var veikt, izmantojot vairākus failus.
• · 4. Bāzes karte. Tas var būt gandrīz jebkurš plakans attēls, kas iegūts, importējot dažādu grafisko formātu failus: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF]. , [.JPG] un daži citi. Šīs kartes var izmantot ne tikai vienkāršiem mērķiem attēla izvade, bet arī, piemēram, lai dažus apgabalus rādītu tukšus.

Izmantojot dažādas iespējas šo galveno karšu veidu pārklāšanai un to dažādajam izvietojumam vienā lapā, varat iegūt dažādas iespējas sarežģītu objektu un procesu attēlošanai. Jo īpaši ir ļoti viegli iegūt dažādas iespējas sarežģītām kartēm ar vairāku parametru sadalījuma kombinētu attēlu vienlaikus. Visu veidu kartes lietotājs var rediģēt, izmantojot paša Surfer iebūvētos zīmēšanas rīkus.

Naftas nesoša veidojuma jumta (dibena) un tā ģeoloģiskā griezuma strukturālo karšu konstruēšanas metodika.

• 1. Veidojiet, pamatojoties uz failu bāzes karte mērogā 1 cm 1000 metri.
• 2. Digitalizēt licencētās zonas robežas.
• 3. Digitalizējiet akas un saglabājiet formātā DAT fails“jumts” (A aile - garums, B kolonna - platums, C kolonna - jumta dziļums, D kolonna - urbuma numurs, C kolonna - urbuma veids: ražošana ar trīsciparu skaitli, pārējā - izpēte)
• 4. Digitalizējiet profila līniju. Saglabājiet “profila līniju” BLN formātā ar tukšu šūnu B1.
• 5. Izveidojiet “Licencētās teritorijas pārskata karti” ar slāņiem - robežām, profila līniju un akas ar parakstiem.
• 6. Pievienot pārskata kartei slāni “YuS2 veidojuma jumta strukturālā karte” - nogludināts (ar koeficientu 3 divām koordinātēm), izolētas ik pēc 5 metriem (1.pielikums).
• 7. Izveidojiet "YUS2 veidojuma jumta profilu" - horizontālais mērogs sakrīt ar kartes mērogu, vertikālais mērogs ir 1 cm 5 metri.

ģeoloģiskās kartes profila programmatūra

Mihails Vladimirovičs Morozovs:
personīgā vietne

Matemātiskie modeļi (stunda, karte-1): Ģeoķīmisko karšu veidošana programmā Golden Software Surfer (vispārējā pieeja, darba posmi un saturs, atskaites forma)

nu " Matemātiskās modelēšanas metodes ģeoloģijā"

Kartes-1. Ģeoķīmisko karšu veidošana programmā Golden Software Surfer: vispārīgā pieeja, darba posmi un saturs. Ziņojuma veidlapa.
Kartes-2. Principi darbam ar Golden Software Surfer.

Lai atrastu noderīgā metāla uzkrāšanās vietu zemes garozā, ir nepieciešama ģeoķīmiskā karte. Kā to uzbūvēt? Tam nepieciešama laba programmatūra un sistemātiska pieeja. Iepazīsimies ar šī darba principiem un galvenajiem posmiem.

TEORIJA

Ģeoķīmiskās kartes izveide programmā Golden Software Surfer.

Sākotnējie dati. Lai izveidotu ģeoķīmisko karti, ir nepieciešams sagatavoties izklājlapa, kurā ir vismaz trīs kolonnas: pirmajās divās ir novērošanas (paraugu ņemšanas) punktu X un Y ģeogrāfiskās koordinātas, trešajā kolonnā ir kartētā vērtība, piemēram, ķīmiskā elementa saturs.

Koordinātas: sērfotājam mēs izmantojam taisnstūra koordinātas (metros), lai gan kartes rekvizītos starp iespējamām koordinātu sistēmām var atlasīt arī dažādas polārās koordinātas (grādos-minūtēs-sekundēs). Praksē, strādājot ar attēliem uz plakanas papīra lapas, ērtāk ir strādāt taisnstūra koordinātu sistēmā pielāgotā formātā.

No kurienes nāk koordinātas:
1. Dokumentējot punktus uz vietas, koordinātas tiek ņemtas no GPS vai GLONASS topogrāfa polāro koordinātu veidā (piemēram, koordinātu sistēmā WGS 84). Topo-references ierīce tagad var izskatīties kā viedtālrunis, taču ērtāk un uzticamāk ir izmantot īpašu ierīci, ko mīļi sauc par “džipu”.
2. Pārsūtot datus uz datoru no topogrāfiskā mērnieka, koordinātas tiek pārveidotas no polārās uz izmantoto taisnstūra koordinātu sistēmu (piemēram, sistēmās UTM, Pulkovo-1942, bet jūs varat arī izmantot vietējāģeodēziskā sistēma, kas pieņemta konkrētā uzņēmumā). Lai pārveidotu polārās koordinātas taisnstūra koordinātēs, ir ērti izmantot programmu Ozi Explorer.
3. Darbam ar Surfer sagatavotās izklājlapas kolonnām jābūt taisnstūra koordinātām metros.

Kartēšanas daudzums: lai izveidotu treniņu karti izolētās līnijās, mēs izmantosim satura logaritms jebkurš ķīmiskais elements. Kāpēc logaritms? Tā kā mikroelementu satura sadalījuma likums gandrīz vienmēr ir logaritmisks. Protams, iekšā īsts darbs vispirms ir jāpārbauda sadales likums, lai izvēlētos daudzuma veidu: sākotnējo vērtību vai tās logaritmu.

Ģeoķīmijā izmantojamo karšu veidi. Papildus kontūrkartei ģeoķīmiķi bieži izmanto dažus citus karšu veidus, bet ne visus no daudzveidīgajiem karšu veidiem, ko Surfer var izveidot, bet tikai stingri definētus. Tie ir uzskaitīti zemāk.

1. Faktu karte. Tas ir punktu kopums, kas parāda paraugu ņemšanas vietas uz zemes. Pie punktiem var attēlot marķierus - piketu numurus, bet ģeoķīmisko meklējumu laikā punktu ir tik daudz, ka parasti etiķetes tikai “pārblīvē” kartes telpu un netiek rādītas. Lai izveidotu faktu karti, mēs izmantojam funkciju Izlikt karti.

2. Ķīmisko elementu satura punktu karte. Uz tā dažādu izmēru apļi (vai citi simboli) norāda dažādu ķīmiskā elementa saturu paraugu ņemšanas vietās. Ja mēs izmantojam šādu karti, tad atsevišķa faktu karte vairs nav nepieciešama - abu karšu punkti pārklājas viens ar otru. Punktu karte (vai "plakāta karte") ir izveidota tā, lai meklētā elementa augstie līmeņi būtu pamanāmi. Leģenda norāda uz atbilstību starp apļa izmēru un elementa saturu g/t. Papildus izmēram var mainīties apļa krāsa. Katrs krūzes veids (izmērs, krāsa) atbilst manuāli piešķirtam satura diapazonam. Tie. dažādi veidi apļi ir dažādas punktu klases, kuru pamatā ir elementu saturs. Tāpēc tiek saukts rīks šādas kartes izveidošanai Klasificēta pasta karte. Kartes augšpusē ir ērti uzbūvēt izlikšanas karti izolētā veidā, lai redzētu, kā pēdējā (kas ir aprēķināta karte, t.i., veidota, pamatojoties uz datu interpolācijas rezultātiem) tiek apvienota ar oriģinālajām, kas iegūtas no laboratorijas. , t.i. "patiesais" saturs. Viena svarīga elementa (piemēram, zelta) ievietošanu kartē ir ērti attēlot cita meklēšanas parametra izolīnās (satelīta elements, statistiskais faktors, ģeofizikālais parametrs utt.). Svarīgi: pēc izveides šķiroto ziņu kartes veida karti nevar pārvērst par pasta karti un arī otrādi.

3. Karte izolētās līnijās. Vēlamā parametra faktiskā karte, kurā tiek parādītas dažādas satura gradācijas ar dažādu krāsu aizpildījumiem. Nepieciešama arī leģenda, kas aizpildījuma krāsu saista ar pakāpes līmeni. Aizpildījumu gradācijas tiek regulētas manuāli. Rīks - Kontūras karte. Papildus faktiskajam elementu saturam (vai to logaritmiem) ģeoķīmijā plaši tiek izmantotas daudzelementu indikatoru kartes. Tie var būt reizināšanas koeficienti (kur tiek reizināts vairāku elementu saturs), faktoru vērtību kartes (galvenās sastāvdaļas) utt. Patiesībā ģeoķīmiķa uzdevums ir atrast indikatoru, kas viņam ļauj atrisināt ģeoloģisko problēmu. Tā kā šādi rādītāji parasti izpaužas elementu kolektīvajā uzvedībā, ir pilnīgi dabiski, ka vienelementu kartes (t.i., viena atsevišķa elementa kartes) bieži ir mazāk informatīvas nekā daudzelementu kartes. Tāpēc karšu veidošanas posmu parasti ievada posms statistiskā apstrāde datus ar daudzfaktoru statistiskās analīzes rezultātu iegūšanu, piemēram, PCA (principal komponent method).

4. Kartes iezīmēšana. Pēc noklusējuma Surfer izveido taisnstūrveida karti. Ja paraugu ņemšanas vietas neveido taisnstūri, izrādās, ka paraugu ņemšanas laukums ir ierakstīts mākslīgi izveidotā taisnstūrī, kurā daļa no laukuma faktiski nav ņemta. Kontūru karte aptvers visu apgabalu, tāpēc nepārbaudītie kartes apgabali saturēs fiktīvus datus. Lai no tā izvairītos, ir jāierobežo kartes būvniecības apgabals ar to teritorijas daļu, par kuru ir pieejami paraugu ņemšanas dati. Lai to izdarītu, paraugu ņemšanas vietai jābūt iezīmētai ar īpašu līniju, kuru var novilkt manuāli. Gājiena kontūras izvade tiek veikta, izmantojot funkciju Bāzes karte.

Kartes veidošanas posmi.

3. Faktu kartes konstruēšana [karte-3]. 5. Punktu kartes (“posting map”) izveidošana [karte-5]. 9. Virszemes kartes uzbūve un tās projektēšana optimāla informācijas satura sasniegšanai [karte-6, turpinājums].

DARBA VEIKŠANAS KĀRTĪBA

Ņemot vērā: ķīmiskā elementa satura rādītājs un tā logaritmi ar paraugu ņemšanas vietu koordinātām.

Vingrinājums:

1. Izveidojiet faktu karti.

2. Izveidojiet punktu karti, pamatojoties uz ķīmiskā elementa saturu, izvēlieties punktu displejus dažādām klasēm.

3. Pats izveidojiet kartēšanas apgabala kontūru un izveidojiet to.

4. Apvienojiet apgabala kontūru, elementu punktu karti un faktu karti šādā secībā objektu pārvaldniekā. Parādiet punktu kartes leģendu.

5. Izveidojiet režģa failu ("grid") elementu satura logaritmiem, izmantojot triangulācijas metodi, pārbaudiet to. Atkārtojiet ar citām metodēm.

6. Konstruējiet variogrammu režģa faila konstruēšanai, izmantojot kraiging metodi, pārbaudiet to.

7. Konstruēt režģa failu (“grid”) elementu satura logaritmiem, izmantojot kraiging metodi, izmantojot variogrammas parametrus.

8. Izlīdziniet iegūto sieta failu ar vienkāršu filtru.

9. Atjaunojiet režģa failu no logaritmiem uz saturu.

10. Apgrieziet sieta failu pa iepriekš izveidoto kontūru.

11. Konstruējiet virsmas kartes izolētās un gradienta aizpildījumos, izmantojot izveidotos tīklus, pievienojiet leģendas.

12. Eksportēt uzbūvētās kartes kā JPG faili, ievietojiet pārskatā Word (DOC) formātā.

Ziņojuma veidlapa.

), kas nosaukts pēc Goldens pilsētas Kolorādo, kur tas atrodas, darbojas kopš 1983. gada un izstrādā zinātniskās grafikas pakotnes. Tās pirmais programmatūras produkts Golden Graphics System, kas tika izlaists tajā pašā gadā, tika izstrādāts, lai apstrādātu un parādītu datu kopu attēlus, kas aprakstīti ar divdimensiju funkciju, piemēram, z=f(y,x). Pēc tam šī pakete saņēma nosaukumu Surfer, kas ar to ir saglabājies līdz mūsdienām. Un divus gadus vēlāk parādījās Grapher pakotne, kas paredzēta datu kopu un funkciju, piemēram, y=f(x) grafiku apstrādei un attēlošanai.

Tieši šīs DOS pakotnes bija ļoti populāras (protams, nelegālu kopiju veidā) 80. gadu beigās padomju speciālistu vidū, kas bija iesaistīti dažādos matemātiskās datu apstrādes aspektos, galvenokārt plašā ģeozinātņu diapazonā, piemēram, ģeoloģijā, hidroģeoloģijā, seismikā, ekoloģijā, meteoroloģijā, kā arī citās saistītās jomās.

Tajā pašā laikā mēs sākām aktīvi strādāt ar Surfer 4 pakotni DOS. Atšķirībā no mūsu kolēģiem no citām nodaļām (mūsu institūts veica pētījumus inženierizpētes jomā būvniecībā), kuri nodarbojās ar ļoti specifisku problēmu risināšanu konkrētās vietās un strādāja ar Surfer kā atsevišķu produktu gala lietotājiem, mēs kā izstrādātāji bijām. piesaista šīs pakotnes iebūvētās izmantošanas iespējas mūsu pašu programmās.

Ideja bija ļoti vienkārša – Surfer varēja strādāt gan interaktīvi, gan pakešu režīmā, uzstājoties noteikta secība funkcijas, kuru pamatā ir dati no komandu un informācijas failiem. Ģenerējot šos failus savās programmās, mēs varētu piespiest ārēju pakotni veikt nepieciešamās darbības. Tajā pašā laikā lietotājam, skatoties, piemēram, izolētas kartes attēlu vai izdrukājot to, pat nebija aizdomas, ka viņš strādā ar kādu citu pakotni.

Kopumā mums ļoti patika Surfer. Mēs joprojām to uzskatām par klasisku izcila programmatūras produkta piemēru. Ērts interaktīvs interfeiss bez arhitektoniskām frillēm, programmētājam atvērts un saprotams interfeiss, pārbaudīti matemātiski algoritmi, ļoti kompakts kods, pieticīgi resursu pieprasījumi. Īsāk sakot, tas bija programmatūras izveides stils, kas šodien lielā mērā ir zudis un kas cienīja nākamos lietotājus nevis vārdos, bet darbos. (Mēs esam ļoti gandarīti, ka šo stilu saglabāja Golden Software turpmākajās izstrādēs.)

Saskaņā ar versiju, kas tika dzirdēta 1994. gadā Starptautiskajā konferencē par analītisko ģeofiltrācijas modeļiem Indianapolisā, Surfer autors un uzņēmuma dibinātājs bija hidroģeoloģijas absolvents vienā no Amerikas universitātēm. Uzņēmuma produktu “ģeoloģiskās” saknes šķiet gandrīz acīmredzams fakts.

Patiesībā Zelta pilsēta ir maza un drosmīga. Tajā atrodas slavenais ģeozinātņu mācību centrs Colorado School of Mines un tā māsas uzņēmums Starptautiskais gruntsūdens modelēšanas centrs, kas arī veido, testē un izplata hidroģeoloģiskās programmas (tostarp neatkarīgu izstrādātāju nodrošinātās).

Laiks iet, taču, neskatoties uz diezgan spraigo konkurenci, Golden Software pakotnes (galvenokārt Surfer) joprojām ir ļoti populāras gan ASV, gan citās valstīs. Saites uz tām ir pieejamas gandrīz katrā zinātniskajā publikācijā vai programmatūras produktā, kas saistīts ar eksperimentālo datu skaitlisko modelēšanu un apstrādi.

1990. gadā uzņēmums paziņoja par DOS versiju izstrādes pārtraukšanu un Windows programmatūras produktu izstrādes sākumu. 1991. gadā parādījās jauna MapViewer pakotne (ģeogrāfiski izplatītas skaitliskās informācijas analīzes un vizualizācijas rīks un informatīvo tematisko karšu veidošana - Thematic Mapping Software), un pēc tam tika izlaistas jau zināmo pakotņu Windows versijas: 1993. gadā - Grapher 1.0 un 1994. gadā. - Surfer 5.0. 1996. gadā tika izlaists vēl viens jauns produkts - Didger (digitalizācija grafiskā informācija), kas ļoti veiksmīgi papildināja citu Golden Software programmu funkcionalitāti.

Šeit gan jāuzsver, ka, pārtraucot DOS versiju izstrādi, uzņēmums turpināja tās atbalstīt līdz 1995. gadam: pārdošana licencētas kopijas, konsultācijas utt. Tāda cieņpilna attieksme pret lietotāju (pārdot to, kas klientam vajadzīgs, nevis darboties pēc principa “ņem to, kas ir”), redz, mūsdienās ir retums.

Kopumā Golden Software ir ļoti pamācošs piemērs neliela uzņēmuma ilgtspējīgai pozīcijai, kas izstrādā un pārdod savus programmatūras produktus savā “ekoloģiskajā nišā” globālajā datoru tirgū.

Turklāt jāatzīmē, ka jaudīgu sistēmu parādīšanās, kas, šķiet, dara "visu visu" (piemēram, grafisko rīku iekļaušana izklājlapās vai ĢIS ar to iespējām apstrādāt kartogrāfisko informāciju), nav satricinājusi uzņēmuma pozīcijas. nelielas specializētas programmatūras pakotnes. Šāda specializēta programmatūra funkcionalitātē un lietošanas vienkāršībā ievērojami pārspēj lielas integrētās sistēmas. Pēdējā priekšrocība ir īpaši svarīga, analizējot milzīgu eksperimentālo datu apjomu, nevis tikai ģenerējot pētījumu rezultātus prezentācijas grafikas veidā. Tam jāpieskaita šādu programmu pieticīgākās prasības datora jaudas un tā cenas ziņā.

Golden Software pašlaik piedāvā četrus produktus operētājsistēmai Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 un Didger 1.0. Tieši par tiem mēs runāsim mūsu pārskatā.

Surfer pakete - divdimensiju funkciju apstrāde un vizualizācija

Surfer 5.0 operētājsistēmai Windows 3.x tika izlaists 1994. gadā. Gadu vēlāk, vienlaikus ar Windows 95 izlaišanu, tika izlaista Surfer 6.0, kas tika prezentēta divās versijās - 32 bitu, lai darbotos Windows vide NT un Windows 95 un 16 bitu operētājsistēmai Windows 3.1. Instalējot pakotni, lietotājs var vai nu pats izvēlēties vēlamo programmas versiju, vai arī uzticēt to instalēšanas programmai, kas noteiks sistēmas konfigurāciju un automātiski izvēlēsies versiju. Paku aprakstīsim šādi: vispirms runāsim par versijas 5.0 iespējām, bet pēc tam par Surfer 6.0 jauninājumiem.

Surfer galvenais mērķis ir apstrādāt un vizualizēt divdimensiju datu kopas, kas aprakstītas ar tādu funkciju kā z=f(x, y). Darba ar paketi loģiku var attēlot trīs galveno funkcionālo bloku veidā: a) digitālā virsmas modeļa uzbūve; b) palīgoperācijas ar digitālajiem virsmas modeļiem; c) virsmas vizualizācija.

Digitālā virsmas modeļa uzbūve

Neskatoties uz visu grafisko datu vizualizācijas iespaidīgumu, šādu pakotņu izcilība, protams, ir tajās ieviestais matemātiskais aparāts. Fakts ir tāds, ka, nesaņemot skaidru atbildi uz jautājumu: “Kāda metode ir datu pārveidošanas pamatā un kur var redzēt visu šo transformāciju ticamības novērtējumu?”, lietotājs (šajā gadījumā, visticamāk, zinātnieku), iespējams, vairs neinteresēs visas pārējās programmas priekšrocības.

Digitālais virsmas modelis tradicionāli tiek attēlots kā vērtības taisnstūra regulāra režģa mezglos, kuru diskrētums tiek noteikts atkarībā no konkrētās risināmās problēmas. Lai saglabātu šādas vērtības, Surfer izmanto savus GRD failus (bināro vai teksta formātu), kas jau sen ir kļuvuši par sava veida matemātiskās modelēšanas pakotņu standartu.

Principā ir trīs iespējamās iespējas vērtību iegūšanai režģa mezglos; tie visi ir ieviesti komplektā:

1. pēc sākotnējiem datiem, kas noteikti patvaļīgajos reģiona punktos (neregulāra režģa mezglos), izmantojot interpolācijas algoritmus divdimensiju funkcijām;
2. Lietotāja skaidri norādītas funkcijas vērtību aprēķināšana; pakete ietver diezgan plašu funkciju klāstu - trigonometrisko, Besela, eksponenciālo, statistisko un dažas citas (1. att.);
3. pāreja no viena regulāra režģa uz otru, piemēram, mainot režģa diskrētumu (šeit parasti tiek izmantoti diezgan vienkārši interpolācijas un izlīdzināšanas algoritmi, jo tiek uzskatīts, ka pāreja tiek veikta no vienas gludas virsmas uz otru) .

Papildus, protams, var izmantot jau gatavu digitālās virsmas modeli, ko lietotājs ir ieguvis, piemēram, skaitliskās modelēšanas rezultātā (tā ir diezgan izplatīta iespēja izmantot Surfer pakotni kā pēcprocesoru).

Pirmā režģa modeļa iegūšanas iespēja visbiežāk sastopama praktiskās problēmās, un tieši divdimensiju funkciju interpolācijas algoritmi, pārejot no neregulāra režģa uz parasto, ir paketes “trumpis”.

Fakts ir tāds, ka procedūra, kā pāriet no vērtībām diskrētos punktos uz virsmu, nav triviāla un neskaidra; Dažādiem uzdevumiem un datu veidiem ir nepieciešami dažādi algoritmi (vai drīzāk, nevis “obligāti”, bet “labāk piemēroti”, jo, kā likums, neviens no tiem nav 100% piemērots). Tādējādi programmas efektivitāti divdimensiju funkciju interpolēšanai (tas attiecas arī uz viendimensiju funkciju problēmu, bet divdimensiju gadījumā viss ir daudz sarežģītāk un daudzveidīgāk) nosaka šādi aspekti:

1. dažādu interpolācijas metožu kopums;
2. pētnieka spēja kontrolēt dažādus šo metožu parametrus;
3. konstruētās virsmas precizitātes un uzticamības novērtēšanas līdzekļu pieejamība;
4. iespēja precizēt rezultātu, pamatojoties uz Personīgā pieredze eksperts, ņemot vērā dažādus papildu faktorus, kas nevarēja tikt atspoguļoti avota datos.

Surfer 5.0 saviem lietotājiem piedāvā septiņus interpolācijas algoritmus: Kriging, Apgrieztais attālums, Minimālais izliekums, Radiālās bāzes funkcijas, Polinoma regresija, Šeparda metode, kas ir Inverse distance metodes kombinācija ar splainiem) un triangulāciju. Regulārus sieta aprēķinus tagad var veikt jebkura izmēra X, Y, Z datu kopu failiem, un pats acs izmērs var būt 10 000 x 10 000 mezglu.

Interpolācijas metožu skaita palielināšanās var ievērojami paplašināt risināmo problēmu loku. Jo īpaši, triangulācijas metodi var izmantot, lai izveidotu virsmu, izmantojot precīzas sākotnējo datu vērtības (piemēram, Zemes virsma saskaņā ar ģeodēziskās izpētes datiem), un polinoma regresijas algoritmu var izmantot, lai analizētu virsmas tendenci. virsmas.

Tajā pašā laikā tiek nodrošinātas plašas iespējas interpolācijas metožu kontrolei no lietotāja puses. Jo īpaši populārākā ģeostatiskā Kricking metode eksperimentālo datu apstrādē tagad ietver izmantošanas iespēju dažādi modeļi variogrammas, izmantojot algoritma variāciju ar dreifēšanu un ņemot vērā anizotropiju. Aprēķinot virsmu un tās attēlu, var iestatīt arī patvaļīgas konfigurācijas teritorijas robežu (2. att.).

Turklāt ir iebūvēts grafiskais redaktors režģa laukuma datu vērtību ievadīšanai un labošanai, savukārt lietotājs uzreiz redz savu darbību rezultātus izmaiņu veidā izolētajā kartē (3. att.). Veselai problēmu klasei (īpaši tām, kas saistītas ar dabas datu aprakstu), kuras, kā likums, nevar aprakstīt ar precīzu matemātisko modeli, šī funkcija bieži vien ir vienkārši nepieciešama.

Datu ievade tiek veikta no [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) vai vienkāršiem ASCII teksta failiem, kā arī no Excel [.XLS] izklājlapām. Lotus [.WK1, .WKS]. Avota informāciju var arī ievadīt vai rediģēt, izmantojot pakotnē iebūvēto izklājlapu, un ir iespējamas papildu datu darbības, piemēram, kārtošana un skaitļu konvertēšana, izmantojot lietotāja definētus vienādojumus.

Palīgoperācijas ar virsmām

Surfer for Windows ir liels komplekts papildu līdzekļi virsmu pārveidošanai un dažādām darbībām ar tām:

• tilpuma aprēķināšana starp divām virsmām;
• pāreja no viena regulārā režģa uz otru;
• virsmas transformācija, izmantojot matemātiskas darbības ar matricām;
• virsmas sadalīšana (profila aprēķins);
• virsmas laukuma aprēķins;
• virsmu izlīdzināšana, izmantojot matricas vai splainu metodes;
• failu formāta konvertēšana;
• vairākas citas funkcijas.

Interpolācijas kvalitāti var novērtēt, izmantojot statistisku novērtējumu par sākotnējo punktu vērtību novirzēm no iegūtās virsmas. Turklāt statistikas aprēķinus vai matemātiskas transformācijas var veikt jebkurai datu apakškopai, tostarp izmantojot lietotāja definētas funkcionālās izteiksmes.

Virsmas attēlu vizualizācija

Virsmu var grafiski attēlot divos veidos: kontūru kartēs vai virsmas trīsdimensiju attēlos. Tajā pašā laikā Surfer darbs balstās uz šādiem to uzbūves principiem:

1. attēla iegūšana, pārklājot vairākus caurspīdīgus un necaurspīdīgus grafiskos slāņus;
2. gatavo attēlu imports, ieskaitot tos, kas iegūti citās lietojumprogrammās;
3. izmantojot īpašus zīmēšanas rīkus, kā arī izmantojot teksta informāciju un formulas, lai izveidotu jaunus un rediģētu vecos attēlus.

Vairāku logu saskarnes izmantošana ļauj izvēlēties ērtāko darbības režīmu. Jo īpaši varat vienlaikus skatīt skaitliskos datus izklājlapas, uz šiem datiem balstītas kartes un fona informācija no teksta faila (4. att.).

Surfer 5.0 kā galvenos vizuālos elementus izmanto šādus karšu tipus:

1. Kontūras karte. Papildus jau tradicionālajiem izolīnu, asu, rāmju, marķējumu, leģendu u.c. attēlošanas režīmu kontroles līdzekļiem tiek realizēta iespēja veidot kartes, aizpildot atsevišķas zonas ar krāsu vai dažādiem rakstiem (5. att.). Turklāt plakanās kartes attēlu var pagriezt un noliekt, kā arī var izmantot neatkarīgu mērogošanu pa X un Y asīm.
2. Virsmas trīsdimensiju attēls (3D virsmas karte). Šajās kartēs tiek izmantoti dažādi projekcijas veidi, un attēlu var pagriezt un noliekt, izmantojot vienkāršu grafisko interfeisu. Uz tām var arī uzzīmēt griezuma līnijas un izolētas (6. att.), iestatīt neatkarīgu mērogošanu pa X, Y, Z asīm un aizpildīt atsevišķus virsmas režģa elementus ar krāsu vai rakstu.
3. Sākotnējo datu karte (Post Map). Šīs kartes tiek izmantotas, lai parādītu punktu datus īpašu simbolu un tām paredzētu teksta etiķešu veidā. Šajā gadījumā, lai kādā punktā parādītu skaitlisko vērtību, var kontrolēt simbola lielumu (lineāra vai kvadrātiskā atkarība) vai izmantot dažādus simbolus atbilstoši datu diapazonam (7. att.). Vienas kartes uzbūvi var veikt, izmantojot vairākus failus.
4. Bāzes karte. Tas var būt gandrīz jebkurš plakans attēls, kas iegūts, importējot dažādu grafisko formātu failus: 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] un daži citi. Šīs kartes var izmantot ne tikai, lai vienkārši parādītu attēlu, bet arī, piemēram, lai parādītu dažus apgabalus kā tukšus. Turklāt, ja vēlas, šīs kartes var izmantot, lai iegūtu robežas, veicot virsmas aprēķinus, transformējot, preparējot utt.

Izmantojot dažādas iespējas šo galveno karšu veidu pārklāšanai un to dažādajam izvietojumam vienā lapā, varat iegūt dažādas iespējas sarežģītu objektu un procesu attēlošanai. Jo īpaši ir ļoti viegli iegūt dažādas iespējas sarežģītām kartēm ar vairāku parametru sadalījuma kombinētu attēlu vienlaikus (8. att.). Visu veidu kartes lietotājs var rediģēt, izmantojot paša Surfer iebūvētos zīmēšanas rīkus.

Arī vairāku karšu attēlošana trīsdimensiju “plaukta” veidā ir ļoti efektīva un ērta analīzei. Turklāt tas var būt vai nu atšķirīgs to pašu datu kopu attēlojums (piemēram, trīsdimensiju attēls plus krāsu izolīna karte: 9. att.), vai dažādu kopu virkne, piemēram, viena parametra sadalījums zonās. dažādos laikos vai vairākiem dažādiem parametriem (10. att.).

Visas šīs attēlu attēlošanas iespējas var būt ļoti noderīgas dažādu interpolācijas metožu vai to individuālo parametru ietekmes uz iegūtās virsmas izskatu salīdzinošā analīzē (11. att.).

Atsevišķi būtu jārisina krievu fontu izmantošanas problēma. Fakts ir tāds, ka komplektā iekļautie SYM fonti, protams, nav rusificēti, tāpēc jums ir jāizmanto Windows TrueType fonti. Bet tie nav piemēroti dažiem attēla izvades režīmiem; piemēram, kad teksts tiek parādīts leņķī, rakstzīmes dažreiz tiek izkropļotas līdz nepazīšanai. Šajā gadījumā labāk ir izmantot SYM vektora fontus ar vienas līnijas dizainu (tie vienmēr ir skaidri redzami), un tikai latīņu fonti ir pieejami gatavā formā. Tomēr šai problēmai ir diezgan vienkāršs risinājums.

Surfer DOS versijai bija īpaša lietderība ALTERSYM, lai izveidotu savas SYM fontu kopas (diemžēl tas pazuda Windows versijā, tāpēc varat izmantot DOS versiju). Bet tas ļauj izveidot un rediģēt tikai pamata rakstzīmju kopu (ASCII kodi 32-127). Mēs savulaik šo problēmu DOS versijai atrisinājām šādi: uzrakstījām utilītu, kas no tukšiem ALTERSYM programmas izveidotajiem failiem izveido pilnu simbolu komplektu (1-255), ar kuriem lieliski darbojas VIEW un PLOT izvades moduļi. Šī pieeja ir diezgan piemērota Surfer Windows versijai.

Iegūtos grafiskos attēlus var izvadīt uz jebkuru drukas ierīci, ko atbalsta sistēma Windows, vai izvadīt faila formātā, piemēram, AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows starpliktuvi [.CLP], kā arī HP grafikas valodā [. .HPGL] un Encapsulated PostScript [.EPS]. Izmantojot Windows starpliktuvi, var veikt arī divvirzienu datu un grafikas apmaiņu ar citām Windows lietojumprogrammām. Turklāt Surfer sagatavotos grafiskos attēlus var eksportēt uz MapViewer pakotni, uzklāt uz tās teritorijas karti un iegūt karti par šī parametra izplatību konkrētā teritorijā (12. un . att.).

Makro pakotnes vadīklas

Programmā Surfer 5.0, kas tika izveidota tālajā 1994. gadā, gandrīz vienlaikus ar biroja paketes Microsoft Office 4.0, tika ieviests objekta komponenta modelis, pamatojoties uz OLE 2.0 automatizācijas mehānisma (ko mūsdienās sauc par ActiveX) atbalstu. Tas ļauj integrēt Surfer kā ActiveX serveri sarežģītās datu apstrādes un modelēšanas sistēmās.

Jebkurā valodā, kas arī atbalsta šo mehānismu (piemēram, Visual Basic, C++ vai Visual Basic lietojumprogrammām), varat uzrakstīt vadības makro failu sērfotājam. Jo īpaši, izmantojot makro failu kopu, varat automātiski veikt dažus bieži atkārtotus uzdevumus. Vai arī šādu failu var ģenerēt jebkuras aplikācijas aprēķinu programmas izpildes laikā automātiskai datu apstrādei un vizualizācijai.

Piemēram, šī funkcija, kas rakstīta VB valodā, izveido kontūru karti un ievieto tās attēlu izklājlapā ar nosaukumu "Sheet1":

• Funkcija MakeMap();
• definējot Surf mainīgo kā objektu Dim Surf kā objektu;
• kartēšanas iestatīšana starp mainīgo Surf un Surfer programmu Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• ievadiet GRD faila nosaukumu;
• makro komandu izpilde ar Surfer pakotni Surf.MapCountour(GrdFile$);
• izveidot izolētu karti Surf.Select;
• atlasīt attēlu Surf.EditCopy;
• kopēt atlasīto attēlu starpliktuvē;
• šī jau ir Excel komanda - ielīmējiet attēlu no starpliktuves pašreizējā tabulā Sheet1 Worksheets("Sheet1").Attēls.Ielīmējiet beigu funkciju.

Šīs procedūras nozīme ir diezgan skaidra. Pirmkārt, Surf mainīgais tiek definēts kā objekts un piešķirts Surfer pakotnei (Surfer.App). Tālāk ir komandas, kuras VBA jau interpretē kā Surfer funkciju izsaukumus (to nosaukumi atbilst komandām, kuras lietotājs izvēlas dialoga režīmā), kas tiek izpildītas, izmantojot ActiveX mehānismu.

Turklāt Surfer pakotnei ir sava makro valoda, kas patiesībā ir VBA veids un tiek izmantota, lai rakstītu kontroles vaicājumus īpašā programmā SG Scripter (fails GSMAC.EXE). Piemēram, izmantojot šādu vienkāršu programmu, varat ieviest makro, kas automātiski izveido kontūru kartes vienai avota datu kopai, izmantojot visas septiņas interpolācijas metodes:

• sērfotāja objekta izveide Set Surf = CreateObject("Sērfotājs.App");
• kartes konstruēšana, izmantojot katru interpolācijas metodi;
• avota datu failam DEMOGRID.DAT Metodei = 0 līdz 6;
• atvērts jauns dokuments zīmēšana Surf.FileNew();
• GRD faila aprēķins ar pašreizējo interpolācijas metodi If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Tad End;
• izolētas kartes izveidošana Ja Surf.MapContour (“PARAUGS”) = 0, tad Beigt Nākamo.

Palaist iekšā automātiskais režīms Līdzīgus uzdevumus, kas tiek parādīti kā GS Scripter rakstīta programma, var izpildīt vai nu no komandrindas:

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

vai no jebkuras lietojumprogrammas, izmantojot komandu SHELL:

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

(/x slēdzis norāda uz nepieciešamību automātiska izpilde programmas uzdevums.bas).

GS Scripter var izmantot arī, lai kontrolētu citas programmas, kas atbalsta ActiveX (piemēram, darbam ar MS Office).

Kas jauns programmā Surfer 6.0

Kā jau teicām, Surfer 6.0 ir pieejams 16 un 32 bitu versijās. Tomēr papildus tam ir parādījušies vairāki noderīgi funkcionālie paplašinājumi. Pirmkārt, jāatzīmē, ka plakano attēlu veidošanā ir iespējams izmantot vēl divus fona karšu veidus: Image Map un Shaded Relief Map.

Image Map iebūvētie zīmēšanas rīki padara krāsu karšu izveidi pavisam vienkāršu un ātru. Šajā gadījumā varat izmantot attēlu vairāku krāsu aizpildīšanu, tostarp izmantojot lietotāja izveidotās krāsu kombinācijas.

Taču īpaši iespaidīgas ir Shaded Relief Map iespējas, kas ļauj iegūt tādus attēlus kā augstas kvalitātes fotogrāfijas tieši Surfer vidē (14. att.), ko var izmantot gan kopīgai lietošanai ar kontūrkartēm, gan patstāvīgi. . Tas ļauj lietotājam kontrolēt visus parametrus, kas nepieciešami, lai izveidotu izteiksmīgākos attēlus, tostarp gaismas avota atrašanās vietu, relatīvo slīpuma gradientu, ēnojuma veidu un krāsu. Pakas lietotājam ir arī vairāk iespēju vizualizēt datus un sakārtot dažādus attēlus vienā ekrānā (15. att.).

Paplašināts palīgoperāciju kopums, apstrādājot digitālās virsmas. Izmantojot jaunās Grid Calculus funkcijas, jūs varat noteikt skata slīpumu, izliekumu un horizonta līniju noteiktā virsmas punktā, kā arī aprēķināt Furjē funkciju un spektrālās analīzes pirmo un otro atvasinājumu. Un papildu Grid Utilities rīki ļauj pārveidot, pārvietot, mērogot, pagriezt un atspoguļot datus GRD failos (formāts vērtību glabāšanai parastos režģa mezglos). Pēc tam varat veikt jebkuru datu kopas apakškopas atlasi pēc kolonnu un kolonnu skaita vai vienkārši patvaļīgiem režģa mezgliem.

No virsmas konstruēšanas matemātiskā aparāta viedokļa ļoti svarīgi šķiet realizēt vēl vienu interpolācijas algoritmu - Tuvāko kaimiņu, kā arī trīs līmeņu variogrammu ligzdošanu, kas ļauj izveidot vairāk nekā 500 iegūtās kombinācijas.

Iepriekš izveidotie attēli, pamatojoties uz dažādi veidi kartes (kontūru karte, ēnota reljefa karte, posta karte, attēlu karte) var izmantot kā veidni, aizstājot esošās kartes ar jaunu GRD failu. Turklāt tagad, vispirms apvienojot vairākus dažādu karšu slāņus vienā attēlā, varat tos sadalīt sākotnējos elementos un pārveidot, pamatojoties uz jauniem datiem.

Starp tīri servisa funkcijām jāizceļ iespēja robežlīniju un patvaļīgu punktu digitalizācijas datus no ekrāna ievadīt tieši ASCII failā, kā arī automātiska leģendas izveide dažāda veida Post Map punktiem. Tagad varat importēt digitālā augstuma modeļa (DEM) failus tieši no interneta (vai jebkura cita informācijas avota) kā digitālo virsmas modeli. Un visbeidzot, jaunie datu eksporta formāti ļauj saglabāt karšu attēlus gandrīz visos rastra formātos (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG un daudzos citos).

Turpinājums sekos

ComputerPress 2"1999

Ģeoloģiskās un ģeofizikālās informācijas apstrādei izmantotie programmatūras rīki un tehnoloģijas: standarta MSOffice programmas;
statistiskās informācijas apstrādes programmas
(Statistika, Coscade);
datorgrafikas programmas:
standarta programmas (CorelDraw, Photoshop...);
inženiergrafikas programmas (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
datorizētas projektēšanas sistēmas
(AutoCAD utt.);
specializētas apstrādes sistēmas un
ģeoloģiskās un ģeofizikālās informācijas interpretācija;
sarežģītas analīzes un interpretācijas sistēmas
ģeoloģiskie un ģeofiziskie dati;
ģeogrāfiskās informācijas sistēmas.

Disciplīnas plāns
Kursa saturs:
Punkti
1. Kartēšanas pamati programmatūras pakotnē
Sērfotājs (zelta programmatūra).
40 (16)
2. Lauku trīsdimensiju modeļu izveide programmā
Voxler (zelta programmatūra).
20 (8)
3. Dizaina pamati programmā Autocad (Autodesk)
40 (17)
4. Ģeoloģisko problēmu risināšana ģeoinformācijā
ArcGIS sistēma (ESRI)
30 (12)
5. Noguldījuma 3D modeļa izveide un rezervju aprēķināšana iekšā
Micromine (Micromine) sistēma.
30 (12)
gala eksāmens
40 (17)

TĒMA Nr.1.

Kartēšanas pamati
Surfer programmatūras pakotne

Sērfotāju programma (Golden Software, ASV)

Pakas galvenais mērķis ir veidot
virsmu kartes z = f(x, y).
3D projekcija

Programmas saskarne

Paneļi
instrumenti
Izvēlne
programmas
Zemes gabala logs
Darba lapas logs
Pārvaldnieks
objektus

Sistēmas struktūra

Programma ietver 3 galvenos
funkcionālie bloki:
1. būvniecība
digitālais modelis
virsmas;
2. palīgoperācijas ar ciparu
virsmas modeļi;
3. virsmas vizualizācija.

Digitālā virsmas modeļa uzbūve
Tiek attēlots virsmas Z(x, y) digitālais modelis
vērtību veidā taisnstūra regulāra režģa mezglos, diskrētums
kas tiek noteikts atkarībā no konkrētās risināmās problēmas.
y
x ≠ y
x
y
z1
z5
z9
z13
z17 mezgls
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
x

[.GRD] tipa faili (bināri vai
teksta formātā).
šūnu skaits gar X un Y asīm
X, Y, Z minimālās un maksimālās vērtības
y rinda
(Y=konst.)
rinda x
(X = nemainīgs)
Programma Surfer ļauj izmantot gatavus digitālos modeļus
virsmas citu sistēmu formātos USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], digitālais reljefa pacēluma modelis (DTED) [.DT*] .

Komplektā ietilpst 3 iespējas
vērtību iegūšana režģa mezglos:
pēc sākotnējiem datiem, kas norādīti patvaļīgajos reģiona punktos (in
neregulāra režģa mezgli), izmantojot algoritmus
divdimensiju funkciju interpolācija;
Lietotāja skaidri norādītas funkcijas vērtību aprēķināšana;
pāreja no viena parastā režģa uz citu.

Režģa izveide no neregulāras datu kopas
Sākotnējie dati:
Formatēt tabulas [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
XYZ dati

Izvēle
datus
Izvēlnes vienums Režģis>Dati
Metodes izvēle
interpolācija
Tīkla ģeometrijas noteikšana

Režģa šūnas izmēra izvēle
Tīkla blīvuma izvēle jāveic saskaņā ar
avota dati vai nepieciešamais kartes mērogs.
Ja ir zināms mērogs, kādā karte jāzīmē, tad solis
starp režģa līnijām ir jāiestata vienāds ar vienību skaitu
kartes, kas iekļaujas 1 mm attēlos.
Piemēram, mērogā 1:50 000 tas ir 50 m.
Ja vajadzīgais mērogs iepriekš nav zināms, tad solis starp rindām
režģus var iestatīt uz pusi no vidējā attāluma
starp datu punktiem.

Režģa metodes

Apgrieztais attālums
Krigings
Minimālais izliekums
Polinoma regresija
Triangulācija ar lineāro interpolāciju
lineārā interpolācija),
Tuvākais Kaimiņš
Šeparda metode (Šeparda metode),
Radiālās bāzes funkcijas
Kustīgais vidējais utt.

INTERPOLĀCIJA:
Triangulācija ar lineāro metodi
Interpolācija
Triangulācija ar lineārās interpolācijas metodi
Lineārā interpolācija) ir balstīta uz Delaunay triangulāciju pār ievades punktiem un
virsmas pacēlumu lineāra interpolācija plakanās virsmās.
z
punkts ar nezināmo
vērtības (mezgls)
x
y
Delaunay triangulācija
punkti ar zināmiem
vērtības

INTERPOLĀCIJA: apgrieztā attāluma līdz jaudai (IDW) metode
Apgrieztā attāluma līdz jaudas metodei
aprēķina šūnu vērtības, aprēķinot vidējās vērtības atskaites punktos,
atrodas katras šūnas tuvumā. Jo tuvāk punkts atrodas šūnas centram,
kuras vērtība ir aprēķināta, jo lielāka ir tā ietekme vai svars
vidējo noteikšanas process
7,5
11,8
,
100 m
Kur
150 m
60 m
3,0
i – izmērītās vērtības svars;
k – eksponents
?
70 m
21,6
punkti ar zināmiem
vērtības
?
punkti ar nezināmajiem
vērtības
Rādiuss
interpolācija

INTERPOLĀCIJA: minimālā izliekuma metode
Minimālā izliekuma metode aprēķina vērtības ar
izmantojot matemātisko funkciju, kas samazina kopējo summu
virsmas izliekumu un izveido gludu virsmu, kas iet cauri
atskaites punkti

Interpolācija: polinomu regresijas metode
Polinoma regresijas metode balstās uz
virsmas tuvināšana ar noteiktas kārtas polinomu:
z(x)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn — n-tās kārtas polinoms
Mazāko kvadrātu metode samazina summu
- parametra z aprēķinātā (aprēķinātā) vērtība
- parametra z novērotā vērtība

pirmais pasūtījums
Virsmas tuvināšana ar polinomu
otrais pasūtījums

Interpolācija: Kriginga metode
Kriginga metode ir balstīta uz statistikas modeļiem, kas
ņem vērā telpisko autokorelāciju (statistiskās attiecības
starp atskaites punktiem)
Nejaušas, bet telpiski korelētas svārstības
augstumi
Nejaušs troksnis
(akmeņi)
Drifts (vispārēja tendence)
augstuma izmaiņas)
Kriginga elementu ilustrācija. Drifts (vispārēja tendence), nejaušs, bet
telpiski korelētas augstuma svārstības (nelielas novirzes no vispārējā
tendences) un nejaušu troksni.

Variogramma
Pusdispersija (attālums h) = 0,5 * vidējais[ (vērtība punktā i — vērtība punktā j)2]
visiem punktu pāriem, kas atdalīti ar attālumu h
Daļēji dispersija
h
h
Attālums (kavējums)
Daļēji dispersija
Punktu pāru veidošana:
sarkanais punkts sader ar visiem
citi mērījumu punkti
Atlikums
dispersija
(tīrradnis)
Ierobežot
rādiuss
korelācijas
(diapazons)
Attālums (kavējums)

Semivariogrammas modelēšana
Daļēji dispersija
Daļēji dispersija
Attālums (kavējums)
Sfērisks modelis
Attālums (kavējums)
Daļēji dispersija
Eksponenciālais modelis
Attālums (kavējums)
Lineārais modelis

Vērtību aprēķināšana tīkla mezglos
7,5
11,8
punkti ar zināmiem
vērtības
100 m
150 m
60 m
3,0
?
punkti ar nezināmajiem
vērtības
?
70 m
21,6
i – izmērītās vērtības svars,
aprēķināts
ieslēgts
pamats
modeļiem
variogrammas
Un
telpiskā
mērījumu punktu sadalījums apkārt
punkts tiek novērtēts
Rādiuss
interpolācija

Interpolācijas metožu salīdzinājums
Atpakaļ
svērtais
attālumos
Triangulācija ar
lineārs
interpolācija
Minimums
izliekums
Krigings

Papildu iespējas
IV
R2
1. Avota datu apgabala noteikšana vērtību aprēķināšanai mezglos
režģa fails
es
R1
III
II

2. Pārrāvuma līniju un kļūdu uzskaite
Kļūdas
Izmantojot uzdevumu Faults, tiek simulēta pozīcija
kļūme/reverse fault tipa defekti.
Faila struktūra [.BLN]
Punktu daudzums
objektu uzdevumi
Kods
(0 — režģa atiestatīšana ārpusē
kontūra,
1 - režģa atiestatīšana
kontūras iekšpusē)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Misijas vaina
Uzskaites kļūdas atbalsta interpolācijas metodes: Apgrieztais attālums līdz a
Jauda, ​​minimālais izliekums, tuvākais kaimiņš un datu metrika.

Lūzuma līnijas
Faila struktūra [.BLN]
Daudzums
punktus
uzdevumus
objektu
Kods
(0 režģa atiestatīšana
ārpus kontūras
1 - režģa atiestatīšana
iekšā
kontūra)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Misijas lūzuma līnija
Breakline uzskaite atbalsta interpolācijas metodes:
Apgrieztais attālums līdz jaudai, krigings, minimālais izliekums,
Tuvākais kaimiņš, Radiālā pamata funkcija, Kustīgais vidējais, Vietējais
Polinoms

Pārtraukumu uzskaite

Grāmatvedība
Lūzuma līnijas
Kontūrkarte bez
defektu uzskaite
Grāmatvedība
Kļūdas

Virsmas attēlu vizualizācija

Kontūru karte
Bāzes karte
Punktu datu karte
Rastrs
Aizēnots reljefs
Vektoru karte
3D režģis
3D virsma
Konstrukcijas rezultāts tiek saglabāts kā vektors
grafikas [.srf] failā.

Kontūras kartes
Kontūru kartes

3D
Attēli
virsmas
3D virsmas kartes

3D tīkli
3D karkasa kartes

Vektorkartes
Vektoru kartes

Rastri
Attēlu kartes

Karte
iekrāsots reljefs
Ēnotas reljefa kartes

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

Ūdensšķirtnes kartes
Ūdensšķirtnes kartes
depresija
ūdens plūst
peldbaseini
Kartes atspoguļo meliorācijas sistēmas

Diskrētu objektu modelēšana

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

Izlikt kartes

Klasificēto punktu datu kartes
Klasificēto pastu kartes

Robežfaili [.bln]
Punktu daudzums
objektu uzdevumi
Kods
(0 — nulles režģis ārpus kontūras,
1 - režģa iestatīšana uz nulli ķēdes iekšpusē)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Daudzstūris (slēgts)
X5, Y5
X3, Y3
X4, Y4
X2, Y2
Xn
X6, Y6
Yn
X10, Y10
X1, Y1
Līnija
X6, Y6
X7, Y7
X4, Y4
X2, Y2
X5, Y5
X3, Y3
X1, Y1
X7, Y7
X8, Y8
X9, Y9
X1=X10
Y1=Y10

Interpolācijas kļūdu aprēķināšana,
Grafiskā režģa rediģēšana.

Manuāla režģa korekcija (režģa mezgla redaktors)

Grafiskais redaktors datu vērtību ievadīšanai un labošanai
acs laukums

Interpolācijas precizitātes novērtējums (atlikumi)

Režģa izvēlnes vienums

Matemātiskās operācijas ar režģiem (matemātika)
1. ievades režģis
Ļauj veikt
aprēķini par vienu vai
divi režģi
2. ievades režģis
Izvades režģis
Aprēķina formula
-
Jumts
=
Zole
Jauda

Virsmas analīze (aprēķini)
Metodes
Ļauj analizēt
virsmas formas
Ievades režģis
Izvades režģis
Leņķi
slīpums
Reljefs
Slīpums
Orientēšanās
nogāzes
Apvidus aspekts

Filtrs
Ievades režģis
Izvades režģis
Izmērs
operators
Metodes
Ļauj izcelt
dažādas frekvenču sastāvdaļas
virsmas modeļi
Operators
Zema frekvence
filtrēšana
41 41

Tukšs
Ļauj atiestatīt [.bln] failā definētos kartes apgabalus
Ievades režģis
+ Fails [.bln] = izvades režģis
Tukšošana
Tukšs
Daudzstūru robežas

Sekciju uzbūve (Šķēle)
Ļauj griezt virsmu pa līniju, pozīciju
ko definē fails [.bln]
Ievades režģis
+ Fails [.bln] = Izvades fails [.dat]
X
Y
Z
Attālums
pēc profila
Profila līnija
64
Profila sadaļa
Z
56
48
40
0
20000
40000
Profila attālums
60000
80000

Izglītības un zinātnes ministrija Krievijas Federācija

KURSA DARBS

Digitālo augstuma modeļu konstruēšana, pamatojoties uz SRTM radara topogrāfiskās uzmērīšanas datiem

Saratova 2011

Ievads

Digitālo augstuma modeļu (DEM) koncepcija

1 DEM izveides vēsture

2 DEM veidi

3 DEM izveides metodes un metodes

4 Nacionālie un globālie DEM

Apsekojuma radara topogrāfiskie dati (SRTM)

1 Versijas un datu nomenklatūra

2 SRTM datu precizitātes novērtēšana

3 SRTM datu izmantošana lietoto problēmu risināšanai

SRTM pielietojums ģeoattēlu veidošanā (izmantojot Saratovas un Engelas reģionu piemēru)

1 Ģeoattēlu jēdziens

2 Digitālā reljefa modeļa izbūve Saratovas un Engelas apgabalu teritorijai

Secinājums

Ievads

Digitālie modeļi reljefs (DEM) ir viena no svarīgām ģeogrāfiskās informācijas sistēmu modelēšanas funkcijām, kas ietver divas operāciju grupas, no kurām pirmā kalpo reljefa modeļa izveides problēmu risināšanai, otrā - tā izmantošanai.

Šis tips produkts ir uzmērīšanas brīdī reālā reljefa pilnībā trīsdimensiju attēlojums, kas ļauj to izmantot dažādu lietišķu problēmu risināšanai, piemēram: jebkuru reljefa ģeometrisko parametru noteikšanai, šķērsgriezuma profilu konstruēšanai; projektēšanas un uzmērīšanas darbu veikšana; reljefa dinamikas uzraudzība; ģeometrisko raksturlielumu aprēķins (laukums, garums, perimetrs), ņemot vērā reljefu arhitektūras un pilsētplānošanas vajadzībām; inženiertehniskie uzmērījumi, kartogrāfija, navigācija; nogāžu stāvuma aprēķināšana, ģeoloģisko un hidroloģisko procesu monitorings un prognozēšana; apgaismojuma un vēja apstākļu aprēķins arhitektūrai un pilsētplānošanai, inženierizpētes, vides monitorings; ēku redzamības zonas telekomunikāciju un mobilo sakaru uzņēmumiem, arhitektūra un pilsētplānošana. Turklāt DEM tiek plaši izmantoti, lai vizualizētu teritorijas trīsdimensiju attēlu veidā, tādējādi nodrošinot iespēju konstruēt virtuālos reljefa modeļus (VTM).

Kursa darba tēmas aktualitāte ir saistīta ar nepieciešamību ģeogrāfiskajā izpētē izmantot reljefa datus digitālā formā sakarā ar pieaugošo ģeogrāfisko informācijas tehnoloģiju lomu dažādu problēmu risināšanā, nepieciešamību uzlabot veidošanas metožu kvalitāti un efektivitāti. un izmantojot digitālos augstuma modeļus (DEM), un nodrošinot izveidoto modeļu uzticamību.

Tradicionālie sākotnējo datu avoti zemes DEM izveidošanai ir topogrāfiskās kartes, attālās izpētes dati (RSD), dati no satelīta pozicionēšanas sistēmām, ģeodēziskie darbi; uzmērīšanas un atbalsošanas dati, fototeodolīta un radaru uzmērīšanas materiāli.

Šobrīd dažas attīstītās valstis ir izveidojušas nacionālos DEM, piemēram, ASV, Kanādā, Dānijā, Izraēlā un citās valstīs. Pašlaik nav publiski pieejami līdzīgas kvalitātes dati par Krievijas Federācijas teritoriju.

Alternatīvs augstuma datu avots ir brīvi pieejami SRTM (Shuttle radar topographic mission) dati, kas ir pieejami lielākajā daļā pasaules ar 90 m modeļa izšķirtspēju.

Šī darba mērķis ir izpētīt alternatīvu augstuma datu avotu - Zemes radara uzmērīšanas datus - SRTM, kā arī to apstrādes metodes.

Šī mērķa ietvaros ir nepieciešams atrisināt šādus uzdevumus:

iegūt teorētisku izpratni par DEM izveides jēdzienu, veidiem un metodēm, izpētīt DEM konstruēšanai nepieciešamos datus, izcelt perspektīvākās jomas šo modeļu izmantošanai dažādu lietišķo problēmu risināšanā;

identificēt SRTM datu avotus, identificēt tehniskās īpašības, izpētiet iespējas piekļūt SRTM datiem

parādīt iespējamos šāda veida datu lietojumus.

Kursa darba rakstīšanai tika izmantoti šādi avoti: mācību līdzekļi par ģeoinformātiku un attālo izpēti, periodiku, elektroniskajiem resursiem internetā.

1. Digitālo augstuma modeļu (DEM) koncepcija

Viena no būtiskām ģeogrāfiskās informācijas sistēmu tehnoloģiju priekšrocībām salīdzinājumā ar tradicionālajām “papīra” kartogrāfijas metodēm ir iespēja izveidot telpiskus modeļus trīs dimensijās. Galvenās koordinātas šādiem ĢIS modeļiem, papildus parastajiem platuma un garuma grādiem, kalpos arī kā augstuma dati. Turklāt sistēma var strādāt ar desmitiem un simtiem tūkstošu augstuma atzīmēm, nevis ar vienībām un desmitiem, kas bija iespējams arī izmantojot “papīra” kartogrāfijas metodes. Tā kā ir pieejama ātra milzīgu augstuma datu masīvu datorizēta apstrāde, ir kļuvis iespējams izveidot reālistiskāko digitālo augstuma modeli (DEM).

Ar digitālo pacēluma modeli parasti saprot trīsdimensiju telpisku objektu (virsmu vai reljefu) digitālu attēlojumu trīsdimensiju datu veidā, veidojot augstuma atzīmju (dziļuma atzīmju) un citu Z koordinātu vērtību kopu, regulāra vai nepārtraukta tīkla vai kontūrlīniju kopas mezglos ieraksti (izohipss, izobāts) vai citas izolīnas. DEM ir īpašs trīsdimensiju veids matemātiskie modeļi, kas attēlo gan reālu, gan abstraktu virsmu reljefu.

1 DEM izveides vēsture

Reljefa tēls jau sen cilvēkus interesē. Vecākajās kartēs lielas formas reljefs tika attēlots kā ainavas neatņemama sastāvdaļa un kā orientācijas elements. Pirmais veids, kā attēlot reljefa formas, bija ar perspektīvām zīmēm, kas rāda kalnus un paugurus; Tomēr kopš astoņpadsmitā gadsimta sākās aktīva jaunu, arvien sarežģītāku metožu izstrāde. Perspektīva metode ar līniju zīmēšanu ir parādīta Pireneju kalnu kartē (1730). Krāsa pirmo reizi tika izmantota plastmasas reljefa dizainā Krievijas karaspēka kampaņas atlantā Šveicē (1799). Pirmie eksperimenti DEM izveidē aizsākās ģeoinformātikas un automatizētās kartogrāfijas attīstības agrīnajos posmos 1960. gadu pirmajā pusē.Viens no pirmajiem digitālajiem reljefa modeļiem tika ražots 1961. gadā Militārās inženieru akadēmijas Kartogrāfijas katedrā. Pēc tam tika izstrādātas metodes un algoritmi dažādu problēmu risināšanai, jaudīgi programmatūra modelēšana, lielas valsts un pasaules datu kopas par reljefu, ar to palīdzību uzkrāta pieredze dažādu zinātnisku un lietišķu problēmu risināšanā. Īpaši lielu attīstību ir sasniegusi DEM izmantošana militāriem uzdevumiem.

2 DEM veidi

Visplašāk izmantotie virsmu attēlojumi ĢIS ir rastra un TIN modeļi. Pamatojoties uz šiem diviem pārstāvjiem, vēsturiski radās divi alternatīvie modeļi DEM: balstās uz tīri regulāriem (matricas) reljefa lauka attēlojumiem ar pacēluma atzīmēm un strukturāliem, kuru viena no attīstītākajām formām ir modeļi, kuru pamatā ir strukturāli lingvistiskais attēlojums.

Rastra reljefa modelis - paredz telpas sadalīšanu tālākos nedalāmos elementos (pikseļos), veidojot augstumu matricu - regulāru pacēluma zīmju tīklu. Līdzīgus digitālos augstuma modeļus daudzu valstu kartēšanas dienesti veido. Regulārs augstumu tīkls ir režģis ar vienādiem taisnstūriem vai kvadrātiem, kur šo figūru virsotnes ir režģa mezgli (1.-3. attēls).

Rīsi. 1.2.1. Palielināts reljefa modeļa fragments, kas parāda modeļa rastra struktūru.

Rīsi. 1.2.2. Regulāra augstumu tīkla modeļa attēlošana plaknē.

Rīsi. 1.2.3. Ciema apkārtnes trīsdimensiju reljefa modelis. Kommunar (Hakasija), būvēta, pamatojoties uz regulāru augstumu tīklu /1/

Viena no pirmajām programmatūras pakotnēm, kas ieviesa iespēju vairākkārt ievadīt dažādu slāņu rastra šūnu, bija GRID pakotne (tulkojumā no angļu valodas - lattice, grid, network), kas tika izveidota 60. gadu beigās. Hārvardas datorgrafikas un telpiskās analīzes laboratorijā (ASV). Mūsdienīgajā, plaši izmantotajā ĢIS pakotnē ArcGIS rastra telpisko datu modeli sauc arī par GRID. Citā populāra programma lai aprēķinātu DEM - Surfer, regulāru augstumu tīklu sauc arī par GRID, šāda DEM faili ir GRD formātā, un šāda modeļa aprēķinu sauc par Gridding.

Veidojot regulāru augstumu tīklu (GRID), ļoti svarīgi ir ņemt vērā režģa blīvumu (režģa piķi), kas nosaka tā telpisko izšķirtspēju. Jo mazāks izvēlētais solis, jo precīzāks ir DEM - jo lielāka ir modeļa telpiskā izšķirtspēja, bet jo vairāk lielāks daudzums režģa mezgli, tāpēc ir nepieciešams vairāk laika, lai aprēķinātu DEM, un ir nepieciešams vairāk diska vietas. Piemēram, ja režģa soli samazina par 2, datora atmiņas apjoms, kas nepieciešams modeļa glabāšanai, palielinās par 4 reizēm. No tā izriet, ka mums ir jāatrod līdzsvars. Piemēram, ASV Ģeoloģijas dienesta DEM standarts, kas izstrādāts Nacionālajai digitālo kartogrāfisko datu bankai, nosaka digitālo augstuma modeli kā regulāru augstuma atzīmju masīvu 30x30 m režģa mezglos 1:24 000 mēroga kartei. Ar interpolāciju, aproksimāciju, izlīdzināšanu un citas transformācijas uz Rastra modelis var saturēt visu citu veidu DEM.

Starp neregulārajām acīm visbiežāk izmanto neregulāras formas trīsstūrveida sietu - TIN modeli. Tas tika izstrādāts 70. gadu sākumā. kā vienkāršu veidu, kā konstruēt virsmas, pamatojoties uz nevienmērīgi izvietotu punktu kopu. 20. gadsimta 70. gados Tika izveidotas vairākas šīs sistēmas versijas, un 80. gados sāka parādīties komerciālas uz TIN balstītas sistēmas. kā programmatūras pakotnes kontūrlīniju konstruēšanai. TIN modelis tiek izmantots digitālai reljefa modelēšanai, kur trīsstūrveida tīkla mezgli un malas atbilst digitālā modeļa oriģinālajiem un atvasinātajiem atribūtiem. Konstruējot TIN modeli, diskrēti izvietoti punkti tiek savienoti ar līnijām, kas veido trīsstūrus (4. attēls).

Rīsi. 1.2.4. Delaunay triangulācijas nosacījums.

Katrā TIN modeļa trīsstūrī virsma parasti tiek attēlota kā plakne. Tā kā katra trijstūra virsmu nosaka tā trīs virsotņu augstumi, trijstūri nodrošina, ka katra mozaīkas virsmas daļa precīzi iekļaujas blakus esošajās sadaļās.

Att.1.2.5. Trīsdimensiju reljefa modelis, kas veidots, pamatojoties uz neregulāru triangulācijas tīklu (TIN).

Tas nodrošina virsmas nepārtrauktību ar neregulāru punktu izvietojumu (5.-6. attēls).

Rīsi. 1.2.6. Palielināts reljefa modeļa fragments att. 5, kurā parādīta TIN modeļa trīsstūrveida struktūra.

Galvenā TIN aprēķināšanas metode ir Delaunay triangulācija, jo Salīdzinot ar citām metodēm, tam ir vispiemērotākās īpašības digitālajam reljefa modelim: tam ir mazākais harmoniskuma indekss kā katra veidojošā trijstūra harmoniskuma indeksu summa (tuvums līdzstūra trīsstūrim), maksimālā minimālā leņķa īpašība. (lielākā trīsstūru nedeģenerācija) un izveidotās daudzskaldņu virsmas minimālais laukums.

Kopš gan GRID modelis, gan TIN modelis ir kļuvuši plaši izplatīti ģeogrāfiski Informācijas sistēmas un tos atbalsta daudzi veidi programmatūraĢIS, jums jāzina katra modeļa priekšrocības un trūkumi, lai izvēlētos pareizo reljefa datu glabāšanas formātu. GRID modeļa priekšrocības ietver tā datora apstrādes vienkāršību un ātrumu, kas ir saistīts ar paša modeļa rastra raksturu. Izvadierīces, piemēram, monitori, printeri, ploteri utt., izmanto punktu kopas, t.i., attēlu izveidošanai. ir arī rastra formāts. Tāpēc GRID attēli tiek viegli un ātri izvadīti uz šādām ierīcēm, jo ​​datoriem ir viegli veikt aprēķinus, lai attēlotu atsevišķus regulāra augstuma tīkla kvadrātus, izmantojot izvadierīču punktus vai video pikseļus.

Pateicoties rastra struktūrai, GRID modelis ļauj “izlīdzināt” modelēto virsmu un izvairīties no asām malām un izvirzījumiem. Bet tas ir arī modeļa “mīnuss”, jo Modelējot kalnu reģionu reljefu (īpaši jaunos - piemēram, kalnu locījumus) ar stāvu nogāžu un smailu virsotņu pārpilnību, ir iespējama reljefa strukturālo līniju zudums un “izplūšana”, kā arī kopējā attēla izkropļojumi. IN līdzīgi gadījumi ir jāpalielina modeļa telpiskā izšķirtspēja (augstuma režģa piķis), un tas ir saistīts ar strauju datora atmiņas apjoma pieaugumu, kas nepieciešams DEM glabāšanai. Kopumā GRID modeļi parasti aizņem vairāk vietas diskā nekā TIN modeļi. Lai paātrinātu liela apjoma digitālo reljefa modeļu attēlošanu, tiek izmantotas dažādas metodes, no kurām populārākā ir tā saukto piramīdas slāņu uzbūve, kas ļauj izmantot dažāda līmeņa attēla detalizāciju dažādos mērogos. Tādējādi GRID modelis ir ideāli piemērots ģeogrāfisku (ģeoloģisku) objektu vai parādību attēlošanai, kuru raksturlielumi vienmērīgi mainās telpā (līdzenu laukumu reljefs, gaisa temperatūra, atmosfēras spiediens, naftas rezervuāra spiediens utt.). Kā minēts iepriekš, GRID modeļa nepilnības parādās, modelējot jaunu kalnu veidojumu reljefu. Īpaši nelabvēlīga situācija, izmantojot regulāru pacēlumu tīklu, veidojas, ja modelētajā teritorijā mijas plašas līdzenas teritorijas ar dzegas un klinšu zonām, kurām ir krasas augstuma izmaiņas, kā, piemēram, plaši attīstītās lielo zemienes upju ielejās ( 7. att.). Šajā gadījumā lielākajā daļā simulētās teritorijas būs informācijas “redundance”, jo GRID režģa mezgliem plakanajos apgabalos būs vienādas augstuma vērtības. Bet stāvu reljefa dzegas apgabalos pacēluma režģa slīpuma izmērs var būt pārāk liels, un attiecīgi modeļa telpiskā izšķirtspēja var būt nepietiekama, lai atspoguļotu reljefa “plastiskumu”.

Rīsi. 1.2.7. Toma ielejas reljefa trīsdimensiju modeļa fragments (sarkanā bultiņa rāda kreisā krasta otrās virspalieņu terases dzega, labā krasta augstā dzega ir starpplūdu līdzenuma nogāze). Vertikālā skala ir piecas reizes lielāka par horizontālo.

TIN modelim šādu trūkumu nav. Tā kā tiek izmantots neregulārs trijstūru tīkls, plakanos laukumus modelē neliels skaits milzīgu trīsstūru, savukārt stāvu dzegas vietās, kur nepieciešams detalizēti parādīt visas reljefa malas, virsma tiek attēlota ar daudziem maziem. trijstūri (8. att.). Tas ļauj efektīvāk izmantot datora RAM un pastāvīgās atmiņas resursus modeļa glabāšanai.

Rīsi. 1.2.8. Neregulārs trīsstūru tīkls.

TIN trūkumi ietver augstās izmaksas datoru resursi modeļa apstrādei, kas ievērojami palēnina DEM parādīšanu monitora ekrānā un drukāšanu, jo tas prasa rastrēšanu. Viens no šīs problēmas risinājumiem būtu ieviest “hibrīdos” modeļus, kas apvieno TIN robežlīnijas un parasto punktu kopas attēlošanas metodi. Vēl viens būtisks TIN modeļa trūkums ir “terases efekts”, kas izteikts tā saukto “pseidotrijstūru” izskatā - plakanos apgabalos acīmredzami neiespējamā ģeomorfoloģiskā situācijā (piemēram, gar V-veida ieleju apakšējo līniju) (9. att.).

Viens no galvenajiem iemesliem ir nelielais attālums starp kontūru digitālās ierakstīšanas punktiem salīdzinājumā ar attālumiem starp pašām kontūrām, kas raksturīgs lielākajai daļai reljefu veidu to kartogrāfiskajā attēlojumā.

Rīsi. 1.2.9. "Terases efekts" mazo upju ielejās, kas rodas, veidojot TIN, pamatojoties uz kontūrlīnijām, neņemot vērā reljefa (šajā gadījumā hidrauliskā tīkla) strukturālās līnijas.

3 DEM izveides metodes un metodes

Kopš pirmo karšu parādīšanās kartogrāfi ir saskārušies ar problēmu, kā attēlot trīsdimensiju reljefu divdimensiju kartē. Šim nolūkam ir izmēģinātas dažādas metodes. Topogrāfiskajās kartēs un plānos reljefs tika attēlots, izmantojot kontūrlīnijas - vienāda augstuma līnijas. Vispārējās ģeogrāfiskajās un fiziskajās kartēs reljefs tika ieēnots (ēnots), vai arī noteiktam reljefa augstumam tika piešķirta atbilstošas ​​tonalitātes krāsa (augstuma skala). Pašlaik, līdz ar digitālo karšu un plānu parādīšanos, palielinās ātrums datortehnika parādās jaunas iespējas reljefa attēlošanai. Arvien populārāka kļūst reljefa modeļa trīsdimensiju vizualizācija, kas ļauj pat profesionāli neapmācītiem cilvēkiem iegūt diezgan pilnīgu priekšstatu par reljefu. Mūsdienu trīsdimensiju vizualizācijas tehnoloģijas ļauj “paskatīties” uz reljefu no jebkura telpas punkta, no jebkura leņķa un arī “lidot” virs reljefa.

Kopš informācijas sistēmu un tehnoloģiju attīstības, kā arī satelītu industrijas attīstības ir parādījušās dažādas metodes un metodes, kas ļauj konstruēt DEM. Ir divi principiāli atšķirīgi datu iegūšanas veidi digitālo augstuma modeļu konstruēšanai.

Pirmā metode ir attālās uzrādes metodes un fotogrammetrija. Šādas DEM izveides metodes ietver radara interferometrijas metodi. Tā pamatā ir no Zemes virsmas atstarotā radara signāla fāzes komponentes izmantošana. DEM rekonstrukcijas precizitāte, izmantojot interferometrisko metodi, ir vairāki metri, un tā mainās atkarībā no reljefa rakstura un signāla trokšņu līmeņa. Gludai virsmai un interferogrammai Augstas kvalitātes Reljefa rekonstrukcijas precizitāte var sasniegt vairākus desmitus centimetru. Ir arī metode radara datu stereoskopiskai apstrādei. Lai modulis darbotos, ir nepieciešami divi radara attēli, kas uzņemti dažādos stara leņķos. DEM rekonstrukcijas precizitāte, izmantojot stereoskopisko metodi, ir atkarīga no attēla telpiskās izšķirtspējas elementa lieluma. Gaisa lāzerskenēšanas (ALS) tehnoloģija ir ātrākais, pilnīgākais un uzticamākais veids, kā savākt telpisko un ģeometrisko informāciju par grūti sasniedzamām (mitrām un mežainām) teritorijām. Metode nodrošina precīzus un detalizētus datus gan par reljefu, gan situāciju. Mūsdienās VLS tehnoloģija ļauj ātri iegūt pilnīgu telpisko un ģeometrisko informāciju par reljefu, veģetācijas segumu, hidrogrāfiju un visiem zemes objektiem uzmērīšanas zonā.

Otrā metode ir reljefa modeļu konstruēšana, interpolējot digitalizētas izolīnas no topogrāfiskajām kartēm. Šī pieeja arī nav jauna, tai ir savas stiprās puses un vājās puses. Trūkumi ietver darbaspēka intensitāti un dažkārt nepietiekami apmierinošu modelēšanas precizitāti. Taču, neskatoties uz šiem trūkumiem, var apgalvot, ka digitalizētie topogrāfiskie materiāli turpmākajos gados būs vienīgais datu avots šādai modelēšanai.

4 Nacionālie un globālie DEM

Datu un tehnoloģiju publiskā pieejamība DEM konstruēšanai ļauj daudzām valstīm izveidot nacionālos palīdzības modeļus, ko izmanto valsts personiskajām vajadzībām, piemēram, ASV, Kanāda, Izraēla, Dānija un dažas citas valstis. ASV ir viena no līderēm DEM izveidē un izmantošanā. Pašlaik valsts nacionālais topogrāfiskās kartēšanas dienests, ASV Ģeoloģijas dienests, ražo piecas datu kopas, kas pārstāv DEM (Digital Elevation Model) formātu un atšķiras pēc tehnoloģijas, izšķirtspējas un telpiskā pārklājuma. Vēl viens veiksmīgas nacionālās DEM pieredzes piemērs ir Dānijas DEM. Pirmais Dānijas digitālais pacēluma modelis tika izveidots 1985. gadā, lai atrisinātu tīkla tulkotāju optimālā izvietojuma problēmu. mobilie sakari. Digitālie augstuma modeļi augstuma matricu veidā ir iekļauti gandrīz visu nacionālo un reģionālo SID (telpiskās informācijas datu) telpisko datu pamata kopās. Pašreizējā tehnoloģiju attīstības līmenī pacēluma režģa solis nacionālajās DEM sasniedz 5 m.DEM ar līdzīgu telpisko izšķirtspēju ir pilnībā gatavi vai tuvākajā laikā būs gatavi tādām lielām teritorijām kā Eiropas Savienība un ASV. Mūsu valstī noteiktā reljefa detalizācijas ierobežojuma lietderība zūd apstākļos, kad pasaules tirgū var iegādāties brīvi izplatītu globālo ASTGTM DEM ar augstuma režģa atstarpi aptuveni 30 m (viena loka sekunde). Turklāt sagaidāms, ka publiski pieejamo DEM izšķirtspēja pastāvīgi palielināsies. Kā iespējamais pagaidu problēmas risinājums tiek piedāvāts saglabāt slepenību visdetalizētākajai bāzes DEM un brīvi izplatīt mazāk detalizētus DEM, kas izveidoti uz bāzes bāzes; pakāpeniski samazināt DEM privātuma slieksni atkarībā no reljefa attēlojuma precizitātes un apgabala, ko tas aptver.

2. SRTM dati

radara topogrāfiskā misija (SRTM) — radara topogrāfiskā izpēte lielākajā daļā zemeslodes, izņemot vistālākos ziemeļu (> 60), dienvidu platuma grādus (> 54), kā arī okeānus, kas veikta 11 dienas 2000. gada februārī, izmantojot īpaša radara sistēma, no atkārtoti lietojama kosmosa kuģa. Vairāk nekā 12 terabaitus datu savāca divi radara sensori, SIR-C un X-SAR. Šajā laikā, izmantojot metodi, ko sauc par radara interferometriju, tika savākts milzīgs informācijas apjoms par Zemes topogrāfiju, tās apstrāde turpinās līdz pat šai dienai. Aptaujas rezultāts bija digitāls reljefa modelis 85 procentiem no Zemes virsmas (9. att.). Bet zināms informācijas apjoms lietotājiem jau ir pieejams. SRTM- starptautisks projekts, ko vada Nacionālā ģeotelpiskās izlūkošanas aģentūra (NGA), NASA, Itālijas Kosmosa aģentūra (ASI) un Vācijas Kosmosa centrs.

Rīsi. 2.1. Zemes teritorijas pārklājuma shēma ar SRTM apsekojumu.

1 Versijas un datu nomenklatūra

SRTM dati pastāv vairākās versijās: provizoriskais (2003. gada 1. versija) un galīgais (2. versija, 2005. gada februāris). Galīgā versija tika papildus apstrādāta, izceļot krasta līnijas un ūdenstilpes, kā arī filtrējot kļūdainas vērtības. Dati tiek izplatīti vairākās versijās - režģis ar šūnas izmēru 1 loka sekunde un 3 loka sekundes. Precīzāki vienas sekundes dati (SRTM1) ir pieejami par Amerikas Savienotajām Valstīm; tikai trīs sekunžu dati (SRTM3) ir pieejami par pārējo Zemes virsmu. Datu faili ir 1201 matrica ´ 1201 (vai 3601 ´ 3601 vienas sekundes versijai) vērtībām, kuras var importēt dažādās kartēšanas programmās un ģeogrāfiskās informācijas sistēmās. Turklāt ir versija 3, izplatīta kā ARC GRID faili, kā arī ARC ASCII un Geotiff formāts, 5 kvadrāti ´ 5 WGS84 datumā. Šos datus CIAT ieguva no sākotnējiem USGS/NASA augstuma datiem, apstrādājot, lai iegūtu gludas topogrāfiskas virsmas, kā arī interpolētu apgabalus, kur trūka sākotnējo datu.

Datu nomenklatūra ir veidota šādā veidā, 1. un 2. versijas datu kvadrāta nosaukums atbilst tā apakšējā kreisā stūra koordinātām, piemēram: N45E136, kur N45 ir 45 grādi ziemeļu platuma, bet E136 ir 136 grādi austrumu garuma. , burti (n) un (e) nosaukuma failā apzīmē attiecīgi ziemeļu un austrumu puslodi Apstrādātās versijas datu kvadrāta nosaukums (CGIAR) atbilst kvadrāta skaitlim ar ātrumu 72 kvadrāti horizontāli (360). /5) un 24 kvadrāti vertikāli (120/5). Piemēram: srtm_72_02.zip /pa labi, viens no augšējiem laukumiem. Jūs varat noteikt vēlamo kvadrātu, izmantojot režģa izkārtojumu (11. att.).

2.1.1.att. SRTM4 pārklājuma diagramma.

2 SRTM datu precizitātes novērtēšana

Publiski pieejamas augstumu vērtības šūnas stūros, kas mēra 3 reiz 3. Augstumu precizitāte ir norādīta ne zemāka par 16 m, bet šīs vērtības novērtējuma veids - vidējais, maksimālais, vidējā vērtība. kvadrātveida kļūda (RMS) - nav izskaidrots, kas nav pārsteidzoši, jo, lai precīzi novērtētu precizitāti, ir vajadzīgas vai nu aptuveni vienādas pārklājuma pakāpes atsauces augstuma vērtības, vai arī stingra teorētiskā iegūšanas un iegūšanas procesa analīze. datu apstrādi. Šajā sakarā SRTM DEM precizitātes analīzi veica vairāk nekā viena zinātnieku komanda no dažādām pasaules valstīm. Saskaņā ar A.K. Corveula un I. Eviaka SRTM augstumos ir kļūda, kas līdzenam reljefam vidēji ir 2,9 m, bet paugurainam reljefam - 5,4 m. Turklāt ievērojama daļa no šīm kļūdām ietver sistemātisku komponentu. Saskaņā ar viņu atklājumiem SRTM augstuma matrica ir piemērota kontūru konstruēšanai topogrāfiskajās kartēs mērogā 1:50 000. Bet dažos apgabalos SRTM augstumi pēc to precizitātes aptuveni atbilst augstumiem, kas iegūti no topogrāfiskās kartes mērogā. 1:100000, un to var izmantot arī, lai izveidotu ortofotokartes no satelīta attēliem augstas izšķirtspējas, ņemts ar nelielu novirzes leņķi no zemākā līmeņa.

2.3. SRTM datu izmantošana lietoto problēmu risināšanai

SRTM dati var atrisināt dažādas sarežģītības pakāpes lietišķas problēmas, piemēram: to izmantošanai ortofotokartes veidošanā, gaidāmo topogrāfisko un ģeodēzisko darbu sarežģītības novērtēšanai, to īstenošanas plānošanai, kā arī var sniegt palīdzību profilu izvietojuma projektēšanā un citiem objektiem jau pirms topogrāfisko uzmērījumu veikšanas, kas iegūti no SRTM radaru uzmērīšanas rezultātiem, reljefa punktu augstuma vērtības var tikt izmantotas, lai aktualizētu to teritoriju topogrāfisko bāzi, kur nav datu no detalizētiem topogrāfiskiem un ģeodēziskiem darbiem. Šāda veida dati ir universāls avots zemes virsmas modelēšanai, galvenokārt digitālo reljefa modeļu un digitālo reljefa modeļu konstruēšanai, bet jautājums par SRTM radara augstuma datu pielietojamību kā alternatīvu standarta metodēm digitālā reljefa un reljefa modeļa konstruēšanai, mūsuprāt, jārisina katrā gadījumā individuāli, atkarībā no veicamā uzdevuma, reljefa īpašībām un nepieciešamās augstuma atskaites precizitātes.

3. SRTM pielietojums veidojot ģeoattēlus

1 Ģeoattēlu jēdziens

Progress ģeoinformācijas kartēšanā, attālajā izpētē un apkārtējās pasaules izpratnes līdzekļos. Fotografēšana jebkurā mērogā un diapazonā ar atšķirīgu telpisko pārklājumu un izšķirtspēju tiek veikta uz zemes un pazemē, uz okeānu virsmas un zem ūdens, no gaisa un no kosmosa. Visu karšu, fotogrāfiju un citu līdzīgu modeļu daudzumu var raksturot ar vienu vispārīgu terminu - ģeoattēls.

Ģeoattēls ir jebkurš telpiski, liela mēroga, vispārināts zemes vai planētu objektu vai procesu modelis, kas attēlots grafiskā formā.

Ģeoattēli attēlo Zemes un tās virsmas iekšpusi, okeānus un atmosfēru, pedosfēru, sociāli ekonomisko sfēru un to mijiedarbības zonas.

Ģeoattēli ir sadalīti trīs klasēs:

Plakanie vai divdimensiju - kartes, plāni, anamorfozes, fotogrāfijas, fotoplāni, televizors, skeneri, radars un citi attālināti attēli.

Tilpuma jeb trīsdimensiju - anaglifi, reljefa un fiziogrāfiskās kartes, stereoskopiskie, bloku, hologrāfiskie modeļi.

Dinamiskās trīs un četrdimensiju - animācijas, kartogrāfiskās, stereokartogrāfiskās filmas, filmu atlanti, virtuālie attēli.

Daudzi no tiem ir stājušies praksē, citi ir parādījušies nesen, un citi joprojām tiek izstrādāti. Tātad šajā kursa darbā mēs veidojām divdimensiju un trīsdimensiju ģeoattēlus.

3.2 Digitālā reljefa modeļa izbūve Saratovas teritorijai

un Engel reģionā

Vispirms jebkuram tīkla lietotājam atvērtā interneta portālā lejupielādējam 2. papildu apstrādes versijas publiskos SRTM datus (#"justify">Pēc tam programmā Global Mapper atveram lejupielādēto fragmentu, atlasām funkciju “Fails”, pēc tam “Export Raster and Elevation Data” - “ Export Dem” (12. att.), šī darbību sērija tika veikta, lai lejupielādētos datus pārveidotu DEM formātā, ko var nolasīt programma Vertical Mapper, kurā modelis tiks nolasīts. jābūvē.

3.2.1.att. Faila eksportēšana DEM formātā, izmantojot programmu Global Mapper [autore veica].

Pēc datu eksportēšanas atveriet programmu Vertical Mapper, kurā ražojam turpmākās darbības- Izveidot režģi - Importēt režģi (13. att.).

Rīsi. 3.2.2. Režģa modeļa izveide programmā Vertical Mapper [autore veica].

Izmantojot šīs funkcijas, mēs izveidojam GRID modeli, ar kuru autors pēc tam veica visas darbības, lai izveidotu DEM Saratovas apgabala teritorijai, izveidotu izolīnas un trīsdimensiju reljefa modeli.

Secinājums

Digitālais pacēluma modelis ir svarīga modelēšanas funkcija ģeogrāfiskās informācijas sistēmās, jo ļauj atrisināt reljefa modeļa konstruēšanas un izmantošanas problēmas. Šis izstrādājuma veids ir pilnībā trīsdimensiju reālā reljefa attēlojums uzmērīšanas brīdī, tādējādi ļaujot atrisināt daudzas lietišķas problēmas: noteikt jebkuru reljefa ģeometrisko parametru, veidot šķērsgriezuma profilus; projektēšanas un uzmērīšanas darbu veikšana; reljefa dinamikas uzraudzība. Turklāt DEM tiek plaši izmantoti, lai vizualizētu teritorijas trīsdimensiju attēlu veidā, tādējādi nodrošinot iespēju konstruēt virtuālos reljefa modeļus (VTM).

Kursa darba tēmas aktualitāte ir saistīta ar plašo nepieciešamību pēc reljefa datu ģeogrāfiskās izpētes digitālā formā, sakarā ar pieaugošo ģeogrāfisko informācijas tehnoloģiju lomu dažādu problēmu risināšanā, nepieciešamību uzlabot metožu kvalitāti un efektivitāti. veidojot un izmantojot digitālos augstuma modeļus (DEM), un nodrošinot izveidoto modeļu uzticamību.

Šobrīd ir vairāki galvenie datu avoti digitālo augstuma modeļu konstruēšanai - tas ir, interpolējot digitalizētas kontūras no topogrāfiskajām kartēm un attālās uzrādes un fotogrammetrijas metodi. Tālvadības metode kļūst arvien spēcīgāka, risinot daudzas ģeogrāfiskas problēmas, piemēram, veidojot reljefu no Zemes satelīta radara sensoru datiem. Viens no Zemes radara sensoru produktiem ir publiski pieejami un brīvi izplatīti SRTM (Shuttle radar topographic mission) dati, kas pieejami lielākajā daļā pasaules ar modeļa izšķirtspēju 90 m.

Kursa darba rakstīšanas procesā tika uzbūvēts digitālais reljefa modelis Saratovas un Engelas apgabala teritorijai, tādējādi risinot būvniecības uzdevumus un pierādot iespēju izveidot DEM, izmantojot SRTM datus.

reljefa digitālā radara ģeoattēls

Izmantoto avotu saraksts

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitālie augstuma modeļi. Tomska: TML-Press Publishing House LLC, parakstīta publicēšanai 2007. gada 15. decembrī. Tirāža 200 eks.

Ufimcevs G.F., Timofejevs D.A. “Reljefa morfoloģija”. Maskava: Zinātniskā pasaule. 2004. gads

BA. Novakovskis, S.V. Prasolovs, A.I. Prasolova. "Reālu un abstraktu ģeolauku digitālie reljefa modeļi." Maskava: Zinātniskā pasaule. 2003. gads

A.S. Samardak "Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas". Vladivostokas FEGU, 2005 - 124 lpp.

Geoprofi [Elektroniskais resurss]: ģeodēzijas, kartogrāfijas un navigācijas žurnāls / Maskava. - Elektroniskais žurnāls. - Piekļuves režīms: #"justify">. ĢIS [Elektroniskais resurss] pielietošanas nozares: datubāze. - Piekļuves režīms:#"justify">. Višņevska E.A., Elobogejevs A.V., Visockis E.M., Dobrecovs E.N. Krievijas Zinātņu akadēmijas Sibīrijas filiāles Apvienotais ģeoloģijas, ģeofizikas un mineraloloģijas institūts, Novosibirska. No starptautiskās konferences “Interkarto - 6” (Apatity, 22.-24.08.2000.) materiāliem.

ĢIS asociācija [Elektroniskais resurss]: datubāze. - Piekļuves režīms: #"justify">. GIS LAB asociācija [Elektroniskais resurss]: datubāze. - Piekļuves režīms: #"justify">10. Džārviss A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Gevara, 2006, Hole-filled seamless SRTM data V3, International Center for Tropical Agriculture (CIAT)

11. A. M. Berlians, A. V. Vostokova, V.I. Kravcova, I.K. Lūrijs, T.G. Svatkova, B.B. Serapiņas "Kartoloģija". Maskava: Aspect Press, 2003 - 477 lpp.