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 tillater høyeste kvalitet lage digitale overflatemodeller 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.

Digital overflatemodell tradisjonelt representert i form av verdier i nodene til et rektangulært vanlig 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 for todimensjonale funksjoner;
• · 2) beregning av verdiene til en funksjon spesifisert av brukeren eksplisitt. Del Surfer programmer 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). For slike kort brukes de Forskjellige 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. I dette tilfellet, for å vise den numeriske verdien på et punkt, 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 brønnene og lagre «tak»-filen i DAT-format (kolonne A - lengdegrad, kolonne B - breddegrad, kolonne C - takdybde, kolonne D - brønnnummer, kolonne C - brønntype: produksjon med tresifret antall, resten - utforskning)
• 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 oversiktskartet laget "Strukturkart over 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-2): Prinsipper for arbeid med Golden Software Surfer

Vi vil " Matematiske modelleringsmetoder i geologi"

Golden Software Surfer er verdens ledende programvare for å bygge romlige modeller av numeriske variabler, som geofysiske eller geokjemiske feltverdier, etc. Dette kapittelet vil hjelpe deg med å komme i gang med programmet, unngå typiske feil nybegynner.

ØVE PÅ

Introduksjon til Surfer-programmet fra Golden Software

Formålet med programvaren i et nøtteskall: å bygge et kart over en numerisk parameter i ønsket skala (i enhver ekstern design - punkter, isoliner, fargegraderinger, som en 3D-overflate, som et vektorfelt) og ordne det for presentasjon.

Hva programmet IKKE GJØR: Surfer er et program for å konstruere digitale modeller av overflater i en gitt parameter. Det er ikke egnet for å "male" territoriet, dvs. å lage et kart som viser de relative posisjonene til punkt-, linje- og områdeobjekter, som en tegning (dvs. geografiske, politiske og andre lignende kart). For å lage slike kart kreves annen programvare (ArcInfo, MapInfo, etc.).

HVORDAN ER SURFER LIG? Programverktøysettet består av to deler: (1) matematikk del- for å lage og analysere et overflatekart - et unikt kraftig program som har analoger (f.eks. Oase); (2) design del ligner på et hvilket som helst program for å lage vektorgrafikk, som lar deg lage linjer og andre objekter, og deretter individuelt endre dem (ledere i dette feltet er Corel Draw, Adobe Illustrator), når det gjelder tegning, er Surfer selvfølgelig dårligere enn spesielle grafikkpakker, fordi den er opprettet som carto grafikkprogramvare, ikke bare grafikk

La oss starte Surfer-programmet og bli kjent med logikken i hvordan det fungerer.

Surfer-prosjektfilen (*.SRF-utvidelsen) består av et sett med objekter plassert på et trykt ark(som standard A4-størrelse, er konturene angitt i Surfer-vinduet). Objekter kan velges med musen og operasjoner som utføres på dem ligner på vanlige handlinger i et vektorgrafikkprogram (skalering, flytting, endring av egenskaper). Individuelle objekter kan være en del av grupper. Ethvert kart må inkluderes i karttypegruppen, som er tildelt et koordinatnettverk som er felles for alle objekter i denne gruppen.

Merk: Hvis du bare tegner et grafisk objekt (linje, rektangel, etc.), vil det bli plassert på det trykte arket, men vil ikke ha henvisning til koordinater kort, selv om det er trukket på toppen av det, fordi vil ikke være knyttet til geografiske koordinater. Hvis du trenger å ha en linje eller polygon knyttet til koordinater, må du lage et baneobjekt ("strøk") ved å bruke kommandoen Grunnkart, og legg den deretter til kartgruppen til det tilsvarende kartet.

I øvre venstre hjørne Surfer-vinduet er plassert Objektbehandler , som lar deg observere rekkefølgen objekter vises i på skjermen og når de skrives ut (i lederen, fra topp til bunn, følger objekter henholdsvis som lag, og blokkerer hverandre når de vises på skjermen eller det trykte arket).

For å ARBEIDE RIKTIG MED PROSJEKTET, må du huske å gjøre følgende:

a) gi hvert objekt (som som standard får et abstrakt navn som "Linje" eller "Kart") Umiddelbart ETTER OPPRETTELSEN et tydelig navn ved å klikke på navnet med musen, for eksempel "Outline of Works 2013" - for som skisserer territoriet, "lgCu" - for kartet ved logaritmer av innhold, etc. Ellers, jeg forsikrer deg, vil antallet gjenstander bli så stort, ubemerket av deg, og navnene på gjenstander av samme type vil være de samme, at du vil bli fullstendig forvirret i prosjektet.

b) Ordne lag i riktig rekkefølge - de objektene som skal vises på skjermen eller skrives ut på toppen av andre må være det dra med musen til toppen av objektbehandlingslisten.

V) Hvert nye kort, selv om den er bygget ved hjelp av en felles database, legges den til prosjektet som uavhengig objekt, selv om det havner på samme sted på arket når det opprettes. Mus disse kortene kan flyttes og plasseres side ved side. Noen ganger er dette nødvendig - for eksempel for å skrive ut kart side ved side i isoliner, for eksempel for kobber og sink. Men hvis du trenger å kombinere kart - for eksempel plott faktakartpunkter på toppen av kartet i isoliner, må disse kartene kombineres til ett, ved å dra noen av dem inn i gruppen Kart , hvor det andre kortet er plassert. Samtidig er gruppen Kart det første kortet (hvis det ikke inneholdt noe annet) vil forsvinne, og den nye gruppen Kart vil inneholde to kart som to tilstøtende lag. Du kan dra et objekt med musen når det vises horisontal pilpeker. I dette øyeblikket kan du slippe musen og objektet vil "lande" på stedet der pilen pekte. Hvis du drar et objekt der det ikke er tillatt, vil pekeren se ut som et forbudt veiskilt.

d) Hvis unødvendige gjenstander forstyrrer visningen (eller du ikke vil skrive dem ut), fjern merket i boksen til venstre for objektets navn, og det vil forsvinne. Det er så praktisk å endre for å se kartet i isoliner langs forskjellige parametere, fordi bare én kan trekkes tilbake om gangen.

I nedre venstre hjørne Surfer-vinduet er plassert Objektegenskapsbehandler , hvis et objekt for øyeblikket er aktivt, dvs. markert med mus. Eiendomsadministratoren kombinerer i faner og grupper alle objektparametere som kan endres, fra geografisk plassering til koordinater til farge, linjetekstur osv. I tillegg til Manager kan noen egenskaper redigeres ved hjelp av kontrollpaneler Posisjon/Størrelse(plassering på arket i forhold til øvre venstre hjørne av det trykte arket, høyde og bredde på objektet).

Kartografiske verktøy for å lage, modifisere og analysere overflater er samlet i menyen Nett. Kommandoene inneholder hele spekteret av verktøy fra et regnearkredigeringsprogram til matematiske moduler for å lage og behandle rutenettfiler ("grids" - filer i *.GRD-format). Disse egenskapene og deres viktigste funksjoner er diskutert i kapittelet "Opprette en rutenettfil" og "Velge en matematisk modell, kraiging og variogram".

Hovedkomponenten i Surfer er sett med kartleggingsverktøy, dvs. kommandoer for visning av forberedte overflater ("grids"). De viktigste er samlet i menyen Kart - Ny og delvis duplisert i verktøylinjen Kart.

Om nødvendig lar Surfer deg starte den innebygde regnearkredigering (Meny Nett - Data). Med denne kommandoen kan du åpne Excel-fil eller et annet regneark og lagre dataene på nytt i Surfers opprinnelige *.DAT-format, som faktisk er en tekstfil med kolonneavgrensninger. Selvfølgelig kan den innebygde editoren ikke sammenlignes med egenskapene til "proprietær" programvare for å administrere regneark, som f.eks. Microsoft Excel , OpenOffice Calc osv., så jeg anbefaler ikke å bruke det. Å jobbe med DAT-filer gir mening bare som en siste utvei eller hvis kildedatatabellene allerede er forberedt på forhånd i DAT-format. I en typisk situasjon arbeider brukeren med data opprettet i et regneark i *.XLS-format, som behandles direkte av alle Surfer-moduler for å lage overflater og kart.

La oss nevne viktig verktøylinjer.

Verktøylinje Utsikt(Vis) inneholder skaleringsknapper, som du enkelt kan endre størrelsen på visningsområdet med med ett klikk, samt skalere og flytte objekter.

Verktøylinje Kart(Kart) inneholder alle hovedknappene for å lage kart, som gjør arbeidet ditt raskere, fordi... eliminerer behovet for å velge fra en meny Kart - Ny.

For tegning er det grafiske verktøy samlet på panelet Tegning(Tegn): Knapper for å skrive inn tekst, polygon, polylinje, symbol, standardformer (rektangel, avrundet rektangel, ellipse), jevn kurve (dvs. en Bezier-kurve basert på ankerpunkter) og redigeringsverktøyet for ankerpunkt (likt det samme) verktøy i Corel Draw og lignende vektorgrafikkprogramvare). Generell form alle paneler er vist på figuren på slutten av siden.

Ikke glem å også konfigurere måleenhet: Velg centimeter i stedet for tommer som standard (meny Verktøy - Alternativer, neste avsnitt Miljø - Tegning, felt Sideenheter).

Og til slutt, det viktigste: formen på det endelige kartet. Det er ingen hemmelighet at ikke alle har Surfer-programmet for hånden, derfor må den endelige formen på kortet samsvare med det generelt aksepterte formatet. I vårt tilfelle vil det beste alternativet være å eksportere kartet til en fil rastergrafikk JPEG-format. Før du eksporterer, må du sjekke det ytre utseendet til prosjektet, sørge for at lagene er riktig plassert, slå av unødvendige lag i objektbehandleren, og ikke glem å skrive alle nødvendige overskrifter og kommentarer. Etter dette, velg alle objektene og grupper dem (dette er ikke nødvendig, men er på ingen måte skadelig for beskyttelse mot utilsiktede forskyvninger av objekter i forhold til hverandre). Eksporten utføres gjennom menyen Fil - Eksporter, ved å trykke på Ctrl+E eller ved å bruke en spesiell verktøylinjeknapp. Som standard tilbyr Surfer eksport til *.BLN-format, endre det til *.JPG. I neste vindu kan vi redigere oppløsningen til det endelige bildet (standard er 300 dpi, ofte er 200 dpi passende, noe som sparer filstørrelse). Det er en fane i vinduet Eksportalternativer JPEG-alternativer, hvor du kan velge ønsket grad av komprimering (ikke la deg rive med og overkomprimere bildet, sørg for å sjekke kvaliteten på resultatet ved å bruke eksemplet med de minste inskripsjonene og ikonene). Det er alt!

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 høydemodeller (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 av den.

Denne typen produktet er en fullstendig tredimensjonal visning av det virkelige terrenget på tidspunktet for undersøkelsesarbeidet, som gjør at det kan brukes til å løse ulike anvendte problemer, for eksempel: bestemme evt. geometriske parametere avlastning, konstruksjon av 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 tredimensjonale matematiske modeller som representerer relieff av både virkelige og abstrakte overflater.

1 Historien om opprettelsen av DEM

Bildet av lettelse har lenge vært interessant for folk. På de eldste kartene ble store landformer 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 et annet populært program for beregning av DEM - Surfer, kalles et vanlig nettverk av høyder også GRID, filer av 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.

Blant "ulempene" med TIN er de høye kostnadene for dataressurser for å behandle modellen, noe som reduserer visningen av DEM på skjermen og utskriften 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 advent digitale kort og planer, øke ytelsen 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 av høy kvalitet, kan nøyaktigheten av rekonstruksjonsrekonstruksjon 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 er et internasjonalt prosjekt ledet av National Geospatial Intelligence Agency (NGA), NASA, den italienske romfartsorganisasjonen (ASI) og det tyske romfartssenteret.

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 USGS/NASA-høydedataene 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 av 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 for 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 byggeoppgavene 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.

), 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 skal det imidlertid understrekes at selskapet, etter å ha stoppet utviklingen av versjoner for DOS, fortsatte å støtte dem frem til 1995: salg av lisensierte kopier, rådgivning osv. En slik respektfull holdning til brukeren (selger det kunden trenger, og ikke jobbe etter prinsippet om "ta hva du har"), må du være enig, 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 av problemer (spesielt de som er knyttet til beskrivelsen av naturdata), som som regel ikke kan beskrives nøyaktig matematisk modell, denne funksjonen er 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 implementerer et stort sett med tilleggsverktøy for å transformere overflater og ulike operasjoner med dem:

• beregning av volumet mellom to overflater;
• overgang fra et 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 hjelp av en statistisk vurdering av avvikene til de opprinnelige punktverdiene fra den resulterende overflaten. I tillegg kan statistiske beregninger eller matematiske transformasjoner utføres for alle undergrupper 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 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;
• åpne et nytt tegnedokument 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-tasten indikerer behovet for automatisk kjøring av task.bas-programmet).

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 opprettede bilder basert på ulike 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

FORBUNDSBYRÅ FOR UTDANNING STATLIG UTDANNINGSINSTITUSJON

HØYERE PROFESJONELL UTDANNING "VORONEZH STATE UNIVERSITY"

K.Yu. Silkin

GEOINFORMASJONSSYSTEM

Golden Software Surfer 8

Pedagogisk og metodisk manual for universiteter

Publiserings- og trykkesenter ved Voronezh State University

Anmelder I.Yu. Antonova

Opplæringsmanualen beskriver hovedfunksjonene til det geografiske informasjonssystemet Golden Software Surfer 8. Leserne inviteres til å studere de teoretiske punktene som ligger til grunn for dette systemet og selvstendig anvende dem i praksis. Ved hjelp av denne håndboken kan du lære hvordan du kan gjøre overgangen fra ujevnt fordelte data til digitale overflatemodeller, bygge ulike typer kart og trekke ut data fra Ytterligere informasjon, ikke helt tydelig under visuell analyse av bilder.

Den pedagogiske og metodiske manualen ble utarbeidet ved Institutt for geofysikk, fakultetet for geologi, Voronezh State University.

For spesialitet: 020302 – Geofysikk

INTRODUKSJON........................................
ENKLE KONSEPTER...................................
I. GRUNNLEGGENDE OM Å ARBEIDE MED SURFER...................
I.1. FØRSTE START PÅ SURFEREN ........................................ ............................................
I.2. PLOT-DOKUMENTMODUS ................................................ ............................................
I.3. OPPRETTE XYZ-DATA ................................................... ......................................
I.3.A. Åpne en eksisterende fil med XYZ-data......
I.3.B. Opprette en ny fil med XYZ-data........................................... .........
I.3.C. Lagre en fil med XYZ-data........................................... ........
I.4. MED OPPRETTE EN GRID-FIL.................................................................
II. LAGE GRIDKART................................................. .... ............
II.1. KONTURKART ................................................... ...................................
II.1.A. Opprette et konturkart ........................................................ ........................ ..........
II.1.B. Lagre kartet................................................... ............................................
II.1.C. Bruke objektbehandleren........................................................ ..........
II.1.D. Endre konturnivåer................................................... ..........
II.1.E. Endre konturlinjeparametere................................................... .....
II.1.F. Legge til et fargefyll mellom konturlinjene.........
II.1.G. Legge til, fjerne eller flytte konturetiketter.........
II.1.H. Endre akseparametere................................................... ...................................
II.2. RAMMEKART ................................................ ...................................
II.3. FORMET KART ................................................... ...................................................
II.4. TIL KUNST MED SKYGGERELIFT.................................................................
II.5. VEKTORKART ................................................... ...................................
II.6. T DIMENSJONELL OVERFLATE....................................................................
II.7. T PUNKT KORT OG OVERLEGG...................................................................
II.7.A. Opprette et punktkart.......................................................... ............................................
II.7.B. Opprette et overlegg........................................................... ....................................
II.7.C. Legge til etiketter til et punktkart i et overlegg......................................... .........

III. DIGITALISERING AV RASTERKART........................................... ..........
III.1. OPPRETTELSE AV ET KART - GRUNNLEGGENDE ..................................................... ................................
III.2. DIGITALISERING AV ET KART - GRUNNLEGGENDE ..................................... ............................
IV. KONSTRUKSJON AV RIST................................................... ....................................
IV.1. OM OVERSIKT OVER NETTBYGGINGSMETODER....................................................
IV.2. MED OPPRETTE EN GRID-FIL..............................................................
IV.3. MED STRØKING AV NETTET............................................................................
IV.3.A. Spline utjevning ........................................................ ...........
IV.3.B. Romlig lavpassfiltrering...................................
IV.4. P KONSTRUKSJON AV NETT ETTER FUNKSJON.........................................................
IV.5. M ATEMATISKE TRANSFORMASJONER...................................................
IV.6. M ATEMATISK BEREGNING..........................................................
IV.7. B MESH LANDING.........................................................................
IV.8. P KONSTRUKSJON AV PROFILINJER..............................................................
V. SØKNADER................................................... ....................................................
V.1. OPERASJONER ................................................... ................................................................... ..........
V.1.A. Aritmetiske operasjoner ................................................... ...........
V.1.B. Logiske operasjoner ................................................... ...............
V.2. MED STANDARDFUNKSJONER........................................................................
V.2.A. Matematiske funksjoner ................................................... ...........
V.2.B. Sekundære funksjoner ................................................... ........
V.2.C. Statistiske funksjoner ................................................... ...............
V.3. P EKSEMPLER PÅ BRUK AV FUNKSJONER....................................................

INTRODUKSJON

Golden Software Surfer 8 geografiske informasjonssystem er for tiden industristandarden for plotting av funksjoner av to variabler. Det er få virksomheter i den geofysiske industrien 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, Kriege, er ideell for å presentere data innen alle geofag.

Det er imidlertid ingen litteratur om dette programmet, og Surfers innebygde hjelp er skrevet inn engelske språk. I denne forbindelse mestrer de fleste brukere det på egen hånd, gjennom prøving og feiling. Denne tilnærmingen lar deg ikke bli kjent på et tilstrekkelig nivå med halvparten av alle programmets muligheter.

Behovet for å skrive en fullverdig, men kompakt manual på Surfer for geofysiske studenter har lenge blitt svært påtrengende. Det foreslåtte arbeidet er et forsøk på å fylle vakuumet som for tiden observeres rundt Surfer.

Manualen inneholder det teoretiske materialet som er nødvendig for å mestre programmet, samt praktiske oppgaver for uavhengig gjennomføring.

Forfatteren takker geofysikkstudentene ved det geologiske fakultetet ved Voronezh State University (2002–2003), som testet håndboken fra egen erfaring og bidro til å gjøre den mer praktisk å bruke: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrievtseva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrnikova, T.N. Trepalina, T.A. Chebotarev, S.P. Shatskikh, samt T.B. Silkin for hjelp til å utarbeide publikasjonen.

ENKLE KONSEPTER

Det lille amerikanske selskapet Golden Software, oppkalt etter byen Golden i Colorado, hvor det ligger, har eksistert siden 1983 og har utviklet 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 ble denne pakken kalt Surfer. Forfatteren av Surfer og grunnleggeren av selskapet var utdannet hydrogeologstudent ved et amerikansk universitet.

Til tross for den ganske intense konkurransen, fortsetter Golden Softwares programmer (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.

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) 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) beregning av verdiene til en funksjon spesifisert eksplisitt av brukeren. 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 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 innhentet av brukeren, for eksempel som et resultat av numerisk modellering.

Surfer-pakken tilbyr sine brukere flere interpolasjonsalgoritmer: Kriging, Omvendt avstandsgrad(Omvendt

Avstand til en kraft), minimum krumning, radius

Radial basisfunksjoner, polynomregresjon, modifisert Shepards metode, triangulering ) osv. Beregning av et vanlig rutenett kan utføres for X, Y, Z datasettfiler av alle størrelser, og selve rutenettet kan ha dimensjoner på 10 000 ganger 10 000 noder.

Samtidig gis det gode muligheter for å kontrollere interpoleringsmetoder fra brukerens side. Spesielt inkluderer Krige geostatistiske metode, den mest populære i prosessering av eksperimentelle data, muligheten for å bruke forskjellige variogrammodeller, bruke en variasjon av algoritmen med drift, og også ta hensyn til anisotropi. Når du beregner overflaten og dens bilde, kan du også angi grensen for et territorium av enhver konfigurasjon.

Surfer implementerer et stort sett med tilleggsverktøy for å transformere overflater og ulike operasjoner med dem:

– beregning av volumet mellom to overflater;

– overgang fra et 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 hjelp av en statistisk vurdering av avvikene til de opprinnelige punktverdiene fra den resulterende overflaten. I tillegg kan statistiske beregninger eller matematiske transformasjoner utføres for alle undergrupper av data, inkludert bruk av brukerdefinerte funksjonelle uttrykk.

Når du konstruerer en overflate, er Surfers arbeid basert på følgende prinsipper:

1) få et bilde ved å overlegge flere transparente

Og ugjennomsiktige grafiske lag;

2) import av ferdige bilder, inkludert de som er oppnådd i andre applikasjoner;

3) bruke spesielle tegneverktøy, samt å bruke tekstinformasjon og formler for å lage nye og redigere gamle bilder.

I Surfer bruker følgende karttyper som hovedbildeelementer.

1. Konturkart ( 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 overflaten: Wireframe Map (wireframe map), Overflatekart ( tredimensjonal overflate). For slike kort bruk

Det finnes 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. Kildedatakart ( Postkart). 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. 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 fra forskjellige grafikk

fysiske formater: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] 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.

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.

I 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.

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.

De resulterende grafiske bildene kan sendes ut til enhver utskriftsenhet som støttes av Windows. Toveis utveksling av data og grafikk med andre Windows-applikasjoner kan også utføres via Windows-utklippstavlen.

I. GRUNNLEGGENDE OM Å ARBEIDE MED SURFER

I.1. Første lansering av Surfer

Etter å ha lansert Surfer for første gang, bør du sørge for at måleenhetene for avstander og størrelser inne i Surfer er satt til de vanlige centimeterne, og ikke standardtommerne. For å gjøre dette, kjør kommandoen File/Preferences. Dette åpner dialogboksen Innstillinger. Dette vinduet har 4 faner. Du bør gå til fanen Tegning (Figur I.1). I Sideenheter-gruppen ( Måleenheter på side) må du merke elementet Centimeters (Centimeters).

Klikk på knappen for å bruke den valgte parameteren.

I.2. Plotte dokumentmodus

Hovedvinduet for Surfer er vist i fig. I.2. Når du starter Surfer for første gang, opprettes en ny automatisk. tomt vindu dokument-plott Plot1 . Plotdokumentvinduet er arbeidsområdet der du kan lage rutenettfiler og kart, ledsage dem med bildetekster og enkle grafiske objekter(polygoner, rektangler, ellipser, symboler osv.).

Ris. I.1. Dialogboksen Preferanser (Tegning). Tegnefane

Hovedmenyen i dette vinduet inneholder følgende elementer:

Redigere	– kommandoer for å jobbe med utklippstavlen og hjelpekoder
	objektredigeringskommandoer;
	- kommandoer som kontrollerer utseende gjeldende vindu
Tegne	dokument;
	– kommandoer for å lage tekstblokker, polygoner, polyli-
Arrangere	sjon av symboler og figurer;
	- kommandoer som kontrollerer rekkefølgen og orienteringen til objekter;
Nett	- kommandoer for å lage og endre rutenettfiler;
Kart	– kommandoer for å lage og endre kart;
Vindu	– kommandoer for å administrere underordnede vinduer;
Hjelp	– gir tilgang til en helpdesk.

Ris. I.2. Surfervindusvisning når den først ble lansert i modus dokumentflåte: 1 – topptekst med navnet på dokumentflåten; 2 - hovedmeny; verktøylinjer: 3 – “hoved” (hoved), 4 – “tegning” (tegning), 5 – “kart” (kart); kontrolllinjaler (linjaler): 6 – horisontal,

7 – vertikal; 8 - trykt side; 9 – ikke-utskriftsarbeidsområde; rullefelt: 10 – vertikal, 11 – horisontal; 12 – statuslinje;

13 - objektbehandler (objektbehandler)