GEOLOGISK DEL

Geologisk snitt - et vertikalt snitt av jordskorpen fra overflaten til dybden. Geologiske seksjoner sammenstilles basert på geologiske kart, geologiske observasjoner og gruvedata (inkludert borehull), geofysiske undersøkelser osv. Geologiske seksjoner er hovedsakelig orientert på tvers av eller langs streiken av geologiske strukturer langs rette eller brutte linjer som passerer i nærvær av dype referanseborehull gjennom disse brønnene. Geologiske seksjoner påvirkes av forholdene for forekomst, alder og sammensetning av bergarter. Den horisontale og vertikale skalaen til geologiske snitt tilsvarer vanligvis målestokken til det geologiske kartet. Ved utforming av gruvebedrifter og ingeniørgeologiske undersøkelser, på grunn av uforlignbarheten av tykkelsen på løse sedimenter og lengden på profilene, økes deres vertikale skala sammenlignet med den horisontale med titalls eller flere ganger.

SURFER I GEOLOGI

Golden Software Surfers geografiske informasjonssystem er nå industristandarden for plotting av funksjoner av to variabler. Det er få selskaper i geologisk industri som ikke bruker Surfer i sin daglige kartleggingspraksis. Spesielt ofte, ved å bruke Surfer, lages kart i isoliner (konturkart).

Den uovertrufne fordelen med programmet er interpolasjonsalgoritmene som er innebygd i det, som lar deg lage digitale overflatemodeller med høyeste kvalitet ved å bruke data ujevnt fordelt i rommet. Den mest brukte metoden, Kriging, er ideell for å representere data i alle geovitenskaper.

Logikken for å jobbe med pakken kan representeres i form av tre hovedfunksjonsblokker:

• · 1. Konstruksjon av en digital overflatemodell;
• · 2. Hjelpeoperasjoner med digitale overflatemodeller;
• · 3. Overflatevisualisering.

En digital overflatemodell er tradisjonelt representert som verdier i nodene til et rektangulært regulært rutenett, hvis diskrethet bestemmes avhengig av det spesifikke problemet som løses. For å lagre slike verdier bruker Surfer sine egne GRD-filer (binært eller tekstformat), som lenge har blitt en standard for matematiske modelleringspakker.

Det er tre alternativer for å oppnå verdier ved rutenettnoder:

• · 1) basert på innledende data spesifisert på vilkårlige punkter i regionen (ved nodene til et uregelmessig rutenett), ved bruk av interpolasjonsalgoritmer todimensjonale funksjoner;
• · 2) beregning av verdiene til en funksjon spesifisert av brukeren eksplisitt. Surfer-programmet inkluderer et ganske bredt spekter av funksjoner - trigonometrisk, Bessel, eksponentiell, statistisk og noen andre;
• · 3) overgang fra et vanlig rutenett til et annet, for eksempel ved endring av diskretiteten til rutenettet (her brukes som regel ganske enkle interpolasjons- og utjevningsalgoritmer, siden det antas at overgangen utføres fra en jevn overflate til en annen).

I tillegg kan du selvfølgelig bruke en ferdig digital overflatemodell innhentet av brukeren, for eksempel som et resultat av numerisk modellering.

Surfer tilbyr sine brukere flere interpolasjonsalgoritmer: Kriging, Invers Distance to a Power, Minimum Curvature, Radial Basis Functions, Polynomial Regresjon, Modified Method Shepard's Method (Modified Shepard's Method), Triangulering, etc. Beregning av et vanlig rutenett kan utføres for X , Y, Z datasettfiler av alle størrelser, og selve rutenettet kan ha dimensjoner på 10 000 x 10 000 noder.

Surfer bruker følgende karttyper som de viktigste visuelle elementene:

• · 1. Konturkart. I tillegg til de vanlige måtene å kontrollere visningsmodusene for isoliner, akser, rammer, markeringer, legender, etc., er det mulig å lage kart ved hjelp av fargefylling eller ulike mønstre av individuelle soner. I tillegg kan det flate kartbildet roteres og vippes, og uavhengig skalering langs X- og Y-aksene kan brukes.
• · 2. Tredimensjonalt bilde av en overflate: Wireframe Map (rammekart), Surface Map (tredimensjonal overflate). Disse kartene bruker ulike typer projeksjon og bildet kan roteres og vippes ved hjelp av et enkelt grafisk grensesnitt. Du kan også tegne kuttlinjer og isoliner på dem, angi uavhengig skalering langs X-, Y-, Z-aksene og fylle individuelle maskeelementer på overflaten med farge eller mønster.
• · 3. Kart over startdata (Post Map). Disse kartene brukes til å vise punktdata i form av spesielle symboler og tekstetiketter for dem. Samtidig for å vise numerisk verdi på et tidspunkt kan du kontrollere størrelsen på symbolet (lineær eller kvadratisk avhengighet) eller bruke ulike symboler i henhold til dataområdet. Konstruksjonen av ett kart kan gjøres ved hjelp av flere filer.
• · 4. Grunnkart. Dette kan være nesten hvilket som helst flatt bilde oppnådd ved å importere filer med forskjellige grafiske formater: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] og noen andre. Disse kortene kan brukes til mer enn bare enkelt bildeutgang, men også for eksempel for å vise noen områder tomme.

Ved å bruke ulike alternativer for å overlegge disse hovedtypene av kart og deres forskjellige plassering på én side, kan du få en rekke alternativer for å representere komplekse objekter og prosesser. Spesielt er det veldig enkelt å få ulike alternativer for komplekse kart med et kombinert bilde av fordelingen av flere parametere samtidig. Alle typer kart kan redigeres av brukeren ved å bruke de innebygde tegneverktøyene til Surfer selv.

Metodikk for å konstruere strukturelle kart over taket (bunnen) av en oljeførende formasjon og dens geologiske seksjon.

• 1. Bygg basert på filen grunnkart på en skala på 1 cm 1000 meter.
• 2. Digitaliser grensene for konsesjonsområdet.
• 3. Digitaliser brønner og lagre i format DAT-fil"tak" (kolonne A - lengdegrad, kolonne B - breddegrad, kolonne C - takdybde, kolonne D - brønnnummer, kolonne C - brønntype: produksjon med et tresifret tall, resten - leting)
• 4. Digitaliser profillinjen. Lagre "profillinje" i BLN-format med tom celle B1.
• 5. Lag et "Oversiktskart over lisensiert område" med lag - grenser, profillinje og brønner med bildetekster.
• 6. Legg til i oversiktskartet laget «Strukturkart av taket til YuS2-formasjonen» - glattet (med koeffisient på 3 for to koordinater), isoliner hver 5. meter (vedlegg 1).
• 7. Lag en "Profil for taket til YUS2-formasjonen" - den horisontale skalaen faller sammen med kartskalaen, den vertikale skalaen er 1 cm 5 meter.

programvare for geologisk kartprofil

Mikhail Vladimirovich Morozov:
personlig side

Matematiske modeller (leksjon, kart-1): Konstruksjon av geokjemiske kart i Golden Software Surfer (generell tilnærming, stadier og innhold i arbeidet, rapportskjema)

Vi vil " Matematiske modelleringsmetoder i geologi"

Kort-1. Konstruksjon av geokjemiske kart i Golden Software Surfer: generell tilnærming, stadier og innhold i arbeidet. Rapportskjema.
Kort-2. Prinsipper for å jobbe med Golden Software Surfer.

For å finne plasseringen av ansamlingen av nyttig metall i jordskorpen, kreves det et geokjemisk kart. Hvordan bygge den? Dette krever god programvare og en systematisk tilnærming. La oss bli kjent med prinsippene og hovedstadiene i dette arbeidet.

TEORI

Konstruksjon av et geokjemisk kart i Golden Software Surfer-programmet.

Innledende data. For å konstruere et geokjemisk kart er det nødvendig å forberede regneark, som inneholder minst tre kolonner: de to første inneholder de geografiske koordinatene til observasjonspunktene (prøvetaking) X og Y, den tredje kolonnen inneholder den kartlagte verdien, for eksempel innholdet av et kjemisk grunnstoff.

Koordinater: i Surfer bruker vi rektangulære koordinater (i meter), selv om du i kartegenskapene også kan velge blant de mulige koordinatsystemene ulike polare koordinater (i grader-minutter-sekunder). I praksis, når du arbeider med bilder på et flatt ark, er det mer praktisk å jobbe i et rektangulært koordinatsystem i et tilpasset format.

Hvor kommer koordinatene fra:
1. Ved dokumentasjon av punkter på stedet hentes koordinatene fra en GPS eller GLONASS topograf i form av polare koordinater (for eksempel i koordinatsystemet WGS 84). En toporeferanseenhet kan nå se ut som en smarttelefon, men det er mer praktisk og pålitelig å bruke en spesiell enhet, som kjærlig kalles en "jeep".
2. Når data overføres til en datamaskin fra en topografisk landmåler, konverteres koordinatene fra polar til det brukte rektangulære koordinatsystemet (for eksempel i systemer UTM, Pulkovo-1942, men du kan også bruke lokale geodetisk system tatt i bruk ved en bestemt bedrift). For å konvertere polare koordinater til rektangulære koordinater er det praktisk å bruke programmet Ozi Explorer.
3. Kolonnene i et regneark forberedt for arbeid med Surfer skal inneholde rektangulære koordinater i meter.

Kartleggingsmengde: å bygge et treningskart i isoliner skal vi bruke logaritme av innhold ethvert kjemisk element. Hvorfor logaritme? Fordi loven om distribusjon av mikroelementinnhold nesten alltid er logaritmisk. Selvfølgelig, i ekte arbeid først må du sjekke distribusjonsloven for å velge type mengde: den opprinnelige verdien eller dens logaritme.

Typer kart som brukes i geokjemi. I tillegg til konturkartet bruker geokjemikere ofte noen andre typer kart, men ikke alle de store variasjonene av karttyper som Surfer kan bygge, men bare strengt definerte. De er listet opp nedenfor.

1. Faktakart. Det er et sett med punkter som viser prøvetakingssteder på bakken. I nærheten av punktene kan du vise markører - staketall, men under geokjemiske søk er det så mange punkter at etikettene vanligvis bare "roter" kartrommet og ikke vises. For å bygge et faktakart bruker vi funksjonen Post kart.

2. Prikkkart over innhold av kjemiske grunnstoffer. På den indikerer sirkler (eller andre symboler) av forskjellige størrelser forskjellig innhold av et kjemisk element ved prøvetakingspunktene. Hvis vi bruker et slikt kart, er det ikke lenger nødvendig med et eget faktakart - punktene på begge kartene vil overlappe hverandre. Et punktkart (eller "plakatkart") er konstruert slik at høye nivåer av elementet som søkes er iøynefallende. Tegnforklaringen indikerer samsvaret mellom størrelsen på sirkelen og innholdet i elementet i g/t. I tillegg til størrelsen kan fargen på sirkelen endres. Hver type (størrelse, farge) krus tilsvarer et manuelt tildelt innholdsområde. De. forskjellige typer sirkler er forskjellige klasser av punkter basert på elementinnhold. Derfor kalles verktøyet for å lage et slikt kart Klassifisert postkart. Det er praktisk å bygge et postkart på toppen av kartet i isoliner for å se hvordan sistnevnte (som er et beregnet kart, dvs. bygget basert på resultatene av datainterpolering) kombineres med de originale fra laboratoriet. , dvs. "ekte" innhold. Det er praktisk å plotte posisjoneringen av ett viktig element (for eksempel gull) på kartet i isolinene til en annen søkeparameter (satellittelement, statistisk faktor, geofysisk parameter, etc.). Viktig: etter konstruksjon kan ikke et kart av typen Klassifisert postkart konverteres til et postkart, og omvendt.

3. Kart i isoliner. Selve kartet over ønsket parameter, der ulike graderinger av innhold vises med forskjellige fargede fyllinger. Krever også en forklaring som knytter fyllfargen til karakternivået. Graderinger av fyllinger justeres manuelt. Verktøy - Konturkart. I tillegg til det faktiske innholdet av elementer (eller deres logaritmer), er kart over multi-element indikatorer mye brukt i geokjemi. Dette kan være multiplikative koeffisienter (hvor innholdet i flere elementer multipliseres), kart over faktorverdier (hovedkomponenter), etc. Egentlig er oppgaven til en geokjemiker å finne en indikator som lar ham løse et geologisk problem. Siden slike indikatorer som regel kommer til uttrykk i den kollektive oppførselen til elementer, er det ganske naturlig at monoelementkart (dvs. kart over ett enkelt element) ofte er mindre informative enn multielementkart. Derfor er stadiet med å konstruere kart vanligvis innledet av stadiet statistisk behandling data med innhenting av resultatene fra multivariat statistisk analyse, for eksempel PCA (principal component method).

4. Skissere kartet. Som standard lager Surfer et rektangulært kart. Hvis prøvetakingspunktene ikke danner et rektangel, viser det seg at prøvetakingsområdet er innskrevet i et kunstig skapt rektangel, der en del av området faktisk ikke ble tatt prøver av. Konturkartet vil dekke hele området, så uprøvde områder av kartet vil inneholde fiktive data. For å unngå dette er det nødvendig å begrense kartkonstruksjonsområdet til den delen av området som det foreligger prøvedata for. For å gjøre dette, må prøvetakingsområdet være skissert med en spesiell linje, som kan tegnes manuelt. Utdata av slagkonturen utføres ved hjelp av funksjonen Grunnkart.

Stadier av kartkonstruksjon.

3. Konstruksjon av et faktakart [kart-3]. 5. Konstruksjon av et punktkart (“posting map”) [kart-5]. 9. Konstruksjon av et overflatekart og dets design for å oppnå optimalt informasjonsinnhold [kart-6, forts.].

PROSEDYRE FOR UTFØRELSE AV ARBEIDET

Gitt: innholdsfortegnelse for et kjemisk grunnstoff og dets logaritmer med koordinater til prøvepunkter.

Trening:

1. Bygg et faktakart.

2. Konstruer et punktkart basert på innholdet i et kjemisk grunnstoff, velg visninger av poeng for ulike klasser.

3. Lag en disposisjon av kartleggingsområdet selv og konstruer det.

4. Kombiner områdekontur, elementpunktkart og faktakart til i denne rekkefølgen i objektbehandleren. Vis en forklaring for et punktkart.

5. Konstruer en grid-fil ("grid") for logaritmer av elementinnhold ved å bruke trianguleringsmetoden, sjekk den. Gjenta med andre metoder.

6. Konstruer et variogram for å konstruere en grid-fil ved å bruke kraiging-metoden, sjekk det.

7. Konstruer en grid-fil ("grid") for logaritmer av elementinnhold ved å bruke kraiging-metoden ved å bruke variogramparametere.

8. Glatt den resulterende mesh-filen med et enkelt filter.

9. Gjenopprett rutenettfilen fra logaritmer til innhold.

10. Trim nettfilen langs den tidligere opprettede konturen.

11. Konstruer overflatekart i isoliner og gradientfyll ved hjelp av de opprettede mesh-filene, legg til legender.

12. Eksporter konstruerte kart som JPG-filer, sett inn i rapporten i Word (DOC)-format.

Rapportskjema.

), oppkalt etter byen Golden, Colorado, hvor den ligger, har eksistert siden 1983 og utvikler vitenskapelige grafikkpakker. Dets første programvareprodukt, Golden Graphics System, utgitt samme år, ble designet for å behandle og vise bilder av datasett beskrevet av en todimensjonal funksjon som z=f(y,x). Deretter fikk denne pakken navnet Surfer, som har holdt seg med den til i dag. Og to år senere dukket Grapher-pakken opp, designet for å behandle og vise grafer av datasett og funksjoner som y=f(x).

Det var disse DOS-pakkene som var veldig populære (selvfølgelig i form av ulovlige kopier) på slutten av 80-tallet blant sovjetiske spesialister involvert i ulike aspekter av matematisk databehandling, først og fremst innenfor et bredt spekter av geovitenskap, som geologi, hydrogeologi, seismikk, økologi, meteorologi, samt på andre relaterte felt.

Samtidig begynte vi aktivt å jobbe med Surfer 4-pakken for DOS. I motsetning til våre kolleger fra andre avdelinger (instituttet vårt utførte forskning innen ingeniørundersøkelser i konstruksjon), som var engasjert i å løse svært spesifikke problemer på spesifikke steder og jobbet med Surfer som et frittstående produkt for sluttbrukere, var vi som utviklere tiltrukket av mulighetene for innebygd bruk av denne pakken i våre egne programmer.

Ideen var veldig enkel – Surfer kunne jobbe både interaktivt og i batch-modus og prestere en viss rekkefølge funksjoner basert på data fra kommando- og informasjonsfiler. Ved å generere disse filene i programmene våre kunne vi tvinge en ekstern pakke til å utføre operasjonene vi trengte. Samtidig mistenkte brukeren ikke engang at han jobbet med en annen pakke, som for eksempel så på et bilde av et isoline-kart eller skrev det ut.

Totalt sett likte vi Surfer. Vi anser det fortsatt som et klassisk eksempel på et utmerket programvareprodukt. Et praktisk interaktivt grensesnitt uten arkitektoniske dikkedarer, et åpent og forståelig grensesnitt for programmereren, utprøvde matematiske algoritmer, veldig kompakt kode, beskjedne forespørsler om ressurser. Kort sagt, det var en stil for programvareskaping, stort sett tapt i dag, som respekterte fremtidige brukere, ikke i ord, men i handling. (Vi er veldig glade for at denne stilen ble bevart i senere utviklinger av Golden Software.)

I følge versjonen som ble hørt i 1994 på International Conference on Analytical Geofiltration Models i Indianapolis, var forfatteren av Surfer og grunnleggeren av selskapet en doktorgradsstudent i hydrogeologi ved et av de amerikanske universitetene. De "geologiske" røttene til selskapets produkter virker nesten et åpenbart faktum.

Faktisk er byen Golden liten og modig. Det er hjemmet til det anerkjente geovitenskapelige treningssenteret Colorado School of Mines og dets datterselskap, International Ground Water Modeling Center, som også lager, tester og formidler hydrogeologiske programmer (inkludert de som tilbys av uavhengige utviklere).

Tiden går, men til tross for ganske intens konkurranse, fortsetter Golden Software-pakker (primært Surfer) å være svært populære både i USA og i andre land. Lenker til dem er tilgjengelige i nesten alle vitenskapelige publikasjoner eller programvareprodukter relatert til numerisk modellering og prosessering av eksperimentelle data.

I 1990 kunngjorde selskapet opphør av utviklingen av versjoner for DOS og begynnelsen av utviklingen av programvareprodukter for Windows. I 1991 dukket det opp en ny MapViewer-pakke (et verktøy for å analysere og visualisere geografisk distribuert numerisk informasjon og konstruere informative tematiske kart - Thematic Mapping Software), og deretter ble Windows-versjoner av allerede kjente pakker utgitt: i 1993 - Grapher 1.0, og i 1994 - Surfer 5.0. I 1996 ble et annet nytt produkt utgitt - Didger (digitalisering grafisk informasjon), som med stor suksess komplementerte funksjonaliteten til andre Golden Software-programmer.

Her bør det imidlertid understrekes at etter å ha stoppet utviklingen av versjoner for DOS, fortsatte selskapet å støtte dem til 1995: salg lisensierte kopier, konsultasjoner osv. En slik respektfull holdning til brukeren (selger det kunden trenger, og ikke jobber etter prinsippet om "ta det du har"), ser du, er sjelden i dag.

Samlet sett er Golden Software et veldig lærerikt eksempel på den bærekraftige posisjonen til et lite selskap som utvikler og selger sine programvareprodukter i sin "økologiske nisje" av det globale datamarkedet.

Dessuten bør det bemerkes at fremveksten av kraftige systemer som ser ut til å gjøre "alt-alt-alt" (for eksempel inkludering av grafiske verktøy i regneark eller GIS med deres evner til å behandle kartografisk informasjon) ikke har rokket ved posisjonen til små spesialiserte programvarepakker. Slik spesialisert programvare overgår betydelig store integrerte systemer i funksjonalitet og brukervennlighet. Den siste fordelen er spesielt viktig når man analyserer et stort volum av eksperimentelle data, og ikke bare når man genererer forskningsresultater i form av presentasjonsgrafikk. Til dette bør legges de mer beskjedne kravene til slike programmer når det gjelder datakraft og prisen.

Golden Software tilbyr for tiden fire produkter for Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 og Didger 1.0. Dette er nøyaktig hva vi vil snakke om i vår anmeldelse.

Surfer-pakke - prosessering og visualisering av todimensjonale funksjoner

Surfer 5.0 for Windows 3.x ble utgitt i 1994. Et år senere, samtidig med utgivelsen av Windows 95, ble Surfer 6.0 utgitt, som ble presentert i to versjoner - 32-bit for å fungere i Windows-miljø NT og Windows 95 og 16-bit for Windows 3.1. Ved installasjon av en pakke kan brukeren enten velge ønsket versjon av programmet selv, eller overlate dette til installasjonsprogrammet, som vil bestemme systemkonfigurasjonen og velge versjon automatisk. Vi vil beskrive pakken som følger: først vil vi snakke om mulighetene til versjon 5.0, og deretter om innovasjonene til Surfer 6.0.

Hovedformålet med Surfer er å behandle og visualisere todimensjonale datasett beskrevet av en funksjon som z=f(x, y). Logikken ved å jobbe med pakken kan representeres i form av tre hovedfunksjonsblokker: a) konstruksjon av en digital overflatemodell; b) hjelpeoperasjoner med digitale overflatemodeller; c) overflatevisualisering.

Konstruksjon av en digital overflatemodell

Til tross for all det imponerende med grafisk datavisualisering, er høydepunktet i slike pakker selvfølgelig det matematiske apparatet implementert i dem. Faktum er at uten å få et klart svar på spørsmålet: "Hvilken metode er grunnlaget for datatransformasjon og hvor kan du se en vurdering av påliteligheten til alle disse transformasjonene?", brukeren (i dette tilfellet mest sannsynlig en scientist) vil kanskje ikke lenger være interessert i alle de andre fordelene med programmet.

En digital overflatemodell er tradisjonelt representert som verdier i nodene til et rektangulært regulært rutenett, hvis diskrethet bestemmes avhengig av det spesifikke problemet som løses. For å lagre slike verdier bruker Surfer sine egne GRD-filer (binært eller tekstformat), som for lengst har blitt en slags standard for matematiske modelleringspakker.

I prinsippet er det tre mulige alternativer for å oppnå verdier ved rutenettnoder; alle er implementert i pakken:

1. i henhold til innledende data spesifisert på vilkårlige punkter i regionen (ved nodene til et uregelmessig rutenett), ved bruk av interpolasjonsalgoritmer for todimensjonale funksjoner;
2. beregne verdiene til en funksjon spesifisert eksplisitt av brukeren; pakken inkluderer et ganske bredt spekter av funksjoner - trigonometrisk, Bessel, eksponentiell, statistisk og noen andre (fig. 1);
3. overgang fra et vanlig rutenett til et annet, for eksempel når du endrer diskretiteten til rutenettet (her brukes som regel ganske enkle interpolasjons- og utjevningsalgoritmer, siden det anses at overgangen utføres fra en glatt overflate til en annen) .

I tillegg kan du selvfølgelig bruke en ferdig digital overflatemodell oppnådd av brukeren, for eksempel som et resultat av numerisk modellering (dette er et ganske vanlig alternativ for å bruke Surfer-pakken som en postprosessor).

Det første alternativet for å få tak i en rutenettmodell finnes oftest i praktiske problemer, og det er algoritmene for å interpolere todimensjonale funksjoner når man går fra et uregelmessig rutenett til et vanlig som er "trumfkortet" til pakken.

Faktum er at prosedyren for å gå fra verdier på diskrete punkter til overflaten er ikke-triviell og tvetydig; For forskjellige oppgaver og typer data kreves forskjellige algoritmer (eller rettere sagt, ikke "påkrevd", men "bedre egnet", siden ingen som regel er 100 % egnet). Effektiviteten til et program for interpolering av todimensjonale funksjoner (dette gjelder også problemet med endimensjonale funksjoner, men for todimensjonale er alt mye mer komplisert og variert) bestemt av følgende aspekter:

1. et sett med ulike interpolasjonsmetoder;
2. forskerens evne til å kontrollere ulike parametere for disse metodene;
3. tilgjengeligheten av midler for å vurdere nøyaktigheten og påliteligheten til den konstruerte overflaten;
4. muligheten til å avklare resultatet ut fra personlig erfaring ekspert, tatt i betraktning en rekke tilleggsfaktorer som ikke kunne gjenspeiles i kildedataene.

Surfer 5.0 tilbyr sine brukere syv interpolasjonsalgoritmer: Kriging, Invers Distance, Minimum Curvature, Radial Basis Functions, Polynomial Regression, Shepard's Method , som er en kombinasjon av invers avstandsmetoden med splines) og triangulering. Vanlige mesh-beregninger kan nå utføres på X-, Y-, Z-datasettfiler av alle størrelser, og selve nettet kan være 10 000 x 10 000 noder i størrelse.

En økning i antall interpoleringsmetoder kan utvide omfanget av problemer som skal løses betydelig. Spesielt kan trianguleringsmetoden brukes til å konstruere en overflate ved å bruke eksakte verdier av de opprinnelige dataene (for eksempel jordens overflate i henhold til geodetiske undersøkelsesdata), og polynomregresjonsalgoritmen kan brukes til å analysere trenden til flate.

Samtidig gis det gode muligheter for å kontrollere interpoleringsmetoder fra brukerens side. Spesielt inkluderer den mest populære geostatistiske Kricking-metoden ved behandling av eksperimentelle data nå muligheten for å bruke ulike modeller variogrammer, ved å bruke en variasjon av algoritmen med drift, og tar hensyn til anisotropi. Når du beregner overflaten og dens bilde, kan du også sette grensen til et territorium med vilkårlig konfigurasjon (fig. 2).

I tillegg er det en innebygd grafikk editor for å legge inn og korrigere rutenettområdedataverdier, mens brukeren umiddelbart ser resultatene av sine handlinger i form av endringer i isolinekartet (fig. 3). For en hel klasse med problemer (spesielt de som er relatert til beskrivelsen av naturlige data), som som regel ikke kan beskrives med en eksakt matematisk modell, er denne funksjonen ofte ganske enkelt nødvendig.

Datainntasting utføres fra [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) eller vanlige ASCII-tekstfiler, samt fra Excel [.XLS] regneark og Lotus [.WK1, .WKS]. Kildeinformasjon kan også legges inn eller redigeres ved hjelp av pakkens innebygde regneark, og ytterligere dataoperasjoner som sortering og tallkonvertering ved bruk av brukerdefinerte ligninger er mulig.

Hjelpeoperasjoner med overflater

Surfer for Windows har stort sett tilleggsmidler for å konvertere overflater og forskjellige operasjoner med dem:

• beregning av volumet mellom to overflater;
• overgang fra ett vanlig rutenett til et annet;
• overflatetransformasjon ved hjelp av matematiske operasjoner med matriser;
• overflatedisseksjon (profilberegning);
• overflateberegning;
• utjevning av overflater ved hjelp av matrise- eller splinemetoder;
• filformatkonvertering;
• en rekke andre funksjoner.

Kvaliteten på interpolering kan vurderes ved å bruke en statistisk vurdering av avvikene til de opprinnelige punktverdiene fra den resulterende overflaten. I tillegg kan statistiske beregninger eller matematiske transformasjoner utføres for alle delmengder av data, inkludert bruk av brukerdefinerte funksjonelle uttrykk.

Visualisering av overflatebilder

En overflate kan representeres grafisk i to former: konturkart eller tredimensjonale bilder av overflaten. Samtidig er Surfers arbeid basert på følgende prinsipper for deres konstruksjon:

1. få et bilde ved å legge over flere transparente og ugjennomsiktige grafiske lag;
2. import av ferdige bilder, inkludert de som er oppnådd i andre applikasjoner;
3. bruke spesielle tegneverktøy, samt bruke tekstinformasjon og formler for å lage nye og redigere gamle bilder.

Ved å bruke et flervindusgrensesnitt kan du velge den mest praktiske driftsmodusen. Spesielt kan du samtidig se numeriske data i form av et regneark, et kart basert på disse dataene, og bakgrunnsinformasjon fra en tekstfil (fig. 4).

Surfer 5.0 bruker følgende karttyper som de viktigste visuelle elementene:

1. Konturkart. I tillegg til de allerede tradisjonelle måtene å kontrollere visningsmodusene for isoliner, akser, rammer, markeringer, legender, etc., implementeres muligheten til å lage kart ved å fylle individuelle soner med farger eller forskjellige mønstre (fig. 5). I tillegg kan det flate kartbildet roteres og vippes, og uavhengig skalering langs X- og Y-aksene kan brukes.
2. Tredimensjonalt bilde av en overflate (3D Surface Map). Disse kartene bruker ulike typer projeksjon og bildet kan roteres og vippes ved hjelp av et enkelt grafisk grensesnitt. Du kan også tegne kuttlinjer og isoliner på dem (fig. 6), angi uavhengig skalering langs X-, Y-, Z-aksene og fylle individuelle rutenettelementer på overflaten med farge eller mønster.
3. Kart over startdata (Post Map). Disse kartene brukes til å vise punktdata i form av spesielle symboler og tekstetiketter for dem. I dette tilfellet, for å vise den numeriske verdien på et punkt, kan du kontrollere størrelsen på symbolet (lineær eller kvadratisk avhengighet) eller bruke forskjellige symboler i samsvar med dataområdet (fig. 7). Konstruksjonen av ett kart kan gjøres ved hjelp av flere filer.
4. Grunnkart. Dette kan være nesten hvilket som helst flatt bilde oppnådd ved å importere filer av ulike grafiske formater: 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] og noen andre. Disse kartene kan brukes ikke bare til å bare vise et bilde, men også for for eksempel å vise noen områder som tomme. I tillegg kan disse kartene om ønskelig brukes til å få grenser ved utføring av overflateberegninger, transformering, dissekere osv.

Ved å bruke ulike alternativer for å overlegge disse hovedtypene av kart og deres forskjellige plassering på én side, kan du få en rekke alternativer for å representere komplekse objekter og prosesser. Spesielt er det veldig enkelt å få ulike alternativer for komplekse kart med et kombinert bilde av fordelingen av flere parametere samtidig (fig. 8). Alle typer kart kan redigeres av brukeren ved å bruke de innebygde tegneverktøyene til Surfer selv.

Å presentere flere kart i form av en tredimensjonal "hylle" er også veldig effektivt og praktisk for analyse. Dessuten kan dette enten være en annen representasjon av de samme datasettene (for eksempel et tredimensjonalt bilde pluss et farge-isolinkart: Fig. 9), eller en serie med forskjellige sett, for eksempel arealfordelingen til én parameter til forskjellige tider eller flere forskjellige parametere (fig. 10).

Alle disse bilderepresentasjonsevnene kan være svært nyttige i komparativ analyse av påvirkningen av ulike interpolasjonsmetoder eller deres individuelle parametere på utseendet til den resulterende overflaten (fig. 11).

Separat bør problemet med å bruke russiske fonter tas opp. Faktum er at SYM-fontene som følger med pakken, selvfølgelig ikke er russifiserte, så du må bruke Windows TrueType-fonter. Men de er ikke egnet for enkelte bildeutdatamoduser; for eksempel når tekst vises i en vinkel, blir tegn noen ganger forvrengt til ugjenkjennelig. I dette tilfellet er det bedre å bruke SYM-vektorfonter med en enkeltlinjedesign (de er alltid godt synlige), og bare latinske er tilgjengelige i ferdig form. Det er imidlertid en ganske enkel løsning på dette problemet.

DOS-versjonen av Surfer hadde spesiell nytte ALTERSYM for å lage dine egne SYM-fontsett (dessverre forsvant det i Windows-versjonen, så du kan bruke DOS-versjonen). Men det lar deg lage og redigere bare det grunnleggende tegnsettet (ASCII-koder 32-127). Vi løste en gang dette problemet for DOS-versjonen på følgende måte: vi skrev et verktøy som lager et komplett sett med symboler (1-255) fra tomme filer laget av ALTERSYM-programmet, som VIEW- og PLOT-utgangsmodulene fungerer perfekt med. Denne tilnærmingen er ganske egnet for Windows-versjonen av Surfer.

De resulterende grafiske bildene kan sendes ut til enhver utskriftsenhet som støttes av Windows, eller sendes ut til et filformat som AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], samt HP Graphics Language [. .HPGL] og Encapsulated PostScript [.EPS]. Toveis utveksling av data og grafikk med andre Windows-applikasjoner kan også utføres gjennom Windows utklippstavle. I tillegg kan grafiske bilder utarbeidet i Surfer eksporteres til MapViewer-pakken, legge et kart over territoriet på den og få et kart over fordelingen av denne parameteren i et spesifikt territorium (fig. 12 og ).

Makropakkekontroller

I Surfer 5.0, opprettet tilbake i 1994, nesten samtidig med kontorpakker Microsoft Office 4.0 ble en objektkomponentmodell implementert basert på støtte for OLE 2.0 Automation-mekanismen (det som i dag kalles ActiveX). Dette gjør det mulig å integrere Surfer som en ActiveX-server i komplekse databehandlings- og modelleringssystemer.

På alle språk som også støtter denne mekanismen (for eksempel Visual Basic, C++ eller Visual Basic for applikasjoner), kan du skrive en kontrollmakrofil for Surfer. Spesielt ved å bruke et sett med makrofiler, kan du automatisk utføre noen ofte gjentatte oppgaver. Eller en slik fil kan genereres under kjøringen av et hvilket som helst applikasjonsberegningsprogram for automatisk databehandling og visualisering.

Følgende funksjon, skrevet i VB, lager for eksempel et konturkart og setter inn bildet i et regneark kalt "Sheet1":

• Funksjon MakeMap();
• definere Surf-variabelen som et objekt Dim Surf som objekt;
• innstilling av mapping mellom Surf-variabelen og Surfer-programmet Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• skriv inn GRD-filnavn;
• utførelse av makrokommandoer av Surfer-pakken Surf.MapCountour(GrdFile$);
• bygge et isoline-kart Surf.Select;
• velg bilde Surf.EditCopy;
• kopier det valgte bildet til utklippstavlen;
• dette er allerede en Excel-kommando - lim inn et bilde fra utklippstavlen i den gjeldende posisjonen til tabellen Sheet1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Betydningen av denne prosedyren er ganske klar. For det første er Surf-variabelen definert som et objekt og tilordnet Surfer-pakken (Surfer.App). Neste er kommandoene som VBA allerede tolker som kall til Surfer-funksjoner (navnene deres tilsvarer kommandoene som brukeren velger i dialogmodus), utført gjennom ActiveX-mekanismen.

I tillegg har Surfer-pakken sitt eget makrospråk, som egentlig er en type VBA og brukes til å skrive kontrollspørringer i et spesialprogram SG Scripter (fil GSMAC.EXE). For eksempel, ved å bruke et så enkelt program, kan du implementere en makro som automatisk konstruerer konturkart for ett sett med kildedata ved å bruke alle de syv interpolasjonsmetodene:

• lage et Surfer-objekt Sett Surf = CreateObject("Surfer.App");
• å konstruere et kart ved å bruke hver interpolasjonsmetode;
• for kildedatafilen DEMOGRID.DAT For Metode = 0 til 6;
• åpen nytt dokument tegning Surf.FileNew();
• beregning av GRD-filen med gjeldende interpolasjonsmetode If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
• konstruere et isolinekart Hvis Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0, så avslutter neste.

Start inn automatisk modus Lignende oppgaver, som presenteres som et program skrevet i GS Scripter, kan utføres enten fra kommandolinjen:

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

eller fra et hvilket som helst program som bruker SHELL-kommandoen:

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

(/x-bryteren indikerer behovet automatisk utførelse program task.bas).

GS Scripter kan også brukes til å kontrollere andre programmer som støtter ActiveX (for eksempel for arbeid med MS Office).

Hva er nytt i Surfer 6.0

Som vi allerede har sagt, kommer Surfer 6.0 i 16- og 32-biters versjoner. Men i tillegg til dette har det dukket opp flere nyttige funksjonelle utvidelser. Først og fremst bør det bemerkes at det er mulig å bruke ytterligere to typer bakgrunnskart når du konstruerer flate bilder: Bildekart og Shaded Relief Map.

Image Maps innebygde tegneverktøy gjør det ganske enkelt og raskt å lage fargekart. I dette tilfellet kan du bruke flerfargefylling av bilder, inkludert bruk av fargekombinasjoner opprettet av brukeren.

Men det som er spesielt imponerende er egenskapene til Shaded Relief Map, som lar deg få bilder som høykvalitetsfotografier direkte i Surfer-miljøet (fig. 14), som kan brukes både til felles bruk med konturkart og uavhengig av hverandre. . Dette lar brukeren kontrollere alle parameterne som trengs for å lage de mest uttrykksfulle bildene, inkludert lyskildeplassering, relativ helningsgradient, skyggetype og farge. Brukeren av pakken har også flere muligheter for å visualisere data og ordne ulike bilder på én skjerm (fig. 15).

Settet med hjelpeoperasjoner ved behandling av digitale overflater er utvidet. Ved å bruke de nye Grid Calculus-funksjonene kan du bestemme helningen, krumningen og horisontlinjen til et syn på et spesifikt punkt på en overflate, samt beregne første og andre deriverte for Fourier-funksjoner og spektralanalyse. Og ytterligere Grid Utilities-verktøy lar deg transformere, skifte, skalere, rotere og speile data i GRD-filer (et format for lagring av verdier i vanlige rutenettnoder). Etter dette kan du gjøre et hvilket som helst valg av et undersett av datasettet ved antall kolonner og kolonner eller ganske enkelt vilkårlige rutenettnoder.

Fra synspunktet til det matematiske apparatet for å konstruere en overflate, virker det veldig viktig å implementere en annen interpolasjonsalgoritme - Nearest Neighbor, samt tre nivåer av variogram-hekking, som lar deg lage mer enn 500 resulterende kombinasjoner.

Tidligere laget bilder basert på forskjellige typer kart (konturkart, skyggelagt relieffskart, postkart, bildekart) kan brukes som mal ved å erstatte en ny GRD-fil med eksisterende kart. I tillegg, nå, etter først å ha kombinert flere lag med forskjellige kart til ett bilde, kan du deretter skille dem inn i de originale elementene og lage dem på nytt basert på nye data.

Blant de rene servicefunksjonene bør vi fremheve muligheten til å legge inn digitaliseringsdata for grenselinjer og vilkårlige punkter fra skjermen direkte inn i en ASCII-fil, samt automatisk opprettelse av en legende for ulike typer Post Map-punkter. Du kan nå importere Digital Elevation Model (DEM)-filer direkte fra Internett (eller en annen informasjonskilde) som en digital overflatemodell. Og til slutt, nye dataeksportformater lar deg lagre kartbilder i nesten alle rasterformater (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG og mange andre).

Fortsettelse følger

ComputerPress 2"1999

Programvareverktøy og teknologier som brukes til å behandle geologisk og geofysisk informasjon: standard MSOffice-programmer;
programmer for behandling av statistisk informasjon
(Statistica, Coscade);
datagrafikkprogrammer:
standard programmer (CorelDraw, Photoshop...);
ingeniørgrafikkprogrammer (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
datastøttede designsystemer
(AutoCAD, etc.);
spesialiserte behandlingssystemer og
tolkning av geologisk og geofysisk informasjon;
komplekse analyse- og tolkningssystemer
geologiske og geofysiske data;
geografiske informasjonssystemer.

Disiplinplan
Kursinnhold:
Poeng
1. Grunnleggende om kartlegging i en programvarepakke
Surfer (Golden Software).
40 (16)
2. Lage tredimensjonale modeller av felt i programmet
Voxler (Golden Software).
20 (8)
3. Grunnleggende design i Autocad (Autodesk)
40 (17)
4. Løse geologiske problemer i geoinformasjon
ArcGIS system (ESRI)
30 (12)
5. Oppretting av 3D-modell av innskudd og beregning av reserver i
Micromine (Micromin) system.
30 (12)
avsluttende eksamen
40 (17)

TEMA nr. 1.

Grunnleggende om kartlegging
Surfer programvarepakke

Surfer-program (Golden Software, USA)

Hovedformålet med pakken er å bygge
kart over overflater z = f(x, y).
3D-projeksjon

Programgrensesnitt

Paneler
verktøy
Meny
programmer
Tomtevindu
Regnearkvindu
sjef
gjenstander

Systemstruktur

Programmet inkluderer 3 hoved
funksjonelle blokker:
1. konstruksjon
digital modell
overflater;
2. hjelpeoperasjoner med digital
overflatemodeller;
3. overflatevisualisering.

Konstruksjon av en digital overflatemodell
Den digitale modellen av overflaten Z(x, y) er representert
i form av verdier i nodene til et rektangulært vanlig rutenett, diskrethet
som bestemmes avhengig av det spesifikke problemet som løses.
y
x ≠ y
x
y
z1
z5
z9
z13
z17 node
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
x

Filer av typen [.GRD] (binær eller
tekstformat).
antall celler langs X- og Y-aksene
min og maks verdier av X, Y, Z
linje y
(Y=konst)
linje x
(X=konst)
Surfer-programmet lar deg bruke ferdige digitale modeller
overflater i formater av andre systemer USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], Digital terrenghøydemodell (DTED) [.DT*] .

Pakken inneholder 3 alternativer
får verdier ved rutenettnoder:
i henhold til de første dataene spesifisert på vilkårlige punkter i regionen (i
noder av et uregelmessig rutenett), ved hjelp av algoritmer
interpolering av todimensjonale funksjoner;
beregne verdiene til en funksjon spesifisert eksplisitt av brukeren;
overgang fra et vanlig rutenett til et annet.

Opprette et rutenett fra et uregelmessig datasett
Opprinnelige data:
Formater tabeller [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
XYZ-data

Valg
data
Menypunkt Rutenett>Data
Velge en metode
interpolasjon
Definere mesh geometri

Velge rutenettets cellestørrelse
Valg av nettverkstetthet bør gjøres iht
kildedata eller nødvendig kartmålestokk.
Hvis målestokken som kartet må tegnes på er kjent, så trinnet
mellom rutenettlinjer må settes lik antall enheter
kort som passer inn i 1 mm bilder.
For eksempel, i en skala på 1:50 000 er dette 50 m.
Hvis den nødvendige skalaen ikke er kjent på forhånd, så trinnet mellom linjene
rutenett kan settes til halve gjennomsnittsavstanden
mellom datapunkter.

Griding metoder

Invers avstand
Kriging
Minimum kurvatur
Polynomregresjon
Triangulering med lineær interpolasjon
Lineær interpolering),
Nærmeste nabo
Shepards metode (Shepards metode),
Radial basisfunksjoner
Glidende gjennomsnitt osv.

INTERPOLASJON:
Triangulering med lineær metode
Interpolasjon
Triangulering med lineær interpolasjonsmetode
Lineær interpolasjon) er basert på Delaunay-triangulering over inngangspunkter og
lineær interpolasjon av overflatehøyder innenfor flate flater.
z
punkt med det ukjente
verdier (node)
x
y
Delaunay-triangulering
poeng med kjent
verdier

INTERPOLASJON: Invers avstand til en kraft-metode (IDW).
Invers avstand til en kraftmetode
beregner celleverdier ved å beregne gjennomsnittsverdier ved referansepunkter,
plassert i nærheten av hver celle. Jo nærmere punktet er midten av cellen,
hvis verdi beregnes, jo større innflytelse, eller vekt, har den i
gjennomsnittsprosess
7,5
11,8
,
100 m
Hvor
150 m
60 m
3,0
i – vekten av den målte verdien;
k – eksponent
?
70 m
21,6
poeng med kjent
verdier
?
poeng med ukjente
verdier
Radius
interpolasjon

INTERPOLASJON: Minimum Curvature metode
Minimum Curvature-metoden beregner verdier med
ved hjelp av en matematisk funksjon som minimerer totalen
krumning av overflaten og bygger en jevn overflate som passerer gjennom
referansepunkter

Interpolasjon: Polynomregresjonsmetode
Polynomregresjonsmetoden er basert på
tilnærming av overflaten med et polynom av en viss rekkefølge:
z(x)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn - polynom av n. orden
Minste kvadraters metode minimerer summen
- beregnet (estimert) verdi av parameteren z
- observert verdi av parameteren z

første orden
Tilnærming av en overflate med et polynom
andre bestilling

Interpolasjon: Kriging-metoden
Kriging-metoden er basert på statistiske modeller som
ta hensyn til romlig autokorrelasjon (statistisk forhold
mellom referansepunkter)
Tilfeldige, men romlig korrelerte fluktuasjoner
høyder
Tilfeldig støy
(steinblokker)
Drift (generell trend)
høydeendringer)
Illustrasjon av kriging-elementer. Drift (generell tendens), tilfeldig, men
romlig korrelerte høydesvingninger (små avvik fra det generelle
trender), og tilfeldig støy.

Variogram
Halvdispersjon (avstand h) = 0,5 * gjennomsnitt[ (verdi ved punkt i - verdi ved punkt j)2]
for alle punktpar atskilt med avstand h
Semi-dispersjon
h
h
Avstand (etterslep)
Semi-dispersjon
Dannelse av poengpar:
den røde prikken pares med alle
andre målepunkter
Rest
spredning
(klump)
Grense
radius
korrelasjoner
(område)
Avstand (etterslep)

Semivariogram modellering
Semi-dispersjon
Semi-dispersjon
Avstand (etterslep)
Sfærisk modell
Avstand (etterslep)
Semi-dispersjon
Eksponentiell modell
Avstand (etterslep)
Lineær modell

Beregning av verdier i nettverksnoder
7,5
11,8
poeng med kjent
verdier
100 m
150 m
60 m
3,0
?
poeng med ukjente
verdier
?
70 m
21,6
i – vekten av den målte verdien,
regnet ut
på
basis
modeller
variogrammer
Og
romlig
fordeling av målepunkter rundt
punktet blir vurdert
Radius
interpolasjon

Sammenligning av interpolasjonsmetoder
Tilbake
vektet
avstander
Triangulering med
lineær
interpolasjon
Minimum
krumning
Kriging

Ytterligere alternativer
IV
R2
1. Definere området for kildedata for beregning av verdier i noder
rutenettfil
Jeg
R1
III
II

2. Regnskap for "Breaklines" og feil
Feil
Ved hjelp av feiloppgaven simuleres posisjonen
feil/omvendt feiltype feil.
Filstruktur [.BLN]
Antall poeng
objektoppdrag
Kode
(0—nettet tilbakestilles utenfor
kontur,
1- tilbakestilling av rutenett
inne i omrisset)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Mission Feil
Regnskapsfeil støtter interpolasjonsmetoder: Invers avstand til en
Strøm, minimumskurvatur, nærmeste nabo og databeregninger.

Breaklines
Filstruktur [.BLN]
Mengde
poeng
oppgaver
gjenstand
Kode
(0-rutenett tilbakestilt
utenfor konturen
1- tilbakestilling av rutenett
innsiden
kontur)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Mission Breakline
Breakline-regnskap støtter interpolasjonsmetoder:
Invers avstand til en kraft, kraging, minimum krumning,
Nærmeste nabo, Radial Basisfunksjon, Glidende gjennomsnitt, Lokal
Polynom

Regnskap for diskontinuiteter

Regnskap
Breaklines
Konturkart uten
feilregnskap
Regnskap
Feil

Visualisering av overflatebilder

Konturkart
Grunnkart
Punktdatakart
Raster
Skyggelagt relieff
Vektor kart
3D rutenett
3D overflate
Konstruksjonsresultatet lagres som en vektor
grafikk i [.srf]-filen.

Oversiktskart
Konturkart

3D
Bilder
overflater
3D overflatekart

3D-masker
3D Wireframe-kart

Vektorkort
Vektorkart

Rastere
Bildekart

Kart
skyggelagt relieff
Skyggelagte reliefskart

Grunnleggende kort
Grunnkart
Importerte formater:
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

Vannskillekart
Vannskillekart
depresjon
vann renner
svømmebassenger
Kart gjenspeiler dreneringssystemer

Modellering av diskrete objekter

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

Post kart

Klassifiserte punktdatakart
Klassede postkart

Grensefiler [.bln]
Antall poeng
objektoppdrag
Kode
(0-nuller rutenettet utenfor konturen,
1- nullstilling av rutenettet inne i kretsen)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Polygon (lukket)
X5 ,Y5
X3 ,Y3
X4 ,Y4
X2,Y2
Xn
X6 ,Y6
Yn
X10 ,Y10
X1,Y1
Linje
X6 ,Y6
X7 ,Y7
X4 ,Y4
X2,Y2
X5 ,Y5
X3 ,Y3
X1,Y1
X7 ,Y7
X8 ,Y8
X9 ,Y9
X1=X10
Y1=Y10

Beregning av interpolasjonsfeil,
Grafisk rutenettredigering.

Manuell rutenettkorrigering (Grid Node Editor)

Grafisk editor for å legge inn og korrigere dataverdier
maskeområde

Estimering av interpolasjonsnøyaktighet (rester)

Rutenett menyelement

Matematiske operasjoner på rutenett (matte)
Inndatarutenett 1
Lar deg gjennomføre
beregninger på en eller
to rutenett
Inndatarutenett 2
Utgangsnett
Beregningsformel
-
Tak
=
Såle
Makt

Overflateanalyse (kalkulus)
Metoder
Tillater analyse
overflateformer
Inndatarutenett
Utgangsnett
Vinkler
tilt
Terreng
Skråningen
Orientering
bakker
Terrengaspekt

Filter
Inndatarutenett
Utgangsnett
Størrelse
operatør
Metoder
Lar deg fremheve
forskjellige frekvenskomponenter
overflatemodeller
Operatør
Lav frekvens
filtrering
41 41

Blank
Lar deg tilbakestille kartområder definert av [.bln]-filen
Inndatarutenett
+ Fil [.bln] = Utdatanett
Blanking
Blank
Polygongrenser

Konstruksjon av seksjoner (Slice)
Lar deg kutte overflaten langs en linje, posisjon
som er definert av filen [.bln]
Inndatarutenett
+ Fil [.bln] = Utdatafil [.dat]
X
Y
Z
Avstand
etter profil
Profillinje
64
Profildelen
Z
56
48
40
0
20000
40000
Profilavstand
60000
80000

Kunnskapsdepartementet Den russiske føderasjonen

KURSARBEID

Konstruksjon av digitale høydemodeller basert på SRTM radar topografiske undersøkelsesdata

Saratov 2011

Introduksjon

Konseptet med digitale høydemodeller (DEM)

1 Historien om opprettelsen av DEM

2 typer DEM

3 Metoder og metoder for å lage DEM-er

4 nasjonale og globale DEM-er

Survey Radar Topografiske Data (SRTM)

1 Versjoner og datanomenklatur

2 Vurdere nøyaktigheten til SRTM-data

3 Bruke SRTM-data for å løse brukte problemer

Anvendelse av SRTM for å lage geobilder (ved å bruke eksemplet med Saratov- og Engel-regionene)

1 Konsept med geobilder

2 Bygging av en digital avlastningsmodell for territoriet til Saratov- og Engel-regionene

Konklusjon

Introduksjon

Digitale modeller lettelse (DEM) er en av de viktige modelleringsfunksjonene til geografiske informasjonssystemer, som inkluderer to grupper av operasjoner, hvorav den første tjener løsningen på problemer med å lage en avlastningsmodell, den andre - bruken.

Denne typen produktet er en fullstendig tredimensjonal visning av det virkelige terrenget på undersøkelsestidspunktet, noe som gjør at det kan brukes til å løse ulike anvendte problemer, for eksempel: bestemme eventuelle geometriske parametere for relieffet, konstruere tverrsnittsprofiler; utføre design og undersøkelsesarbeid; overvåking av terrengdynamikk; beregning av geometriske egenskaper (areal, lengde, omkrets) tar hensyn til avlastningen for behovene til arkitektur og byplanlegging; tekniske undersøkelser, kartografi, navigasjon; beregning av skråningsbratthet, overvåking og prognose av geologiske og hydrologiske prosesser; beregning av lys- og vindforhold for arkitektur og byplanlegging, ingeniørundersøkelser, miljøovervåking; bygge synlighetssoner for telekommunikasjons- og mobilselskaper, arkitektur og byplanlegging. I tillegg er DEM-er mye brukt for å visualisere territorier i form av tredimensjonale bilder, og gir derved muligheten til å konstruere virtuelle terrengmodeller (VTM).

Relevansen av emnet for kursarbeidet skyldes behovet for geografisk forskning for å bruke relieffdata i digital form på grunn av den økende rollen til geografisk informasjonsteknologi i å løse ulike problemer, behovet for å forbedre kvaliteten og effektiviteten til metoder for å lage og bruke digitale høydemodeller (DEM), og sikre påliteligheten til de opprettede modellene.

Tradisjonelle kilder til innledende data for å lage en DEM av land er topografiske kart, fjernmålingsdata (RSD), data fra satellittposisjoneringssystemer, geodetiske arbeider; data fra oppmåling og ekkolodd, materialer fra fototeodolitt og radarundersøkelser.

For tiden har noen utviklede land opprettet nasjonale DEM-er, for eksempel i USA, Canada, Danmark, Israel og andre land. Det er for øyeblikket ingen offentlig tilgjengelige data av lignende kvalitet på den russiske føderasjonens territorium.

En alternativ kilde til høydedata er fritt tilgjengelige SRTM-data (Shuttle radar topografisk oppdrag), tilgjengelig over det meste av kloden med 90 m modelloppløsning.

Formålet med dette arbeidet er å studere en alternativ kilde til høydedata - jordradarundersøkelsesdata - SRTM, samt deres behandlingsmetoder.

Som en del av dette målet er det nødvendig å løse følgende oppgaver:

oppnå teoretisk forståelse av konseptet, typene og metodene for å lage DEM-er, studere nødvendige data for å konstruere DEM-er, fremheve de mest lovende områdene for å bruke disse modellene til å løse ulike anvendte problemer;

identifisere SRTM-datakilder, identifisere tekniske funksjoner, utforske mulighetene for å få tilgang til SRTM-data

vise mulig bruk av denne typen data.

For å skrive kursarbeidet ble følgende kilder brukt: læremidler om geoinformatikk og fjernmåling, tidsskrifter, elektroniske ressurser på Internett.

1. Konseptet med digitale høydemodeller (DEM)

En av de betydelige fordelene med teknologier for geografiske informasjonssystem fremfor konvensjonelle kartografiske metoder i "papir" er muligheten til å lage romlige modeller i tre dimensjoner. Hovedkoordinatene for slike GIS-modeller vil i tillegg til vanlig breddegrad og lengdegrad også tjene som høydedata. Dessuten kan systemet arbeide med titalls og hundretusener av høydemerker, og ikke med enheter og tiere, noe som også var mulig ved bruk av "papir" kartografimetoder. På grunn av tilgjengeligheten av rask databehandling av enorme rekker av høydedata, har oppgaven med å lage den mest realistiske digitale høydemodellen (DEM) blitt gjennomførbar.

En digital høydemodell er vanligvis forstått som et middel for digital representasjon av tredimensjonale romlige objekter (overflater eller relieffer) i form av tredimensjonale data, som danner et sett med høydemerker (dybdemerker) og andre Z-koordinatverdier, ved noder i et vanlig eller kontinuerlig nettverk eller et sett med konturlinjer (isohypsum, isobath) eller andre isoliner. DEM er en spesiell type tredimensjonal matematiske modeller, som representerer visningen av relieffet av både ekte og abstrakte overflater.

1 Historien om opprettelsen av DEM

Bildet av lettelse har lenge vært interessant for folk. På de eldste kartene store former relieff ble vist som en integrert del av landskapet og som et element av orientering. Den første måten å vise landformer på var med perspektivskilt som viste fjell og åser; Siden det attende århundre begynte imidlertid aktiv utvikling av nye, stadig mer komplekse metoder. En perspektivmetode med strektegning er vist på kartet over Pyreneene (1730). Farge ble først brukt til å designe plastrelieffet i Atlas for kampanjen til russiske tropper i Sveits (1799). De første eksperimentene med å lage DEM-er går tilbake til de tidligste stadiene av utviklingen av geoinformatikk og automatisert kartografi i første halvdel av 1960-tallet. En av de første digitale terrengmodellene ble produsert i 1961 ved Institutt for kartografi ved Military Engineering Academy. Deretter ble metoder og algoritmer for å løse ulike problemer utviklet, kraftige programvare modellering, store nasjonale og globale datasett om relieff, erfaring har blitt samlet i å løse ulike vitenskapelige og anvendte problemer med deres hjelp. Særlig har bruken av DEM til militære oppgaver fått stor utvikling.

2 typer DEM

De mest brukte overflaterepresentasjonene i GIS er raster- og TIN-modeller. Basert på disse to representantene dukket det historisk opp to alternative modeller DEM: basert på rent regulære (matrise) representasjoner av reliefffeltet med høydemerker og strukturelle, en av de mest utviklede formene er modeller basert på strukturell-lingvistisk representasjon.

Rasterrelieffmodell - sørger for inndeling av plass i ytterligere udelelige elementer (piksler), og danner en matrise av høyder - et vanlig nettverk av høydemerker. Lignende digitale høydemodeller er laget av nasjonale karttjenester i mange land. Et vanlig nettverk av høyder er et gitter med like rektangler eller firkanter, hvor toppunktene til disse figurene er rutenettnoder (Figur 1-3).

Ris. 1.2.1 Et forstørret fragment av en relieffmodell som viser rasterstrukturen til modellen.

Ris. 1.2.2 Vise en vanlig modell av et nettverk av høyder på et fly.

Ris. 1.2.3. Tredimensjonal relieffmodell av landsbyens omgivelser. Kommunar (Khakassia), bygget på grunnlag av et vanlig nettverk av høyder /1/

En av de første programvarepakkene som implementerte muligheten for flere inndata av forskjellige lag med rasterceller var GRID-pakken (oversatt fra engelsk - gitter, rutenett, nettverk), opprettet på slutten av 1960-tallet. ved Harvard Computer Graphics and Spatial Analysis Laboratory (USA). I den moderne, mye brukte GIS-pakken ArcGIS, kalles raster-romdatamodellen også GRID. I en annen populært program for å beregne en DEM - Surfer, kalles et vanlig nettverk av høyder også GRID, filene til en slik DEM er i GRD-format, og beregningen av en slik modell kalles Gridding.

Når du oppretter et vanlig nettverk av høyder (GRID), er det veldig viktig å ta hensyn til rutenettets tetthet (netthøyde), som bestemmer dens romlige oppløsning. Jo mindre det valgte trinnet er, jo mer nøyaktig DEM - jo høyere romlig oppløsning av modellen, men jo mer mer mengde grid noder, derfor kreves det mer tid for å beregne DEM og mer diskplass kreves. For eksempel, når rutenettsteget reduseres med en faktor på 2, øker mengden dataminne som kreves for å lagre modellen med en faktor på 4. Det følger at vi må finne en balanse. For eksempel spesifiserer US Geological Survey DEM-standarden, utviklet for National Digital Cartographic Data Bank, en digital høydemodell som en vanlig rekke høydemerker ved 30x30 m rutenettnoder for et kart i skala 1:24 000. Ved interpolasjon, tilnærming, utjevning og andre transformasjoner til Rastermodellen kan inneholde DEM-er av alle andre typer.

Blant uregelmessige masker er det mest brukte et uregelmessig formet trekantnett - TIN-modellen. Den ble utviklet på begynnelsen av 1970-tallet. som en enkel måte å konstruere overflater basert på et sett med ujevnt fordelte punkter. På 1970-tallet Flere versjoner av dette systemet ble laget, og kommersielle TIN-baserte systemer begynte å dukke opp på 1980-tallet. som programvarepakker for å konstruere konturlinjer. TIN-modellen brukes til digital terrengmodellering, med noder og kanter på det trekantede nettverket som tilsvarer de originale og avledede attributtene til den digitale modellen. Når du konstruerer en TIN-modell, er diskret plasserte punkter forbundet med linjer som danner trekanter (Figur 4).

Ris. 1.2.4. Delaunay-trianguleringstilstand.

Innenfor hver trekant i TIN-modellen er overflaten vanligvis representert som et plan. Siden overflaten til hver trekant er definert av høydene til de tre hjørnene, sikrer bruken av trekanter at hver del av mosaikkoverflaten passer nøyaktig inn i tilstøtende deler.

Fig.1.2.5. En tredimensjonal relieffmodell bygget på grunnlag av et uregelmessig triangulasjonsnettverk (TIN).

Dette sikrer kontinuitet av overflaten med et uregelmessig arrangement av punkter (Figur 5-6).

Ris. 1.2.6. Et forstørret fragment av relieffmodellen i fig. 5 som viser den trekantede strukturen til TIN-modellen.

Hovedmetoden for å beregne TIN er Delaunay-triangulering, fordi Sammenlignet med andre metoder har den de mest passende egenskapene for en digital relieffmodell: den har den minste harmonisitetsindeksen som summen av harmonisitetsindeksene til hver av de formende trekantene (nærhet til likekantet triangulering), egenskapen til den maksimale minimumsvinkelen (den største ikke-degenerasjonen av trekantene) og minimumsarealet til den dannede polyedriske overflaten.

Siden både GRID-modellen og TIN-modellen har blitt utbredt geografisk informasjonssystemer og støttes av mange typer programvare GIS, du må kjenne fordelene og ulempene ved hver modell for å velge riktig format for lagring av terrengdata. Fordelene med GRID-modellen inkluderer enkelheten og hastigheten til datamaskinbehandlingen, som er assosiert med rasternaturen til selve modellen. Utdataenheter, som skjermer, skrivere, plottere, etc., bruker sett med prikker, dvs. for å lage bilder. har også et rasterformat. Derfor sendes GRID-bilder enkelt og raskt ut til slike enheter, siden det er enkelt for datamaskiner å utføre beregninger for å representere individuelle kvadrater i et vanlig nettverk av høyder ved å bruke punkter eller videopiksler til utdataenhetene.

Takket være rasterstrukturen lar GRID-modellen deg "glatte" den modellerte overflaten og unngå skarpe kanter og fremspring. Men dette er også "minus" til modellen, fordi Ved modellering av lindring av fjellområder (spesielt unge - for eksempel alpinfolding) med en overflod av bratte bakker og spisse topper, er tap og "uskarphet" av de strukturelle linjene i relieff og forvrengning av helhetsbildet mulig. I lignende tilfeller det kreves en økning i den romlige oppløsningen til modellen (stigningen til høydenettet), og dette er full av en kraftig økning i mengden dataminne som kreves for å lagre DEM. Generelt har GRID-modeller en tendens til å ta opp mer diskplass enn TIN-modeller. For å fremskynde visningen av store digitale terrengmodeller, brukes ulike metoder, hvorav den mest populære er konstruksjonen av såkalte pyramidelag, som gjør det mulig å bruke forskjellige nivåer av bildedetaljer i forskjellige skalaer. Dermed er GRID-modellen ideell for å vise geografiske (geologiske) objekter eller fenomener hvis egenskaper jevnt endres i rommet (avlastning av flate områder, lufttemperatur, atmosfærisk trykk, oljereservoartrykk, etc.). Som nevnt ovenfor, dukker manglene ved GRID-modellen opp ved modellering av relieff av unge fjellformasjoner. En spesielt ugunstig situasjon med bruk av et regulært høydenett oppstår dersom det modellerte området veksler mellom omfattende utjevnede områder med områder med avsatser og klipper som har kraftige høydeendringer, som for eksempel i vidt utbygde daler av store lavlandselver ( Fig. 7). I dette tilfellet vil det i det meste av det simulerte territoriet være "redundans" av informasjon, fordi GRID grid noder på flate områder vil ha samme høydeverdier. Men i områder med bratte relieffkanter kan stigningsstørrelsen på høydegitteret være for stor, og følgelig kan den romlige oppløsningen til modellen være utilstrekkelig til å formidle "plastisiteten" til relieffet.

Ris. 1.2.7. Et fragment av en tredimensjonal modell av relieffet fra Tom-dalen (den røde pilen viser kanten til den andre terrassen over flomsletten på venstre bredd, den høye kanten på høyre bredd er skråningen til interfluve-sletten). Den vertikale skalaen er fem ganger større enn den horisontale.

TIN-modellen har ikke slike mangler. Siden et uregelmessig nettverk av trekanter brukes, er flate områder modellert av et lite antall enorme trekanter, og i områder med bratte avsatser, hvor det er nødvendig å vise i detalj alle kantene på relieffet, vises overflaten med en rekke små trekanter (fig. 8). Dette lar deg bruke datamaskinens RAM og permanente minneressurser mer effektivt for å lagre modellen.

Ris. 1.2.8. Uregelmessig nettverk av trekanter.

Ulempene med TIN inkluderer høye kostnader datamaskinressurser for å behandle modellen, noe som reduserer visningen av DEM på skjermen og utskrift betydelig, fordi dette krever rasterisering. En løsning på dette problemet ville være å introdusere "hybride" modeller som kombinerer TIN-bruddlinjer og en vanlig punktsett-visningsmetode. En annen betydelig ulempe med TIN-modellen er "terrasseeffekten", uttrykt i utseendet til såkalte "pseudo-trekanter" - flate områder i en åpenbart umulig geomorfologisk situasjon (for eksempel langs bunnlinjen av V-formede daler) (Fig. 9).

En av hovedårsakene er den lille avstanden mellom punktene for digital registrering av konturer sammenlignet med avstandene mellom selve konturene, som er typisk for de fleste typer relieff i deres kartografiske visning.

Ris. 1.2.9. "Terrasseeffekt" i dalene til små elver, som oppstår når du oppretter en TIN basert på konturlinjer uten å ta hensyn til de strukturelle linjene til lettelsen (i dette tilfellet det hydrauliske nettverket).

3 Metoder og metoder for å lage DEM-er

Siden de første kartene dukket opp, har kartografer blitt møtt med problemet med å vise tredimensjonalt terreng på et todimensjonalt kart. Ulike metoder er prøvd for dette. På topografiske kart og planer ble relieffet avbildet ved hjelp av konturlinjer - linjer med like høyder. På generelle geografiske og fysiske kart var relieffet skyggelagt (skyggelagt), eller en viss høyde på terrenget ble tildelt en farge med tilsvarende tonalitet (høydeskala). For tiden, med bruken av digitale kart og planer, øker hastigheten data utstyr nye muligheter for å representere terrenget dukker opp. Tredimensjonal visualisering av en relieffmodell blir stadig mer populær, da den lar selv profesjonelt utrente personer få et ganske fullstendig bilde av relieffet. Moderne tredimensjonale visualiseringsteknologier lar deg "se" på terrenget fra ethvert punkt i rommet, fra alle vinkler, og også "fly" over terrenget.

Siden utviklingen av informasjonssystemer og teknologier, samt utviklingen av satellittindustrien, har det dukket opp ulike metoder og metoder som gjør det mulig å konstruere DEM-er. Det er to fundamentalt forskjellige måter å innhente data for å konstruere digitale høydemodeller.

Den første metoden er fjernmålingsmetoder og fotogrammetri. Slike metoder for å lage DEM-er inkluderer metoden for radarinterferometri. Den er basert på bruk av fasekomponenten til et radarsignal reflektert fra jordoverflaten. Nøyaktigheten av DEM-rekonstruksjon ved bruk av den interferometriske metoden er flere meter, og den varierer avhengig av terrengets natur og signalstøynivået. For en jevn overflate og for et interferogram Høy kvalitet Nøyaktigheten av avlastningsrekonstruksjon kan nå flere titalls centimeter. Det finnes også en metode for stereoskopisk behandling av radardata. For at modulen skal fungere, er det nødvendig å ha to radarbilder tatt med forskjellige strålevinkler. Nøyaktigheten av DEM-rekonstruksjon ved bruk av stereoskopisk metode avhenger av størrelsen på det romlige oppløsningselementet i bildet. Luftbåren laserskanning (ALS)-teknologi er den raskeste, mest komplette og pålitelige måten å samle inn romlig og geometrisk informasjon om vanskelig tilgjengelige (våtmarker og skogkledde) områder. Metoden gir nøyaktige og detaljerte data om både terrenget og situasjonen. I dag lar VLS-teknologien deg raskt få fullstendig romlig og geometrisk informasjon om terreng, vegetasjonsdekke, hydrografi og alle bakkeobjekter i undersøkelsesområdet.

Den andre metoden er å konstruere relieffmodeller ved å interpolere digitaliserte isoliner fra topografiske kart. Denne tilnærmingen er heller ikke ny; den har sine egne styrker og svake sider. Ulempene inkluderer arbeidsintensitet og noen ganger utilstrekkelig tilfredsstillende modelleringsnøyaktighet. Men til tross for disse manglene, kan det hevdes at digitaliserte topografiske materialer vil forbli den eneste datakilden for slik modellering i flere år fremover.

4 nasjonale og globale DEM-er

Den offentlige tilgjengeligheten av data og teknologier for å konstruere DEM-er gjør det mulig for mange land å lage nasjonale hjelpemodeller som brukes for landets personlige behov; eksempler på slike land er USA, Canada, Israel, Danmark og noen andre land. USA er en av lederne innen opprettelse og bruk av DEM-er. For tiden produserer landets nasjonale topografiske karttjeneste, U.S. Geological Survey, fem datasett som representerer DEM-format (Digital Elevation Model) og varierer i teknologi, oppløsning og romlig dekning. Et annet eksempel på den vellykkede opplevelsen av en nasjonal DEM er den danske DEM. Den første digitale høydemodellen av Danmark ble opprettet i 1985 for å løse problemet med optimal plassering av nettverksoversettere mobil kommunikasjon. Digitale høydemodeller i form av høydematriser inngår i de grunnleggende geodatasettene til nesten alle nasjonale og regionale SID-er (spatial informasjonsdata). På det nåværende nivået av teknologiutvikling, når tonehøyden til høydenettet i nasjonale DEM-er 5 m. DEM-er med lignende romlig oppløsning er helt klare eller vil være klare i nær fremtid for så store territorier som EU og USA. Hensiktsmessigheten av begrensningen på avlastningsdetaljene etablert i vårt land går tapt under forhold når du på verdensmarkedet kan kjøpe en fritt distribuert global ASTGTM DEM med en høydenettavstand på omtrent 30 m (ett buesekund). I tillegg forventes oppløsningen av offentlig tilgjengelige DEM-er å øke jevnt. Som en mulig midlertidig løsning på problemet foreslås det å opprettholde hemmelighold for den mest detaljerte basis-DEM-en og fritt distribuere mindre detaljerte DEM-er opprettet på grunnlag av base-en; gradvis redusere DEM-personvernterskelen avhengig av nøyaktigheten til avlastningsrepresentasjonen og området i området den dekker.

2. SRTM-data

radar topografisk oppdrag (SRTM) - Radar topografisk undersøkelse av det meste av kloden, med unntak av de nordligste (>60), sørligste breddegrader (>54), samt havene, utført over 11 dager i februar 2000 ved hjelp av en spesielt radarsystem, fra den gjenbrukbare romfergen. Mer enn 12 terabyte med data ble samlet inn av to radarsensorer, SIR-C og X-SAR. I løpet av denne tiden, ved hjelp av en metode kalt radarinterferometri, ble det samlet inn en enorm mengde informasjon om jordens topografi, behandlingen fortsetter til i dag. Resultatet av undersøkelsen var en digital relieffmodell på 85 prosent av jordas overflate (fig. 9). Men en viss mengde informasjon er allerede tilgjengelig for brukerne. SRTM- internasjonalt prosjekt, ledet av National Geospatial Intelligence Agency (NGA), NASA, Italian Space Agency (ASI) og German Space Center.

Ris. 2.1. Plan for dekning av jordens territorium ved SRTM-undersøkelse.

1 Versjoner og datanomenklatur

SRTM-dataene finnes i flere versjoner: foreløpig (versjon 1, 2003) og endelig (versjon 2, februar 2005). Den endelige versjonen gjennomgikk ytterligere behandling, fremhevet kystlinjer og vannforekomster, og filtrering av feilaktige verdier. Dataene er distribuert i flere versjoner - et rutenett med en cellestørrelse på 1 buesekund og 3 buesekunder. Mer nøyaktige ett-sekunds data (SRTM1) er tilgjengelig for USA; bare tre-sekunders data (SRTM3) er tilgjengelig for resten av jordens overflate. Datafilene er en matrise på 1201 ´ 1201 (eller 3601 ´ 3601 for en versjon på ett sekund) av verdier som kan importeres til ulike kartprogrammer og geografiske informasjonssystemer. I tillegg er det versjon 3, distribuert som ARC GRID-filer, samt ARC ASCII og Geotiff-format, 5 ruter ´ 5 i WGS84 datum. Disse dataene ble hentet av CIAT fra de originale høydedataene fra USGS/NASA gjennom prosessering for å produsere jevne topografiske overflater, samt interpolere områder der de originale dataene manglet.

Datanomenklaturen er produsert på denne måten, navnet på datakvadraten til versjon 1 og 2 tilsvarer koordinatene til dets nedre venstre hjørne, for eksempel: N45E136, der N45 er 45 grader nordlig bredde, og E136 er 136 grader østlig lengde. , betegner bokstavene (n) og (e) i navnefilen henholdsvis den nordlige og østlige halvkule Navnet på datakvadraten til den behandlede versjonen (CGIAR) tilsvarer kvadrattallet med en hastighet på 72 kvadrater horisontalt (360) /5) og 24 ruter vertikalt (120/5). For eksempel: srtm_72_02.zip /helt til høyre, en av de øverste rutene. Du kan bestemme ønsket firkant ved hjelp av et rutenettoppsett (fig. 11.).

Fig.2.1.1. SRTM4 dekningsdiagram.

2 Vurdere nøyaktigheten til SRTM-data

Verdiene av høyder i hjørnene på en celle som måler 3 x 3 er offentlig tilgjengelige. Høydenes nøyaktighet er oppgitt til ikke å være lavere enn 16 m, men typen vurdering av denne verdien - gjennomsnitt, maksimum, rotmiddelverdi kvadratfeil (RMS) - er ikke forklart, noe som ikke er overraskende, siden for en streng vurdering av nøyaktigheten kreves det enten referansehøydeverdier med omtrent samme dekningsgrad, eller en streng teoretisk analyse av prosessen med å oppnå og behandle data. I denne forbindelse ble analysen av nøyaktigheten til SRTM DEM utført av mer enn ett team av forskere fra forskjellige land i verden. Ifølge A.K. Corveula og I. Eviaka SRTM høyder har en feil, som for flatt terreng er gjennomsnittlig 2,9 m, og for kupert terreng - 5,4 m. Dessuten inkluderer en betydelig del av disse feilene en systematisk komponent. I følge funnene deres er SRTM høydematrisen egnet for å konstruere konturer på topografiske kart i målestokk 1:50 000. Men i noen områder tilsvarer SRTM-høyder i nøyaktighet omtrent de høyder som er oppnådd fra et topografisk kart i målestokk. på 1:100000, og kan også brukes til å lage ortofotokart fra satellittbilder høy oppløsning, tatt med en liten avviksvinkel fra nadir.

2.3 Bruke SRTM-data for å løse brukte problemer

SRTM-data kan løse ulike anvendte problemer av ulik grad av kompleksitet, for eksempel: for å bruke dem til å konstruere ortofotokart, for å vurdere kompleksiteten til kommende topografiske og geodetiske arbeider, planlegge implementeringen av dem, og kan også gi hjelp til å designe plasseringen av profiler og andre objekter selv før du utfører topografiske undersøkelser hentet fra resultatene av SRTM-radarundersøkelser, kan høydeverdier av terrengpunkter brukes til å oppdatere den topografiske basen til territorier der det ikke er data fra detaljert topografisk og geodetisk arbeid. Denne typen data er en universell kilde for modellering av jordens overflate, hovedsakelig for å konstruere digitale terrengmodeller og digitale terrengmodeller, men spørsmålet om anvendelighet av SRTM radarhøydedata som et alternativ til standardmetoder for å konstruere en digital terreng- og relieffmodell, etter vår mening, bør løses i hvert enkelt tilfelle individuelt, avhengig av oppgaven, egenskapene til avlastningen og den nødvendige nøyaktigheten av høydereferansen.

3. Anvendelse av SRTM ved oppretting av geobilder

1 Konsept med geobilder

Fremgang innen geoinformasjonskartlegging, fjernmåling og midler til å forstå verden rundt. Fotografering i enhver skala og rekkevidde, med forskjellig romlig dekning og oppløsning utføres på bakken og under jorden, på overflaten av havene og under vann, fra luften og fra verdensrommet. Hele mengden av kart, fotografier og andre lignende modeller kan beskrives med en generell term - geoimage.

Et geobilde er enhver romlig og tidsmessig, storskala, generalisert modell av jordiske eller planetariske objekter eller prosesser, presentert i en grafisk form.

Geobilder representerer det indre av jorden og dens overflate, hav og atmosfære, pedosfære, sosioøkonomisk sfære og områder av deres interaksjon.

Geobilder er delt inn i tre klasser:

Flate, eller todimensjonale, - kart, planer, anamorfoser, fotografier, fotografiske planer, fjernsyn, skanner, radar og andre eksterne bilder.

Volumetriske, eller tredimensjonale - anaglyfer, relieff og fysiografiske kart, stereoskopiske, blokk-, holografiske modeller.

Dynamisk tre- og firedimensjonal - animasjoner, kartografiske, stereokartografiske filmer, filmatlas, virtuelle bilder.

Mange av dem har kommet i praksis, andre har dukket opp nylig, og andre er fortsatt under utvikling. Så i dette kursarbeidet bygde vi todimensjonale og tredimensjonale geobilder.

3.2 Bygging av en digital avlastningsmodell for territoriet til Saratov

og Engel-regionen

Først laster vi ned de offentlige SRTM-dataene for tilleggsbehandlingsversjon 2, på Internett-portalen som er åpen for alle brukere av nettverket (#"justify">Deretter åpner vi det nedlastede fragmentet i Global Mapper-programmet, velg "Fil" -funksjonen, deretter “Export Raster and Elevation Data” - “ Export Dem” (fig. 12), denne serien med operasjoner ble utført for å konvertere de nedlastede dataene til DEM-formatet, som kan leses av Vertical Mapper-programmet der modellen vil bygges.

Fig.3.2.1. Eksportere en fil til DEM-format ved hjelp av Global Mapper-programmet [utført av forfatteren].

Etter å ha eksportert dataene, åpner du Vertical Mapper-programmet, der vi produserer ytterligere handlinger- Opprett rutenett - Importer rutenett (fig. 13).

Ris. 3.2.2. Opprette en rutenettmodell i programmet Vertical Mapper [utført av forfatteren].

Ved å bruke disse funksjonene lager vi en GRID-modell som forfatteren deretter utførte alle operasjoner for å lage en DEM for territoriet til Saratov-regionen, for å lage isoliner og en tredimensjonal relieffmodell.

Konklusjon

En digital høydemodell er en viktig modelleringsfunksjon i geografiske informasjonssystemer, da den gjør det mulig å løse problemene med å konstruere en relieffmodell og dens bruk. Denne typen produkt er en fullstendig tredimensjonal visning av det virkelige terrenget på undersøkelsestidspunktet, og gjør det dermed mulig å løse mange anvendte problemer: bestemme eventuelle geometriske parametere for relieffet, konstruere tverrsnittsprofiler; utføre design og undersøkelsesarbeid; overvåking av terrengdynamikk. I tillegg er DEM-er mye brukt for å visualisere territorier i form av tredimensjonale bilder, og gir derved muligheten til å konstruere virtuelle terrengmodeller (VTM).

Relevansen til emnet for kursarbeidet skyldes det utbredte behovet for geografisk forskning av hjelpedata i digital form, på grunn av den økende rollen til geografisk informasjonsteknologi i løsning av ulike problemer, behovet for å forbedre kvaliteten og effektiviteten til metoder for lage og bruke digitale høydemodeller (DEM), og sikre påliteligheten til de opprettede modellene.

For tiden er det flere hovedkilder til data for å konstruere digitale høydemodeller - dette er ved interpolering av digitaliserte konturer fra topografiske kart og metoden for fjernmåling og fotogrammetri. Fjernmålingsmetoden får stadig større styrke når det gjelder å løse mange geografiske problemer, for eksempel å konstruere relieff fra satellittradarsensordata fra jorden. Et av produktene ved radarføling av jorden er offentlig tilgjengelige og fritt distribuerte SRTM (Shuttle radar topografisk oppdrag) data, tilgjengelig over det meste av kloden med en modelloppløsning på 90 m.

I prosessen med å skrive kursarbeidet ble det bygget en digital avlastningsmodell for territoriet til Saratov- og Engel-regionene, og løste dermed konstruksjonsoppgavene og beviste muligheten for å lage en DEM ved hjelp av SRTM-data.

relief digital radar geobilde

Liste over kilder som er brukt

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitale høydemodeller. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, signert for publisering 15. desember 2007. Opplag 200 eksemplarer.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. "Relief morfologi." Moskva: Scientific World. 2004

B.A. Novakovsky, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. "Digitale relieffmodeller av ekte og abstrakte geofelt." Moskva: Scientific World. 2003

SOM. Samardak "Geografiske informasjonssystemer". Vladivostok FEGU, 2005 - 124 s.

Geoprofi [elektronisk ressurs]: magasin om geodesi, kartografi og navigasjon / Moskva. - Elektronisk magasin. - Tilgangsmodus: #"justify">. Brukssektorer for GIS [elektronisk ressurs]: database. - Tilgangsmodus:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. United Institute of Geology, Geophysics and Minerology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk. Fra materialet til den internasjonale konferansen "Interkarto - 6" (Apatity, 22.-24. august 2000).

GIS Association [Elektronisk ressurs]: database. - Tilgangsmodus: #"justify">. GIS LAB association [Elektronisk ressurs]: database. - Tilgangsmodus: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, hullfylt sømløs SRTM-data V3, International Centre for Tropical Agriculture (CIAT)

11. A. M. Berlyant, A. V. Vostokova, V.I. Kravtsova, I.K. Lurie, T.G. Svatkova, B.B. Serapinas "Kartologi". Moscow: Aspect Press, 2003 - 477 s.