Vytvorenie povrchu v tvare hríbu v surferi. Surferský balík - spracovanie a vizualizácia dvojrozmerných funkcií. Konštrukcia digitálneho modelu povrchu

GEOLOGICKÝ ČASŤ

Geologický rez - vertikálny rez zemskou kôrou od povrchu do hĺbky. Geologické rezy sa zostavujú na základe geologických máp, geologických pozorovaní a ťažobných údajov (vrátane vrtov), geofyzikálneho prieskumu a pod. Geologické rezy sú orientované hlavne naprieč alebo pozdĺž nárazu geologických štruktúr pozdĺž rovných alebo prerušovaných línií prechádzajúcich v prítomnosti hlbokých referenčných vrtov cez tieto studne. Geologické rezy sú ovplyvnené podmienkami výskytu, vekom a zložením hornín. Horizontálne a vertikálne mierky geologických rezov zvyčajne zodpovedajú mierke geologickej mapy. Pri projektovaní banských podnikov a inžiniersko-geologických prieskumov sa v dôsledku neporovnateľnosti hrúbky sypkých sedimentov a dĺžky profilov zväčšuje ich vertikálna mierka oproti horizontálnej desaťnásobne a viackrát.

SURFER V GEOLÓGII

Geografický informačný systém Golden Software Surfer je teraz priemyselným štandardom pre vykresľovanie funkcií dvoch premenných. Existuje len málo spoločností v geologickom priemysle, ktoré nepoužívajú Surfer vo svojej každodennej mapovacej praxi. Obzvlášť často sa pomocou Surfera vytvárajú mapy v izolíniách (vrstevné mapy).

Neprekonateľnou výhodou programu sú v ňom zabudované interpolačné algoritmy, ktoré umožňujú najvyššia kvalita vytvárať digitálne modely povrchu pomocou údajov nerovnomerne rozložených v priestore. Najbežnejšie používaná metóda, Kriging, je ideálna na reprezentáciu údajov vo všetkých geovedách.

Logika práce s balíkom môže byť reprezentovaná vo forme troch hlavných funkčných blokov:

· 1. Zostrojenie digitálneho modelu povrchu;
· 2. Pomocné operácie s digitálnymi modelmi povrchu;
· 3. Vizualizácia povrchu.

digitálny povrchový model tradične reprezentované vo forme hodnôt v uzloch pravouhlej pravidelnej mriežky, ktorej diskrétnosť je určená v závislosti od konkrétneho riešeného problému. Na ukladanie takýchto hodnôt používa Surfer svoje vlastné súbory GRD (binárny alebo textový formát), ktoré sa už dlho stali štandardom pre balíky matematického modelovania.

Existujú tri možnosti získania hodnôt v uzloch mriežky:

· 1) na základe počiatočných údajov špecifikovaných v ľubovoľných bodoch regiónu (v uzloch nepravidelnej siete), s použitím interpolačných algoritmov pre dvojrozmerné funkcie;
· 2) výpočet hodnôt funkcie výslovne špecifikovanej používateľom. Časť Surferské programy zahŕňa pomerne širokú škálu funkcií - trigonometrické, Besselove, exponenciálne, štatistické a niektoré ďalšie;
· 3) prechod z jednej pravidelnej mriežky na druhú, napríklad pri zmene diskrétnosti mriežky (tu sa spravidla používajú pomerne jednoduché interpolačné a vyhladzovacie algoritmy, pretože sa predpokladá, že prechod sa vykonáva z jedného hladkého povrchu inému).

Okrem toho, samozrejme, môžete použiť hotový digitálny model povrchu, ktorý používateľ získal napríklad ako výsledok numerického modelovania.

Surfer ponúka svojim používateľom niekoľko interpolačných algoritmov: Kriging, Inverzná vzdialenosť k mocnine, Minimálne zakrivenie, Funkcie radiálnej bázy, Polynomiálna regresia, Modifikovaná metóda Shepardova metóda (Modified Shepardova metóda), triangulácia atď. Výpočet pravidelnej mriežky je možné vykonať pre X , Y, Z dátových súborov ľubovoľnej veľkosti a samotná mriežka môže mať rozmery 10 000 x 10 000 uzlov.

Surfer používa nasledujúce typy máp ako svoje hlavné vizuálne prvky:

· 1. Obrysová mapa. Okrem bežných prostriedkov ovládania zobrazovacích režimov izolínií, osí, rámikov, značiek, legiend a pod., je možné vytvárať mapy pomocou farebnej výplne alebo rôznych vzorov jednotlivých zón. Okrem toho je možné plochý obrázok mapy otáčať a nakláňať a je možné použiť nezávislé škálovanie pozdĺž osi X a Y.
· 2. Trojrozmerný obraz povrchu: Wireframe Map (rámcová mapa), Surface Map (trojrozmerný povrch). Pre takéto karty sa používajú Rôzne druhy premietanie a obraz je možné otáčať a nakláňať pomocou jednoduchého grafického rozhrania. Môžete na ne tiež kresliť čiary rezu a izočiary, nastaviť nezávislé škálovanie pozdĺž osí X, Y, Z a vyplniť jednotlivé sieťové prvky povrchu farbou alebo vzorom.
· 3. Mapy počiatočných údajov (Post Map). Tieto mapy sa používajú na zobrazenie údajov o bodoch vo forme špeciálnych symbolov a textových označení k nim. V tomto prípade, ak chcete zobraziť číselnú hodnotu v bode, môžete ovládať veľkosť symbolu (lineárnu alebo kvadratickú závislosť) alebo použiť rôzne symboly podľa rozsahu údajov. Konštrukciu jednej mapy je možné vykonať pomocou niekoľkých súborov.
· 4. Základná mapa. Môže to byť takmer akýkoľvek plochý obrázok získaný importovaním súborov rôznych grafických formátov: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] a niektoré ďalšie. Tieto karty môžu byť použité na viac ako len jednoduché obrazový výstup, ale napríklad aj na zobrazenie niektorých oblastí prázdnych.

Pomocou rôznych možností prekrývania týchto hlavných typov máp a ich rôzneho umiestnenia na jednej stránke môžete získať rôzne možnosti na znázornenie zložitých objektov a procesov. Najmä je veľmi jednoduché získať rôzne možnosti pre komplexné mapy s kombinovaným obrazom rozloženia niekoľkých parametrov naraz. Všetky typy máp môže používateľ upravovať pomocou vstavaných nástrojov na kreslenie samotného Surfera.

Metodika zostavovania štruktúrnych máp strechy (spodu) ložiskového útvaru a jeho geologického rezu.

1. Zostavte na základe súboru podkladová mapa na mierke 1 cm 1000 metrov.
2. Digitalizujte hranice licencovanej oblasti.
3. Digitalizujte studne a uložte súbor „strecha“ vo formáte DAT (stĺpec A - zemepisná dĺžka, stĺpec B - zemepisná šírka, stĺpec C - hĺbka strechy, stĺpec D - číslo vrtu, stĺpec C - typ vrtu: výroba s trojmiestnym číslo, zvyšok - prieskum)
4. Digitalizujte čiaru profilu. Uložte „riadok profilu“ vo formáte BLN s prázdnou bunkou B1.
5. Vytvorte „Prehľadovú mapu licencovanej oblasti“ s vrstvami – hranicami, profilovou čiarou a jamkami s popismi.
6. Do prehľadovej mapy pridajte vrstvu „Konštrukčná mapa strechy formácie YuS2“ – vyhladená (s koeficientom 3 pre dve súradnice), izočiary každých 5 metrov (Príloha 1).
7. Vytvorte „Profil pre strechu formácie YUS2“ - horizontálna mierka sa zhoduje s mierkou mapy, vertikálna mierka je 1 cm 5 metrov.

softvér na profilovanie geologických máp

Michail Vladimirovič Morozov:
osobná stránka

Matematické modely (lekcia, mapa-2): Princípy práce s Golden Software Surfer

no" Metódy matematického modelovania v geológii"

Golden Software Surfer je popredný svetový softvér na vytváranie priestorových modelov numerických premenných, ako sú geofyzikálne alebo geochemické hodnoty polí atď. Táto kapitola vám pomôže začať s programom, vyhýbať sa typické chyby nováčik.

PRAXE

Úvod do programu Surfer od Golden Software

Účel softvéru v skratke: zostaviť mapu číselného parametra v požadovanej mierke (v akomkoľvek vonkajšom prevedení - body, izočiary, farebné gradácie, ako 3D povrch, ako vektorové pole) a usporiadať ju na prezentáciu.

Čo program NEMÁ: Surfer je program na zostavovanie digitálnych modelov povrchov v danom parametri. Nie je vhodný na „vymaľovanie“ územia, t.j. na vytvorenie mapy zobrazujúcej relatívne polohy bodových, líniových a plošných objektov, ako je kresba (t. j. geografické, politické a iné podobné mapy). Na vytvorenie takýchto máp je potrebný ďalší softvér (ArcInfo, MapInfo atď.).

AKÝ JE SURFER? Sada nástrojov programu pozostáva z dvoch častí: (1) matematická časť- na vytváranie a analýzu mapy povrchu - jedinečný výkonný program, ktorý má analógy (napr. Oáza); (2) dizajnová časť podobne ako akýkoľvek program na vytváranie vektorová grafika, ktorý vám umožňuje vytvárať čiary a iné objekty a potom ich individuálne upravovať (vodcovia v tomto poli sú Corel Draw, Adobe Illustrator), pokiaľ ide o kresbu, Surfer je, samozrejme, horší ako špeciálne grafické balíky, pretože je vytvorený ako carto grafický softvér, nielen grafický

Spustíme program Surfer a zoznámime sa s logikou jeho fungovania.

Súbor projektu Surfer (prípona *.SRF) pozostáva zo sady umiestnených objektov na vytlačenom hárku(štandardne veľkosť A4, jeho obrysy sú vyznačené v okne Surfer). Objekty je možné vyberať myšou a operácie s nimi vykonávané sú podobné bežným akciám vo vektorovom grafickom programe (zmena veľkosti, presúvanie, zmena vlastností). Jednotlivé objekty môžu byť súčasťou skupín. Každá mapa musí byť zahrnutá do skupiny Typ mapy, ktorému je priradená súradnicová sieť spoločná pre všetky objekty v tejto skupine.

Upozornenie: ak jednoducho nakreslíte grafický objekt (čiaru, obdĺžnik atď.), umiestni sa na vytlačený hárok, ale nebude mať odkaz na súradnice kartu, aj keď je na ňu nakreslená, pretože nebudú viazané na geografické súradnice. Ak potrebujete mať k súradniciam pripojenú čiaru alebo mnohouholník, musíte vytvoriť objekt cesty ("ťah") pomocou príkazu Základná mapa a potom ho pridajte do skupiny Mapa príslušnej mapy.

IN ľavom hornom rohu Nachádza sa okno surfera Správca objektov , ktorý umožňuje sledovať poradie zobrazovania objektov na obrazovke a pri tlači (v správcovi zhora nadol nasledujú objekty ako vrstvy, resp. sa pri zobrazení na obrazovke alebo vytlačenom hárku navzájom blokujú).

Ak chcete SPRÁVNE PRACOVAŤ S PROJEKTOM, musíte pamätať na nasledovné:

a) každému objektu (ktorý v predvolenom nastavení dostane abstraktný názov ako „Čiara“ alebo „Mapa“) IHNEĎ PO VYTVORENÍ dajte jasný názov kliknutím na názov myšou, napríklad „Náčrt prác 2013“ - napr. obrys územia, „lgCu“ - pre mapu pomocou logaritmov obsahu atď. V opačnom prípade vás ubezpečujem, že počet objektov bude taký obrovský, že si vás nevšimnete, a názvy objektov rovnakého typu budú rovnaké, že budete v projekte úplne zmätení.

b) Usporiadať vrstvy v správnom poradí - tie objekty, ktoré by mali byť zobrazené na obrazovke alebo vytlačené na ostatných, musia byť ťahať myšou na začiatok zoznamu správcov objektov.

V) Každá nová karta, aj keď je zostavený pomocou spoločnej databázy, pridá sa do projektu ako nezávislý objekt, aj keď pri vytvorení skončí na rovnakom mieste na hárku. Ukážte tieto karty myšou možno premiestniť a umiestniť vedľa seba. Niekedy je to potrebné - napríklad tlač máp vedľa seba v izočiarach, povedzme pre meď a zinok. Ak však potrebujete kombinovať mapy – napríklad vykresliť body na mape faktov v izočiarach, tieto mapy je potrebné spojiť do jednej, pretiahnutím ktoréhokoľvek z nich do skupiny Mapa , kde sa nachádza druhá karta. Zároveň skupina Mapa prvá karta (ak neobsahovala nič iné) zmizne a nová skupina Mapa bude obsahovať dve mapy ako dve susediace vrstvy. Keď sa objekt zobrazí, môžete ho potiahnuť myšou ukazovateľ vodorovnej šípky. V tomto momente môžete pustiť myš a objekt „pristane“ na mieste, kde ukazovala šípka. Ak potiahnete objekt tam, kde to nie je povolené, ukazovateľ nadobudne vzhľad zákazovej dopravnej značky.

d) Ak nepotrebné predmety prekážajú pri prezeraní (alebo ich nechcete tlačiť), zrušte začiarknutie políčka naľavo od názvu objektu a zmizne. Je tak pohodlné zmeniť zobrazenie mapy v líniách pozdĺž rôzne parametre, pretože naraz môže byť stiahnutý len jeden.

IN ľavom dolnom rohu Nachádza sa okno surfera Správca vlastností objektu , ak je nejaký objekt práve aktívny, t.j. zvýraznené myšou. Správca vlastností kombinuje na kartách a zoskupuje všetky parametre objektu, ktoré je možné zmeniť, od geografickej polohy cez súradnice až po farbu, textúru čiar atď. Okrem Správcu je možné niektoré vlastnosti upravovať aj pomocou ovládacie panely Poloha/Veľkosť(umiestnenie na hárku vzhľadom k ľavému hornému rohu vytlačeného hárku, výška a šírka objektu).

Kartografické nástroje na vytváranie, úpravu a analýzu povrchov sú zhromaždené v ponuke Mriežka. Jeho príkazy obsahujú celú škálu nástrojov od tabuľkového editora až po matematické moduly na vytváranie a spracovanie grid súborov ("grids" - súbory vo formáte *.GRD). Tieto možnosti a ich najdôležitejšie vlastnosti sú popísané v kapitole „Vytvorenie súboru mriežky“ a „Výber matematického modelu, kraiging a variogram“.

Hlavnou zložkou Surfer je súbor mapovacích nástrojov, t.j. príkazy na zobrazenie pripravených plôch ("mriežky"). Hlavné sa zhromažďujú v ponuke Mapa - Nový a čiastočne duplikované na paneli nástrojov Mapa.

V prípade potreby vám Surfer umožní spustiť vstavaný tabuľkový editor (Ponuka Mriežka - Údaje). Pomocou tohto príkazu môžete otvoriť Excel súbor alebo inú tabuľku a údaje znova uložte do Surferovho natívneho formátu *.DAT, čo je vlastne textový súbor s oddeľovačmi stĺpcov. Samozrejme, vstavaný editor sa nedá porovnávať s možnosťami „proprietárneho“ softvéru na správu tabuliek, ako napr. Microsoft Excel , OpenOffice Calc atď., takže to neodporúčam používať. Pracovať s DAT súbory má zmysel len v krajnom prípade alebo ak sú tabuľky zdrojových údajov už vopred pripravené vo formáte DAT. V typickej situácii používateľ pracuje s dátami vytvorenými v tabuľkovom procesore vo formáte *.XLS, ktorý priamo spracovávajú všetky moduly Surfer pre tvorbu povrchov a máp.

Spomeňme dôležité panely nástrojov.

Panel s nástrojmi vyhliadka(View) obsahuje tlačidlá na zmenu mierky, pomocou ktorých môžete jedným kliknutím pohodlne meniť veľkosť zobrazovanej plochy, ako aj mierku a presúvanie objektov.

Panel s nástrojmi Mapa(Mapa) obsahuje všetky hlavné tlačidlá na vytváranie máp, ktoré urýchľujú vašu prácu, pretože... eliminuje potrebu výberu z ponuky Mapa - Nový.

Na kreslenie sú na paneli zhromaždené grafické nástroje Kreslenie(Kresliť): Tlačidlá na zadávanie textu, mnohouholníka, lomenej čiary, symbolu, štandardných tvarov (obdĺžnik, zaoblený obdĺžnik, elipsa), hladkej krivky (t. j. Bézierovej krivky založenej na kotviacich bodoch) a nástroj na úpravu kotviacich bodov (podobný rovnakému nástroju v Corel Draw a podobný softvér na vektorovú grafiku). Všeobecná forma všetky panely sú znázornené na obrázku na konci stránky.

Nezabudnite tiež nakonfigurovať jednotka merania: Predvolene vyberte centimetre namiesto palcov (ponuka Nástroje - možnosti, ďalšia sekcia Životné prostredie - Kreslenie, lúka Jednotky strany).

A nakoniec to najdôležitejšie: tvar výslednej mapy. Nie je žiadnym tajomstvom, že nie každý má po ruke program Surfer, preto musí konečná podoba karty zodpovedať všeobecne akceptovanému formátu. V našom prípade by bolo najlepšou možnosťou exportovať mapu do súboru rastrová grafika formát JPEG. Pred exportom je potrebné skontrolovať vonkajší vzhľad projektu, uistiť sa, že vrstvy sú správne umiestnené, vypnúť nepotrebné vrstvy v správcovi objektov a nezabudnúť napísať všetky potrebné nadpisy a komentáre. Potom vyberte všetky objekty a zoskupte ich (nie je to potrebné, ale v žiadnom prípade to nie je škodlivé pre ochranu pred náhodným posunom objektov voči sebe). Export sa vykonáva cez menu Súbor - Export, stlačením Ctrl+E alebo pomocou špeciálneho tlačidla na paneli nástrojov. Surfer štandardne ponúka export do formátu *.BLN, zmeňte ho na *.JPG. V ďalšom okne môžeme upraviť rozlíšenie výsledného obrázku (predvolené je 300 dpi, často je vhodné 200 dpi, čím sa šetrí veľkosť súboru). V okne Možnosti exportu sa nachádza karta Možnosti JPEG, kde si môžete vybrať požadovaný stupeň kompresie (nenechajte sa uniesť a prekomprimujte obrázok, nezabudnite skontrolovať kvalitu výsledku pomocou príkladu najmenších nápisov a ikon). To je všetko!

Ministerstvo školstva a vedy Ruská federácia

KURZOVÁ PRÁCA

Konštrukcia digitálnych výškových modelov na základe údajov radarového topografického prieskumu SRTM

Saratov 2011

Úvod

Koncept digitálnych výškových modelov (DEM)

1 História vzniku DEM

2 typy DEM

3 Metódy a metódy tvorby DEM

4 Národné a globálne DEM

Topografické údaje prieskumného radaru (SRTM)

1 Verzie a nomenklatúra údajov

2 Posúdenie presnosti údajov SRTM

3 Používanie údajov SRTM na riešenie aplikovaných problémov

Aplikácia SRTM pri vytváraní geoobrazov (na príklade regiónov Saratov a Engel)

1 Koncepcia geoobrazov

2 Zostrojenie digitálneho modelu reliéfu pre územie regiónov Saratov a Engel

Záver

Úvod

Digitálne výškové modely (DEM) sú jednou z dôležitých modelovacích funkcií geografických informačných systémov, ktorá zahŕňa dve skupiny operácií, z ktorých prvá slúži na riešenie problémov tvorby modelu reliéfu, druhá - jeho použitie.

Tento typ produkt je plne trojrozmerné zobrazenie reálneho terénu v čase prieskumných prác, čo umožňuje jeho využitie pri riešení rôznych aplikovaných problémov, napr. geometrické parametre reliéf, konštrukcia prierezových profilov; vykonávanie projektových a prieskumných prác; sledovanie dynamiky terénu; výpočet geometrických charakteristík (plocha, dĺžka, obvod) s prihliadnutím na reliéf pre potreby architektúry a urbanizmu; inžinierske prieskumy, kartografia, navigácia; výpočet strmosti svahov, sledovanie a prognózovanie geologických a hydrologických procesov; výpočet svetelných a veterných podmienok pre architektúru a urbanizmus, inžinierske prieskumy, monitorovanie životného prostredia; budovanie zón viditeľnosti pre telekomunikačné a mobilné spoločnosti, architektúru a urbanizmus. Okrem toho sa DEM široko používajú na vizualizáciu území vo forme trojrozmerných obrázkov, čím poskytujú príležitosť na vytváranie modelov virtuálneho terénu (VTM).

Aktuálnosť témy predmetovej práce je daná potrebou geografického výskumu využívať reliéfne dáta v digitálnej podobe vzhľadom na rastúcu úlohu geografických informačných technológií pri riešení rôznych problémov, potrebu zvyšovania kvality a efektívnosti metód tvorby a používanie digitálnych výškových modelov (DEM) a zabezpečenie spoľahlivosti vytvorených modelov.

Tradičnými zdrojmi počiatočných údajov na vytvorenie DEM územia sú topografické mapy, údaje diaľkového prieskumu Zeme (RSD), údaje zo satelitných pozičných systémov, geodetické práce; údaje z geodézie a ozveny, materiály z fototeodolitových a radarových prieskumov.

V súčasnosti niektoré rozvinuté krajiny vytvorili národné DEM, napríklad v USA, Kanade, Dánsku, Izraeli a ďalších krajinách. Na území Ruskej federácie v súčasnosti nie sú verejne dostupné údaje podobnej kvality.

Alternatívnym zdrojom údajov o nadmorskej výške sú voľne dostupné údaje SRTM (Shuttle radar topographic mission), dostupné na väčšine zemegule s rozlíšením modelu 90 m.

Cieľom tejto práce je študovať alternatívny zdroj výškových údajov – údaje zemského radarového prieskumu – SRTM, ako aj metódy ich spracovania.

V rámci tohto cieľa je potrebné vyriešiť nasledovné úlohy:

získať teoretické znalosti o koncepte, typoch a metódach tvorby DEM, preštudovať si potrebné údaje pre konštrukciu DEM, poukázať na najsľubnejšie oblasti využitia týchto modelov na riešenie rôznych aplikovaných problémov;

identifikovať zdroje údajov SRTM, identifikovať technické vlastnosti preskúmať možnosti prístupu k údajom SRTM

ukázať možné využitie tohto typu údajov.

Na napísanie práce v kurze boli použité nasledujúce zdroje: učebné pomôcky o geoinformatike a diaľkovom prieskume Zeme, periodickej tlači, elektronických zdrojoch na internete.

1. Koncept digitálnych výškových modelov (DEM)

Jednou z významných výhod technológií geografických informačných systémov oproti klasickým „papierovým“ kartografickým metódam je možnosť vytvárať priestorové modely v troch rozmeroch. Hlavné súradnice pre takéto modely GIS budú okrem obvyklej zemepisnej šírky a dĺžky slúžiť aj ako údaje o nadmorskej výške. Navyše systém dokáže pracovať s desiatkami a stovkami tisíc výškových značiek, a nie s jednotkami a desiatkami, čo bolo možné aj pri použití metód „papierovej“ kartografie. Vďaka dostupnosti rýchleho počítačového spracovania obrovských polí výškových údajov sa úloha vytvorenia najrealistickejšieho digitálneho výškového modelu (DEM) stala realizovateľnou.

Digitálnym výškopisným modelom sa zvyčajne rozumie prostriedok digitálnej reprezentácie trojrozmerných priestorových objektov (plochy, resp. reliéfov) vo forme trojrozmerných údajov, tvoriacich súbor výškových značiek (hĺbkových značiek) a iných hodnôt súradníc Z, v uzloch pravidelnej alebo súvislej siete alebo sústavy záznamov vrstevníc (izohypsum, izobata) alebo iných izolínií. DEM je špeciálny typ trojrozmerných matematických modelov, ktoré predstavujú reliéf skutočných aj abstraktných plôch.

1 História vzniku DEM

Obraz reliéfu už dlho zaujíma ľudí. Na najstarších mapách boli veľké reliéfy zobrazené ako integrálna súčasť krajiny a ako prvok orientácie. Prvým spôsobom zobrazenia tvarov krajiny boli perspektívne značky zobrazujúce hory a kopce; Od osemnásteho storočia sa však začal aktívny vývoj nových, čoraz zložitejších metód. Perspektívna metóda s perokresbou je znázornená na mape Pyrenejí (1730). Farba bola prvýkrát použitá pri návrhu plastického reliéfu v Atlase ťaženia ruských vojsk vo Švajčiarsku (1799). Prvé experimenty pri vytváraní DEM siahajú do najranejších štádií vývoja geoinformatiky a automatizovanej kartografie v prvej polovici 60. rokov 20. storočia Jeden z prvých digitálnych modelov terénu bol vyrobený v roku 1961 na Katedre kartografie Vojenskej inžinierskej akadémie. Následne boli vyvinuté výkonné metódy a algoritmy na riešenie rôznych problémov softvér modelovanie, veľké národné a globálne súbory údajov o reliéfe, s ich pomocou sa nazbierali skúsenosti s riešením rôznych vedeckých a aplikovaných problémov. Veľký rozvoj zaznamenalo najmä používanie DEM na vojenské úlohy.

2 typy DEM

Najpoužívanejšími povrchovými reprezentáciami v GIS sú rastrové a TIN modely. Na základe týchto dvoch predstaviteľov historicky vznikli dvaja alternatívne modely DEM: založené na čisto pravidelných (maticových) zobrazeniach reliéfneho poľa s výškovými značkami a štruktúrou, ktorej jednou z najrozvinutejších foriem sú modely založené na štruktúrno-jazykovom zobrazení.

Rastrový model reliéfu - zabezpečuje rozdelenie priestoru na ďalšie nedeliteľné prvky (pixely), tvoriace maticu výšok - pravidelnú sieť výškových značiek. Podobné digitálne výškové modely vytvárajú národné mapové služby v mnohých krajinách. Pravidelná sieť výšok je mriežka s rovnakými obdĺžnikmi alebo štvorcami, kde vrcholy týchto obrazcov sú mriežkové uzly (obrázok 1-3).

Ryža. 1.2.1 Zväčšený fragment modelu reliéfu zobrazujúci rastrovú štruktúru modelu.

Ryža. 1.2.2 Zobrazenie pravidelného modelu siete výšok na rovine.

Ryža. 1.2.3. Trojrozmerný model reliéfu okolia obce. Kommunar (Khakassia), postavený na báze pravidelnej siete výšin /1/

Jedným z prvých softvérových balíkov, ktoré implementovali možnosť viacnásobného zadávania rôznych vrstiev rastrových buniek, bol balík GRID (v preklade z angličtiny - lattice, grid, network), vytvorený koncom 60. rokov 20. storočia. v Harvardskom laboratóriu počítačovej grafiky a priestorovej analýzy (USA). V modernom, široko používanom GIS balíku ArcGIS sa rastrový priestorový dátový model nazýva aj GRID. V ďalšom populárnom programe na výpočet DEM - Surfer, sa bežná sieť výšok nazýva aj GRID, súbory takéhoto DEM sú vo formáte GRD a výpočet takéhoto modelu sa nazýva Gridding.

Pri vytváraní pravidelnej siete výšok (GRID) je veľmi dôležité brať do úvahy hustotu mriežky (rozstup mriežky), ktorá určuje jej priestorové rozlíšenie. Čím menší je zvolený krok, tým presnejšie je DEM – tým vyššie je priestorové rozlíšenie modelu, ale tým viac väčšie množstvo uzly siete, preto je potrebný viac času na výpočet DEM a viac miesta na disku. Napríklad, keď sa krok mriežky zníži o faktor 2, množstvo počítačovej pamäte potrebnej na uloženie modelu sa zvýši o faktor 4. Z toho vyplýva, že musíme nájsť rovnováhu. Napríklad štandard US Geological Survey DEM, vyvinutý pre National Digital Cartographic Data Bank, špecifikuje digitálny výškový model ako pravidelné pole výškových značiek v uzloch siete 30 x 30 m pre mapu mierky 1:24 000. Interpoláciou, aproximáciou, vyhladením a iné transformácie na Rastrový model môže obsahovať DEM všetkých ostatných typov.

Medzi nepravidelnými sieťkami je najčastejšie používaná sieťka nepravidelného tvaru trojuholníkového tvaru - model TIN. Bol vyvinutý začiatkom 70. rokov 20. storočia. ako jednoduchý spôsob konštrukcie plôch založených na množine nerovnomerne rozmiestnených bodov. V 70. rokoch 20. storočia Vzniklo niekoľko verzií tohto systému a v 80. rokoch sa začali objavovať komerčné systémy na báze TIN. ako softvérové balíky na vytváranie vrstevníc. Na digitálne modelovanie terénu sa používa model TIN, pričom uzly a hrany trojuholníkovej siete zodpovedajú pôvodným a odvodeným atribútom digitálneho modelu. Pri konštrukcii modelu TIN sú diskrétne umiestnené body spojené čiarami tvoriacimi trojuholníky (obrázok 4).

Ryža. 1.2.4. Stav Delaunayovej triangulácie.

V rámci každého trojuholníka modelu TIN je povrch zvyčajne reprezentovaný ako rovina. Pretože povrch každého trojuholníka je definovaný výškami jeho troch vrcholov, použitie trojuholníkov zaisťuje, že každá časť povrchu mozaiky presne zapadá do susedných častí.

Obr.1.2.5. Trojrozmerný model reliéfu vytvorený na základe nepravidelnej triangulačnej siete (TIN).

Tým je zabezpečená kontinuita povrchu s nepravidelným usporiadaním bodov (obrázok 5-6).

Ryža. 1.2.6. Zväčšený fragment modelu reliéfu na obr. 5 zobrazujúci trojuholníkovú štruktúru modelu TIN.

Hlavnou metódou na výpočet TIN je Delaunayova triangulácia, pretože V porovnaní s inými metódami má najvhodnejšie vlastnosti pre digitálny model reliéfu: má najmenší index harmonickej ako súčet indexov harmonickosti každého z tvoriacich trojuholníkov (blízkosť k rovnouholníkovej triangulácii), vlastnosť maximálneho minimálneho uhla. (najväčšia nedegenerácia trojuholníkov) a minimálna plocha vytvoreného polyedrického povrchu.

Keďže model GRID aj model TIN sa v geografickom priestore rozšírili informačné systémy a sú podporované mnohými typmi softvér GIS, musíte poznať výhody a nevýhody každého modelu, aby ste si vybrali správny formát na ukladanie údajov o teréne. Medzi výhody GRID modelu patrí jednoduchosť a rýchlosť jeho počítačového spracovania, s čím súvisí rastrový charakter samotného modelu. Výstupné zariadenia, ako sú monitory, tlačiarne, plotre atď., používajú sady bodov, t.j. na vytváranie obrázkov. majú aj rastrový formát. Preto sa obrázky GRID ľahko a rýchlo odosielajú do takýchto zariadení, pretože pre počítače je ľahké vykonávať výpočty reprezentujúce jednotlivé štvorce pravidelnej siete výšok pomocou bodov alebo obrazových pixelov výstupných zariadení.

Model GRID umožňuje vďaka svojej rastrovej štruktúre „vyhladiť“ modelovaný povrch a vyhnúť sa ostrým hranám a výstupkom. Ale to je tiež „mínus“ modelu, pretože Pri modelovaní reliéfu horských oblastí (najmä mladých - napríklad alpského vrásnenia) s množstvom strmých svahov a špicatých vrcholov je možná strata a „rozmazanie“ štruktúrnych línií reliéfu a skreslenie celkového obrazu. IN podobné prípady vyžaduje sa zvýšenie priestorového rozlíšenia modelu (rozstup elevačnej mriežky), čo je spojené s prudkým nárastom množstva počítačovej pamäte potrebnej na uloženie DEM. Vo všeobecnosti modely GRID zvyčajne zaberajú viac miesta na disku ako modely TIN. Na urýchlenie zobrazenia veľkoobjemových digitálnych modelov terénu sa používajú rôzne metódy, z ktorých najobľúbenejšia je konštrukcia takzvaných pyramídových vrstiev, ktoré umožňujú použiť rôzne úrovne detailov obrazu v rôznych mierkach. Model GRID je teda ideálny na zobrazovanie geografických (geologických) objektov alebo javov, ktorých charakteristiky sa plynule menia v priestore (reliéf rovinatých plôch, teplota vzduchu, atmosférický tlak, tlak v ropných nádržiach a pod.). Ako bolo uvedené vyššie, nedostatky modelu GRID sa prejavujú pri modelovaní reliéfu mladých horských útvarov. Zvlášť nepriaznivá situácia pri použití pravidelnej siete výšok vzniká vtedy, ak sa v modelovanom území striedajú rozsiahle zarovnané plochy s plochami ríms a brál s prudkými zmenami nadmorskej výšky, ako napríklad v široko rozvinutých údoliach veľkých nížinných riek ( Obr. 7). V tomto prípade bude na väčšine simulovaného územia „nadbytočnosť“ informácií, pretože Uzly mriežky GRID na plochých plochách budú mať rovnaké hodnoty výšky. Ale v oblastiach strmých reliéfnych ríms môže byť veľkosť rozstupu výškovej mriežky príliš veľká, a preto priestorové rozlíšenie modelu môže byť nedostatočné na vyjadrenie „plasticity“ reliéfu.

Ryža. 1.2.7. Fragment trojrozmerného modelu reliéfu Tomskej doliny (červená šípka zobrazuje rímsu druhej nadnivnej terasy na ľavom brehu, vysoká rímsa na pravom brehu je svah medziriečnej planiny). Vertikálna mierka je päťkrát väčšia ako horizontálna.

Model TIN takéto nedostatky nemá. Keďže sa používa nepravidelná sieť trojuholníkov, rovné plochy sú modelované malým počtom obrovských trojuholníkov a v oblastiach strmých ríms, kde je potrebné detailne zobraziť všetky hrany reliéfu, je plocha zobrazená početnými malými trojuholníky (obr. 8). To vám umožní efektívnejšie využívať pamäť RAM počítača a zdroje trvalej pamäte na uloženie modelu.

Ryža. 1.2.8. Nepravidelná sieť trojuholníkov.

Medzi „nevýhody“ TIN patria vysoké náklady na počítačové zdroje na spracovanie modelu, čo výrazne spomaľuje zobrazovanie DEM na obrazovke monitora a tlač, pretože to si vyžaduje rastrovanie. Jedným z riešení tohto problému by bolo zavedenie „hybridných“ modelov, ktoré kombinujú deliace čiary TIN a bežnú metódu zobrazenia množiny bodov. Ďalšou významnou nevýhodou modelu TIN je „terasový efekt“, vyjadrený vo vzhľade takzvaných „pseudotrojuholníkov“ - plochých oblastí v zjavne nemožnej geomorfologickej situácii (napríklad pozdĺž spodnej línie údolí v tvare V) (obr. 9).

Jedným z hlavných dôvodov je malá vzdialenosť medzi bodmi digitálneho záznamu vrstevníc v porovnaní so vzdialenosťami medzi samotnými vrstevnicami, čo je typické pre väčšinu typov reliéfov v ich kartografickom zobrazení.

Ryža. 1.2.9. „Efekt terasy“ v údoliach malých riek, ku ktorému dochádza pri vytváraní TIN na základe vrstevníc bez zohľadnenia štrukturálnych línií reliéfu (v tomto prípade hydraulickej siete).

3 Metódy a metódy tvorby DEM

Odkedy sa objavili prvé mapy, kartografi čelili problému zobrazenia trojrozmerného terénu na dvojrozmernej mape. Na to boli vyskúšané rôzne metódy. Na topografických mapách a plánoch bol reliéf znázornený pomocou vrstevníc - čiar rovnakej výšky. Na všeobecne geografických a fyzických mapách bol reliéf tieňovaný (stínovaný), prípadne bola určitej výške terénu priradená farba zodpovedajúcej tonality (mierka výšky). Aktuálne s príchodom digitálne karty a plány, zvyšovanie výkonnosti počítačové vybavenie objavujú sa nové možnosti reprezentácie terénu. Trojrozmerná vizualizácia modelu reliéfu je čoraz populárnejšia, pretože umožňuje aj odborne neškoleným ľuďom získať celkom úplný obraz o reliéfe. Moderné technológie trojrozmernej vizualizácie umožňujú „pozerať sa“ na terén z akéhokoľvek bodu v priestore, z akéhokoľvek uhla a tiež „lietať“ nad terénom.

Od vývoja informačných systémov a technológií, ako aj od rozvoja satelitného priemyslu sa objavili rôzne metódy a metódy, ktoré umožňujú konštruovať DEM. Existujú dva zásadne odlišné spôsoby získavania údajov na zostavovanie digitálnych výškových modelov.

Prvou metódou sú metódy diaľkového prieskumu Zeme a fotogrametria. Takéto metódy na vytváranie DEM zahŕňajú metódu radarovej interferometrie. Je založená na využití fázovej zložky radarového signálu odrazeného od zemského povrchu. Presnosť rekonštrukcie DEM interferometrickou metódou je niekoľko metrov a mení sa v závislosti od charakteru terénu a úrovne šumu signálu. Pre hladký povrch a pre kvalitný interferogram môže presnosť rekonštrukcie reliéfu dosiahnuť niekoľko desiatok centimetrov. Existuje aj metóda na stereoskopické spracovanie radarových údajov. Aby modul fungoval, je potrebné urobiť dva radarové snímky pod rôznymi uhlami lúča. Presnosť rekonštrukcie DEM pomocou stereoskopickej metódy závisí od veľkosti prvku priestorového rozlíšenia obrazu. Technológia vzdušného laserového skenovania (ALS) je najrýchlejším, najúplnejším a najspoľahlivejším spôsobom zberu priestorových a geometrických informácií o ťažko dostupných (mokrade a zalesnených) oblastiach. Metóda poskytuje presné a podrobné údaje o teréne aj situácii. Technológia VLS dnes umožňuje rýchlo získať kompletné priestorové a geometrické informácie o teréne, vegetačnom kryte, hydrografii a všetkých pozemných objektoch v prieskumnom území.

Druhou metódou je zostavenie modelov reliéfu interpoláciou digitalizovaných izolínií z topografických máp. Tento prístup tiež nie je nový, má svoje silné stránky a slabé stránky. Medzi nevýhody patrí pracovná náročnosť a niekedy nedostatočne uspokojivá presnosť modelovania. Napriek týmto nedostatkom však možno tvrdiť, že digitalizované topografické materiály zostanú jediným zdrojom údajov pre takéto modelovanie ešte niekoľko rokov.

4 Národné a globálne DEM

Verejná dostupnosť údajov a technológií na stavbu DEM umožňuje mnohým krajinám vytvárať národné modely pomoci pre osobné potreby krajiny, príkladmi takýchto krajín sú USA, Kanada, Izrael, Dánsko a niektoré ďalšie krajiny. Spojené štáty americké sú jedným z lídrov vo vytváraní a používaní DEM. V súčasnosti národná služba topografického mapovania, U.S. Geological Survey, produkuje päť súborov údajov reprezentujúcich formát DEM (Digital Elevation Model) a líšia sa technológiou, rozlíšením a priestorovým pokrytím. Ďalším príkladom úspešnej skúsenosti národného DEM je dánsky DEM. Prvý digitálny výškový model Dánska bol vytvorený v roku 1985 s cieľom vyriešiť problém optimálneho umiestnenia sieťových prekladačov mobilnej komunikácie. Digitálne výškové modely vo forme výškových matíc sú zahrnuté v základných súboroch priestorových údajov takmer všetkých národných a regionálnych SID (údaje priestorových informácií). Pri súčasnej úrovni technologického rozvoja dosahuje rozstup elevačnej siete v národných DEM 5 m. DEM s podobným priestorovým rozlíšením sú plne pripravené alebo budú pripravené v blízkej budúcnosti pre také veľké územia ako Európska únia a USA. Vhodnosť u nás zavedeného obmedzenia detailu reliéfu sa stráca v podmienkach, keď si na svetovom trhu môžete kúpiť voľne distribuovaný globálny ASTGTM DEM s rozstupom výškovej mriežky cca 30 m (jedna oblúková sekunda). Okrem toho sa očakáva, že rozlíšenie verejne dostupných DEM sa bude neustále zvyšovať. Ako možné dočasné riešenie problému sa navrhuje zachovať utajenie najpodrobnejších základných DEM a voľne distribuovať menej podrobné DEM vytvorené na základe základného; postupne znižovať prah súkromia DEM v závislosti od presnosti znázornenia reliéfu a oblasti plochy, ktorú pokrýva.

2. Údaje SRTM

radarová topografická misia (SRTM) - Radarový topografický prieskum väčšiny zemegule, s výnimkou najsevernejších (>60), najjužnejších zemepisných šírok (>54), ako aj oceánov, vykonávaný počas 11 dní vo februári 2000 pomocou špeciálny radarový systém z opakovane použiteľného raketoplánu. Dva radarové senzory SIR-C a X-SAR zozbierali viac ako 12 terabajtov údajov. Za tento čas sa pomocou metódy zvanej radarová interferometria zozbieralo obrovské množstvo informácií o topografii Zeme, ich spracovanie pokračuje dodnes. Výsledkom prieskumu bol digitálny model reliéfu 85 percent zemského povrchu (obr. 9). Ale určité množstvo informácií je už používateľom k dispozícii. SRTM je medzinárodný projekt, ktorý vedie Národná geopriestorová spravodajská agentúra (NGA), NASA, Talianska vesmírna agentúra (ASI) a Nemecké vesmírne stredisko.

Ryža. 2.1. Schéma pokrytia územia Zeme prieskumom SRTM.

1 Verzie a nomenklatúra údajov

Údaje SRTM existujú v niekoľkých verziách: predbežná (verzia 1, 2003) a konečná (verzia 2, február 2005). Finálna verzia prešla dodatočným spracovaním, zvýraznením pobrežia a vodných plôch a filtrovaním chybných hodnôt. Dáta sú distribuované v niekoľkých verziách – mriežka s veľkosťou bunky 1 oblúková sekunda a 3 oblúkové sekundy. Pre USA sú k dispozícii presnejšie jednosekundové údaje (SRTM1), pre zvyšok zemského povrchu sú dostupné iba trojsekundové údaje (SRTM3). Dátové súbory majú maticu 1201 ´ 1201 (alebo 3601 ´ 3601 pre jednosekundovú verziu) hodnôt, ktoré je možné importovať do rôznych mapovacích programov a geografických informačných systémov. Okrem toho existuje verzia 3, distribuovaná ako súbory ARC GRID, ako aj formát ARC ASCII a Geotiff, 5 štvorcov ´ 5 v dátume WGS84. Tieto údaje získal CIAT z pôvodných údajov o nadmorskej výške USGS/NASA spracovaním na vytvorenie hladkých topografických povrchov, ako aj interpoláciou oblastí, kde pôvodné údaje chýbali.

Údajová nomenklatúra sa vyrába týmto spôsobom, názov štvorca údajov verzie 1 a 2 zodpovedá súradniciam jeho ľavého dolného rohu, napríklad: N45E136, kde N45 je 45 stupňov severnej šírky a E136 je 136 stupňov východnej dĺžky. , písmená (n) a (e) v súbore názvov označujú severnú a východnú pologuľu Názov štvorca údajov spracovanej verzie (CGIAR) zodpovedá štvorcu pri rýchlosti 72 štvorcov horizontálne (360 /5) a 24 štvorcov vertikálne (120/5). Napríklad: srtm_72_02.zip /úplne vpravo, jeden z horných štvorcov. Požadovaný štvorec môžete určiť pomocou rozloženia mriežky (obr. 11.).

Obr.2.1.1. Diagram pokrytia SRTM4.

2 Posúdenie presnosti údajov SRTM

Verejne dostupné sú hodnoty výšok v rohoch bunky s rozmermi 3 x 3. Presnosť výšok sa uvádza nie menšia ako 16 m, ale typ hodnotenia tejto hodnoty - priemer, maximálna, odmocnina štvorcová chyba (RMS) - nie je vysvetlená, čo nie je prekvapujúce, pretože na prísne posúdenie presnosti sú potrebné buď hodnoty referenčnej výšky približne rovnakého stupňa pokrytia, alebo dôsledná teoretická analýza procesu získavania a spracovanie údajov. V tejto súvislosti analýzu presnosti SRTM DEM vykonal viac ako jeden tím vedcov z rôznych krajín sveta. Podľa A.K. Výšky Corveula a I. Eviaka SRTM majú chybu, ktorá je pre rovinatý terén v priemere 2,9 m a pre kopcovitý terén - 5,4 m. Navyše značná časť týchto chýb zahŕňa systematickú zložku. Podľa ich zistení je výšková matica SRTM vhodná na vytváranie vrstevníc na topografických mapách v mierke 1:50 000. V niektorých oblastiach však výšky SRTM svojou presnosťou približne zodpovedajú výškam získaným z topografickej mapy v mierke. 1:100000 a možno ho použiť aj na vytváranie ortofotomáp zo satelitných snímok s vysokým rozlíšením, brané s miernym uhlom odchýlky od najnižšieho bodu.

2.3 Používanie údajov SRTM na riešenie aplikovaných problémov

Dáta SRTM môžu riešiť rôzne aplikované problémy rôzneho stupňa zložitosti, napr.: na ich použitie pri zostavovaní ortofotomáp, na posudzovanie zložitosti pripravovaných topografických a geodetických prác, plánovanie ich realizácie a môžu tiež poskytnúť pomoc pri návrhu umiestnenia profilov a iných objektov ešte pred vykonaním topografických prieskumov získaných z výsledkov radarových prieskumov SRTM možno použiť výškové hodnoty bodov terénu na aktualizáciu topografických podkladov území, kde nie sú údaje z podrobných topografických a geodetických prác. Tento typ údajov je univerzálnym zdrojom pre modelovanie zemského povrchu, hlavne pre zostavovanie digitálnych modelov terénu a digitálnych modelov terénu, avšak problematika použiteľnosti údajov o nadmorskej výške SRTM radaru ako alternatívy k štandardným metódam konštrukcie digitálneho modelu terénu a reliéfu, je veľmi dôležitá. podľa nášho názoru by sa mali riešiť v každom prípade individuálne, v závislosti od danej úlohy, charakteristík reliéfu a požadovanej presnosti referenčnej nadmorskej výšky.

3. Aplikácia SRTM pri vytváraní geoobrazov

1 Koncepcia geoobrazov

Pokrok v geoinformačnom mapovaní, diaľkovom prieskume Zeme a prostriedkoch na pochopenie okolitého sveta. Fotografovanie v akejkoľvek mierke a rozsahu, s rôznym priestorovým pokrytím a rozlíšením sa vykonáva na zemi a v podzemí, na povrchu oceánov a pod vodou, zo vzduchu a z vesmíru. Celé množstvo máp, fotografií a iných podobných modelov možno opísať jedným všeobecným pojmom - geoobraz.

Geoobraz je akýkoľvek časopriestorový, veľkorozmerný, zovšeobecnený model pozemských alebo planetárnych objektov alebo procesov, prezentovaný v grafickej forme.

Geoobrazy predstavujú vnútro Zeme a jej povrch, oceány a atmosféru, pedosféru, sociálno-ekonomickú sféru a oblasti ich vzájomného pôsobenia.

Geoobrazy sú rozdelené do troch tried:

Ploché alebo dvojrozmerné - mapy, plány, anamorfózy, fotografie, fotografické plány, televízia, skener, radar a iné vzdialené obrázky.

Objemové, alebo trojrozmerné - anaglyfy, reliéfne a fyziografické mapy, stereoskopické, blokové, holografické modely.

Dynamické trojrozmerné a štvorrozmerné - animácie, kartografické, stereokartografické filmy, filmové atlasy, virtuálne obrazy.

Mnohé z nich vstúpili do praxe, ďalšie sa objavili nedávno a ďalšie sú stále vo vývoji. Takže v tomto kurze sme vytvorili dvojrozmerné a trojrozmerné geoobrazy.

3.2 Zostrojenie digitálneho modelu reliéfu pre územie Saratov

a región Engel

Najprv si stiahneme verejné SRTM dáta dodatočnej verzie spracovania 2 na internetovom portáli otvorenom pre každého používateľa siete (#"justify">Potom otvoríme stiahnutý fragment v programe Global Mapper, vyberieme funkciu „Súbor“), potom „Exportovať rastrové a výškové údaje“ - „Exportovať Dem“ (obr. 12), táto séria operácií bola vykonaná s cieľom previesť stiahnuté údaje do formátu DEM, ktorý je čitateľný programom Vertical Mapper, v ktorom bude model byť postavený.

Obr.3.2.1. Export súboru do formátu DEM pomocou programu Global Mapper [vykonal autor].

Po exporte dát si otvoríme program Vertical Mapper, v ktorom vyrábame ďalšie akcie- Vytvoriť mriežku - Import mriežky (obr. 13).

Ryža. 3.2.2. Vytvorenie Grid modelu v programe Vertical Mapper [vypracoval autor].

Pomocou týchto funkcií vytvárame GRID model, s ktorým následne autor vykonal všetky operácie na vytvorenie DEM pre územie Saratovského regiónu, na vytvorenie izolínií a trojrozmerného modelu reliéfu.

Záver

Digitálny výškový model je dôležitou modelovacou funkciou v geografických informačných systémoch, pretože umožňuje riešiť problémy konštrukcie modelu reliéfu a jeho využitia. Tento typ výrobku je plne trojrozmerným zobrazením reálneho terénu v čase zamerania, čím umožňuje riešiť mnohé aplikované problémy: určenie akýchkoľvek geometrických parametrov reliéfu, zostavenie prierezových profilov; vykonávanie projektových a prieskumných prác; sledovanie dynamiky terénu. Okrem toho sa DEM široko používajú na vizualizáciu území vo forme trojrozmerných obrázkov, čím poskytujú príležitosť na vytváranie modelov virtuálneho terénu (VTM).

Aktuálnosť témy práce v kurze je daná rozšírenou potrebou geografického výskumu reliéfnych dát v digitálnej forme, vzhľadom na rastúcu úlohu geografických informačných technológií pri riešení rôznych problémov, potrebu zvyšovania kvality a efektívnosti metód pre vytváranie a používanie digitálnych výškových modelov (DEM) a zabezpečenie spoľahlivosti vytvorených modelov.

V súčasnosti existuje niekoľko hlavných zdrojov údajov pre zostavovanie digitálnych výškopisných modelov - a to interpoláciou digitalizovaných vrstevníc z topografických máp a metódou diaľkového prieskumu Zeme a fotogrametrie. Metóda diaľkového prieskumu Zeme získava čoraz väčšiu silu pri riešení mnohých geografických problémov, ako je napríklad vytváranie reliéfu zo satelitných radarových snímacích údajov Zeme. Jedným z produktov radarového snímania Zeme sú verejne dostupné a voľne distribuované dáta SRTM (Shuttle radar topographic mission), dostupné na väčšine zemegule s modelovým rozlíšením 90 m.

V procese písania seminárnej práce bol vybudovaný digitálny model reliéfu pre územie regiónov Saratov a Engel, čím sa vyriešili konštrukčné úlohy a preukázala sa možnosť vytvorenia DEM s využitím údajov SRTM.

reliéfny digitálny radarový geoobraz

Zoznam použitých zdrojov

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitálne výškové modely. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, podpísaná na vydanie 15. decembra 2007. Náklad 200 výtlačkov.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. "Reliéfna morfológia." Moskva: Vedecký svet. 2004

B.A. Novákovský, S.V. Prasolov, A.I. Prasolovej. "Digitálne modely reliéfu skutočných a abstraktných geopolí." Moskva: Vedecký svet. 2003

A.S. Samardak "Geografické informačné systémy". Vladivostok FEGU, 2005 - 124 s.

Geoprofi [Elektronický zdroj]: časopis o geodézii, kartografii a navigácii / Moskva. - Elektronický časopis. - Režim prístupu: #"justify">. Sektory aplikácie GIS [Elektronický zdroj]: databáza. - Režim prístupu:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. Spojený ústav geológie, geofyziky a mineralógie sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, Novosibirsk. Z materiálov medzinárodnej konferencie „Interkarto - 6“ (Apatity, 22. – 24. augusta 2000).

Združenie GIS [Elektronický zdroj]: databáza. - Režim prístupu: #"justify">. Asociácia GIS LAB [Elektronický zdroj]: databáza. - Režim prístupu: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, bezšvové dáta SRTM s vyplnenými otvormi V3, Medzinárodné centrum pre tropické poľnohospodárstvo (CIAT)

11. A. M. Berlyant, A. V. Vostoková, V.I. Kravcovová, I.K. Lurie, T.G. Svatková, B.B. Serapinas "Kartológia". Moskva: Aspect Press, 2003 – 477 s.

), pomenovaná podľa mesta Golden v štáte Colorado, kde sa nachádza, existuje od roku 1983 a vyvíja vedecké grafické balíčky. Jeho prvý softvérový produkt, Golden Graphics System, vydaný v tom istom roku, bol navrhnutý na spracovanie a zobrazenie obrázkov súborov údajov opísaných dvojrozmernou funkciou ako z=f(y,x). Následne tento balík dostal názov Surfer, ktorý mu zostal dodnes. A o dva roky neskôr sa objavil balík Grapher, určený na spracovanie a zobrazenie grafov súborov údajov a funkcií ako y=f(x).

Práve tieto DOSové balíky boli koncom 80. rokov veľmi populárne (samozrejme vo forme nelegálnych kópií) medzi sovietskymi špecialistami zaoberajúcimi sa rôznymi aspektmi spracovania matematických dát, predovšetkým v rámci širokého spektra geovied, akými sú geológia, hydrogeológia, atď. seizmike, ekológii, meteorológii, ako aj v iných príbuzných odboroch.

Zároveň sme začali aktívne pracovať s balíkom Surfer 4 pre DOS. Na rozdiel od kolegov z iných oddelení (náš ústav robil výskum v oblasti inžinierskych prieskumov v stavebníctve), ktorí sa zaoberali riešením veľmi špecifických problémov na konkrétnych miestach a pracovali so Surferom ako samostatným produktom pre koncových užívateľov, my ako vývojári sme boli priťahujú možnosti zabudovaného využitia tohto balíka v našich vlastných programoch.

Myšlienka bola veľmi jednoduchá - Surfer mohol pracovať interaktívne aj v dávkovom režime a predvádzať určitú postupnosť funkcie založené na údajoch z príkazových a informačných súborov. Generovaním týchto súborov v našich programoch by sme mohli prinútiť externý balík, aby vykonal operácie, ktoré sme potrebovali. Zároveň používateľ, ktorý si prezeral napríklad obrázok izolínovej mapy alebo ju vytlačil, ani netušil, že pracuje s nejakým iným balíkom.

Celkovo sa nám Surfer veľmi páčil. Stále to považujeme za klasický príklad vynikajúceho softvérového produktu. Pohodlné interaktívne rozhranie bez architektonických zbytočností, otvorené a zrozumiteľné rozhranie pre programátora, osvedčené matematické algoritmy, veľmi kompaktný kód, skromné požiadavky na zdroje. Stručne povedané, bol to štýl tvorby softvéru, ktorý sa dnes do značnej miery stratil, ktorý rešpektoval budúcich používateľov nie slovami, ale skutkami. (Sme veľmi radi, že tento štýl bol zachovaný aj v ďalšom vývoji od Golden Software.)

Podľa verzie, ktorá bola vypočutá v roku 1994 na Medzinárodnej konferencii o analytických modeloch geofiltrácie v Indianapolise, bol autorom knihy Surfer a zakladateľom spoločnosti postgraduálny študent hydrogeológie na jednej z amerických univerzít. „Geologické“ korene produktov spoločnosti sa zdajú byť takmer samozrejmosťou.

V skutočnosti je mesto Golden malé a odvážne. Sídli tu renomované geovedné školiace stredisko Colorado School of Mines a jeho dcérska spoločnosť International Ground Water Modeling Center, ktorá tiež vytvára, testuje a šíri hydrogeologické programy (vrátane tých, ktoré poskytujú nezávislí vývojári).

Čas plynie, ale napriek pomerne intenzívnej konkurencii zostávajú balíky Golden Software (predovšetkým Surfer) naďalej veľmi populárne tak v USA, ako aj v iných krajinách. Odkazy na ne sú dostupné takmer v každej vedeckej publikácii alebo softvérovom produkte týkajúcom sa numerického modelovania a spracovania experimentálnych údajov.

V roku 1990 spoločnosť oznámila zastavenie vývoja verzií pre DOS a začiatok vývoja softvérových produktov pre Windows. V roku 1991 sa objavil nový balík MapViewer (nástroj na analýzu a vizualizáciu geograficky distribuovaných numerických informácií a vytváranie informatívnych tematických máp - Thematic Mapping Software) a potom boli vydané verzie už známych balíkov pre Windows: v roku 1993 - Grapher 1.0 a v roku 1994 - Surfer 5.0. V roku 1996 bol vydaný ďalší nový produkt - Didger (digitalizácia grafické informácie), ktorý veľmi úspešne dopĺňal funkcionalitu ostatných programov Golden Software.

Tu je však potrebné zdôrazniť, že po zastavení vývoja verzií pre DOS ich spoločnosť až do roku 1995 naďalej podporovala: predaj licencovaných kópií, poradenstvo a pod. a nepracovať na princípe „vezmi si, čo máš“), musíte súhlasiť, je dnes zriedkavé.

Celkovo je Golden Software veľmi poučným príkladom udržateľného postavenia malej spoločnosti, ktorá vyvíja a predáva svoje softvérové produkty vo svojej „ekologickej nike“ na globálnom trhu s počítačmi.

Okrem toho je potrebné poznamenať, že vznik výkonných systémov, ktoré sa zdajú robiť „všetko-všetko“ (napríklad zahrnutie grafických nástrojov do tabuľkových procesorov alebo GIS s ich schopnosťou spracovávať kartografické informácie), neotriaslo pozíciou spoločnosti. malé špecializované softvérové balíky. Takýto špecializovaný softvér výrazne predčí veľké integrované systémy vo funkčnosti a jednoduchosti používania. Posledná výhoda je dôležitá najmä pri analýze obrovského objemu experimentálnych dát, a to nielen pri generovaní výsledkov výskumu vo forme prezentačnej grafiky. K tomu treba prirátať skromnejšie nároky takýchto programov na výkon počítača a jeho cenu.

Golden Software v súčasnosti ponúka štyri produkty pre Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 a Didger 1.0. Práve o nich si povieme v našej recenzii.

Surferský balík - spracovanie a vizualizácia dvojrozmerných funkcií

Surfer 5.0 pre Windows 3.x bol vydaný v roku 1994. O rok neskôr, súčasne s vydaním systému Windows 95, bol vydaný Surfer 6.0, ktorý bol predstavený v dvoch verziách - 32-bit na prácu v Prostredie Windows NT a Windows 95 a 16-bit pre Windows 3.1. Pri inštalácii balíka si používateľ môže vybrať požadovanú verziu programu sám alebo ju zveriť inštalačnému programu, ktorý určí konfiguráciu systému a vyberie verziu automaticky. Balíček popíšeme nasledovne: najprv si povieme o schopnostiach verzie 5.0 a potom o inováciách Surfer 6.0.

Hlavným účelom Surferu je spracovávať a vizualizovať dvojrozmerné dátové súbory popísané funkciou ako z=f(x, y). Logiku práce s balíkom možno znázorniť vo forme troch hlavných funkčných blokov: a) konštrukcia digitálneho modelu povrchu; b) pomocné operácie s digitálnymi modelmi povrchu; c) vizualizácia povrchu.

Konštrukcia digitálneho modelu povrchu

Napriek všetkej pôsobivosti grafickej vizualizácie dát je vrcholom takýchto balíkov samozrejme matematický aparát v nich implementovaný. Faktom je, že používateľ (v tomto prípade s najväčšou pravdepodobnosťou vedec) sa už nemusí zaujímať o všetky ostatné výhody programu.

Digitálny model povrchu je tradične reprezentovaný ako hodnoty v uzloch pravouhlej pravidelnej mriežky, ktorej diskrétnosť je určená v závislosti od konkrétneho riešeného problému. Na ukladanie takýchto hodnôt používa Surfer vlastné súbory GRD (binárny alebo textový formát), ktoré sa už dávno stali akýmsi štandardom pre balíky matematického modelovania.

V zásade existujú tri možné možnosti získania hodnôt v uzloch siete; všetky sú implementované v balíku:

podľa počiatočných údajov špecifikovaných v ľubovoľných bodoch oblasti (v uzloch nepravidelnej mriežky) pomocou interpolačných algoritmov pre dvojrozmerné funkcie;
výpočet hodnôt funkcie explicitne špecifikovanej používateľom; balík obsahuje pomerne široké spektrum funkcií – trigonometrické, Besselove, exponenciálne, štatistické a niektoré ďalšie (obr. 1);
prechod z jednej pravidelnej mriežky na druhú, napríklad pri zmene diskrétnosti mriežky (tu sa spravidla používajú pomerne jednoduché interpolačné a vyhladzovacie algoritmy, pretože sa predpokladá, že prechod sa vykonáva z jedného hladkého povrchu na druhý) .

Okrem toho, samozrejme, môžete použiť hotový digitálny model povrchu, ktorý používateľ získa napríklad v dôsledku numerického modelovania (toto je pomerne bežná možnosť využitia balíka Surfer ako post-procesora).

Prvá možnosť získania mriežkového modelu sa najčastejšie vyskytuje v praktických problémoch a práve algoritmy na interpoláciu dvojrozmerných funkcií pri prechode z nepravidelnej mriežky na bežnú sú „tromfom“ balíka.

Faktom je, že postup prechodu z hodnôt v diskrétnych bodoch na povrch je netriviálny a nejednoznačný; Pre rôzne úlohy a typy údajov sú potrebné rôzne algoritmy (alebo skôr nie „povinné“, ale „vhodnejšie“, pretože spravidla žiadny nie je 100% vhodný). Efektívnosť programu na interpoláciu dvojrozmerných funkcií (to platí aj pre problém jednorozmerných funkcií, ale pre dvojrozmerné je všetko oveľa komplikovanejšie a pestrejšie) určujú nasledujúce aspekty:

súbor rôznych interpolačných metód;
schopnosť výskumníka kontrolovať rôzne parametre týchto metód;
dostupnosť prostriedkov na posúdenie presnosti a spoľahlivosti vybudovaného povrchu;
možnosť objasniť výsledok na základe osobná skúsenosť expert, berúc do úvahy množstvo ďalších faktorov, ktoré nebolo možné premietnuť do zdrojových údajov.

Surfer 5.0 ponúka svojim používateľom sedem interpolačných algoritmov: Kriging, Inverzná vzdialenosť, Minimálne zakrivenie, Funkcie radiálnej bázy, Polynomiálna regresia, Shepardova metóda , čo je kombinácia metódy inverznej vzdialenosti s splajnom) a triangulácia. Bežné výpočty siete možno teraz vykonávať na súboroch množín údajov X, Y, Z akejkoľvek veľkosti a samotná sieť môže mať veľkosť 10 000 x 10 000 uzlov.

Zvýšenie počtu interpolačných metód môže výrazne rozšíriť okruh problémov, ktoré je potrebné riešiť. Najmä metódu triangulácie možno použiť na konštrukciu povrchu s použitím presných hodnôt počiatočných údajov (napríklad povrch Zeme podľa údajov geodetického prieskumu) a algoritmus polynomickej regresie možno použiť na analýzu trendu povrch.

Zároveň sa poskytuje dostatok príležitostí na ovládanie interpolačných metód zo strany používateľa. Najmä najpopulárnejšia geoštatistická Krickingova metóda pri spracovaní experimentálnych dát teraz zahŕňa možnosť využitia rôzne modely variogramy s použitím variácie algoritmu s driftom a s prihliadnutím na anizotropiu. Pri výpočte povrchu a jeho obrazu môžete nastaviť aj hranicu územia ľubovoľnej konfigurácie (obr. 2).

Okrem toho je tu vstavaná grafický editor na zadávanie a opravu hodnôt údajov o ploche mriežky, pričom používateľ okamžite vidí výsledky svojich akcií v podobe zmien v izočiarovej mape (obr. 3). Pre celú triedu problémov (najmä tých, ktoré súvisia s popisom prírodných údajov), ktoré sa spravidla nedajú presne opísať matematický model, táto funkcia je často jednoducho potrebná.

Zadávanie údajov sa vykonáva z [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) alebo obyčajných textových súborov ASCII, ako aj z tabuliek Excelu [.XLS] a Lotus [.WK1, .WKS]. Zdrojové informácie je možné zadávať alebo upravovať aj pomocou vstavaného tabuľkového procesora balíka a sú možné ďalšie dátové operácie, ako je triedenie a konverzia čísel pomocou užívateľom definovaných rovníc.

Pomocné operácie s povrchmi

Surfer for Windows implementuje veľkú sadu ďalších nástrojov na transformáciu povrchov a rôzne operácie s nimi:

výpočet objemu medzi dvoma povrchmi;
prechod z jednej pravidelnej mriežky do druhej;
transformácia povrchu pomocou matematických operácií s maticami;
povrchová disekcia (výpočet profilu);
výpočet plochy povrchu;
vyhladzovanie povrchov pomocou matricových alebo spline metód;
konverzia formátu súboru;
množstvo ďalších funkcií.

Kvalitu interpolácie je možné posúdiť pomocou štatistického hodnotenia odchýlok pôvodných bodových hodnôt od výsledného povrchu. Okrem toho je možné vykonať štatistické výpočty alebo matematické transformácie pre akúkoľvek podmnožinu údajov, vrátane použitia užívateľom definovaných funkčných výrazov.

Vizualizácia povrchových obrazov

Povrch môže byť graficky znázornený v dvoch formách: obrysové mapy alebo trojrozmerné obrázky povrchu. Surferova práca je zároveň založená na nasledujúcich princípoch ich konštrukcie:

získanie obrazu prekrytím niekoľkých priehľadných a nepriehľadných grafických vrstiev;
import hotových obrázkov vrátane obrázkov získaných v iných aplikáciách;
pomocou špeciálnych nástrojov na kreslenie, ako aj použitím textových informácií a vzorcov na vytváranie nových a úpravu starých obrázkov.

Použitie rozhrania s viacerými oknami vám umožňuje vybrať si najvhodnejší prevádzkový režim. Najmä si môžete súčasne prezerať číselné údaje vo forme tabuľky, mapy založenej na týchto údajoch a informácie o pozadí od textový súbor(obr. 4).

Surfer 5.0 používa ako hlavné vizuálne prvky nasledujúce typy máp:

Obrysová mapa. Okrem už tradičných prostriedkov ovládania zobrazovacích režimov izolínií, osí, rámikov, značiek, legiend a pod., je implementovaná možnosť vytvárať mapy vypĺňaním jednotlivých zón farbou alebo rôznymi vzormi (obr. 5). Okrem toho je možné plochý obrázok mapy otáčať a nakláňať a je možné použiť nezávislé škálovanie pozdĺž osi X a Y.
Trojrozmerný obraz povrchu (3D Surface Map). Tieto mapy využívajú rôzne typy projekcie a obraz je možné otáčať a nakláňať pomocou jednoduchého grafického rozhrania. Môžete na ne kresliť aj čiary rezu a izočiary (obr. 6), nastaviť nezávislé škálovanie pozdĺž osí X, Y, Z a vyplniť jednotlivé prvky mriežky plochy farbou alebo vzorom.
Mapa počiatočných údajov (Post Map). Tieto mapy sa používajú na zobrazenie údajov o bodoch vo forme špeciálnych symbolov a textových označení k nim. V tomto prípade, ak chcete zobraziť číselnú hodnotu v bode, môžete ovládať veľkosť symbolu (lineárna alebo kvadratická závislosť) alebo použiť rôzne symboly v súlade s rozsahom údajov (obr. 7). Konštrukciu jednej mapy je možné vykonať pomocou niekoľkých súborov.
Základná mapa. Môže to byť takmer akýkoľvek plochý obrázok získaný importovaním súborov rôznych grafických formátov: AutoCAD [.DXF], DOS Surfer [.BLN, .PLT], Atlas Boundary [.BNA], Golden Software MapViewer [.GSB], Windows Metafile [ .WMF], digitálny čiarový graf USGS [.LGO], bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG], [.DCX], [.TGA] a niektoré ďalšie. Tieto mapy je možné použiť nielen na jednoduché zobrazenie obrázku, ale napríklad aj na zobrazenie niektorých oblastí ako prázdnych. Okrem toho, ak je to žiaduce, môžu byť tieto mapy použité na získanie hraníc pri vykonávaní výpočtov povrchu, transformácii, pitve atď.

Pomocou rôznych možností prekrývania týchto hlavných typov máp a ich rôzneho umiestnenia na jednej stránke môžete získať rôzne možnosti na znázornenie zložitých objektov a procesov. Najmä je veľmi jednoduché získať rôzne možnosti pre komplexné mapy s kombinovaným obrazom rozloženia viacerých parametrov naraz (obr. 8). Všetky typy máp môže používateľ upravovať pomocou vstavaných nástrojov na kreslenie samotného Surfera.

Prezentácia niekoľkých máp vo forme trojrozmernej „police“ je tiež veľmi efektívna a vhodná na analýzu. Okrem toho to môže byť buď odlišná reprezentácia rovnakých súborov údajov (napríklad trojrozmerný obrázok plus farebná izočiarová mapa: obr. 9), alebo séria rôznych súborov, napríklad plošné rozloženie jedného parametra. v rôznych časoch alebo niekoľkých rôznych parametroch (obr. 10).

Všetky tieto možnosti zobrazenia obrazu môžu byť veľmi užitočné pri porovnávacej analýze vplyvu rôznych interpolačných metód alebo ich jednotlivých parametrov na vzhľad výsledného povrchu (obr. 11).

Samostatne by sa mal riešiť problém používania ruských písiem. Faktom je, že písma SYM dodávané s balíkom, samozrejme, nie sú rusifikované, takže musíte používať písma Windows TrueType. Nie sú však vhodné pre niektoré režimy obrazového výstupu, napríklad keď je text zobrazený pod uhlom, znaky sú niekedy zdeformované na nerozoznanie. V tomto prípade je lepšie použiť vektorové písma SYM s jednoriadkovým dizajnom (sú vždy dobre viditeľné) a v hotovej podobe sú k dispozícii iba latinské. Na tento problém však existuje pomerne jednoduché riešenie.

DOS verzia Surfer mala špeciálna pomôcka ALTERSYM na vytváranie vlastných sád písiem SYM (žiaľ, vo verzii pre Windows zmizol, takže môžete použiť verziu pre DOS). Umožňuje vám však vytvárať a upravovať iba základnú znakovú sadu (kódy ASCII 32-127). Tento problém sme kedysi pre DOS verziu riešili takto: napísali sme utilitu, ktorá z prázdnych súborov vytvorených programom ALTERSYM vytvorí kompletnú sadu symbolov (1-255), s ktorou perfektne spolupracujú výstupné moduly VIEW a PLOT. Tento prístup je celkom vhodný pre verziu Surfer pre Windows.

Výsledné grafické obrázky je možné vytlačiť na ľubovoľné tlačové zariadenie podporované systémom Windows alebo vytlačiť do formátu súboru, ako je AutoCAD [.DXF], metasúbor Windows [.WMF], schránka systému Windows [.CLP], ako aj grafický jazyk HP [ .HPGL] a Encapsulated PostScript [.EPS]. Obojsmernú výmenu údajov a grafiky s inými aplikáciami Windows je možné vykonávať aj prostredníctvom schránky Windows. Grafické obrázky pripravené v Surferi je navyše možné exportovať do balíka MapViewer, prekryť naň mapu územia a získať mapu rozloženia tohto parametra na konkrétnom území (obr. 12 a ).

Ovládacie prvky balíka makier

V Surfer 5.0, vytvorenom v roku 1994, takmer súčasne s kancelárske balíky Microsoft Office 4.0 bol implementovaný model objektových komponentov založený na podpore mechanizmu OLE 2.0 Automation (čo sa dnes nazýva ActiveX). To umožňuje integrovať Surfer ako ActiveX server do komplexných systémov na spracovanie a modelovanie dát.

V akomkoľvek jazyku, ktorý tiež podporuje tento mechanizmus (napríklad Visual Basic, C++, príp Visual Basic pre aplikácie), môžete napísať súbor kontrolného makra pre Surfer. Najmä pomocou sady súborov makier môžete automaticky vykonávať niektoré často sa opakujúce úlohy. Alebo takýto súbor môže byť vygenerovaný počas vykonávania akéhokoľvek aplikačného výpočtového programu na automatické spracovanie a vizualizáciu dát.

Napríklad nasledujúca funkcia napísaná vo VB vytvorí obrysovú mapu a vloží jej obrázok do tabuľky s názvom „Hárok1“:

Funkcia MakeMap();
definovanie premennej Surf ako objektu Dim Surf as Object;
nastavenie mapovania medzi premennou Surf a programom Surfer Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
vstupný názov súboru GRD;
vykonávanie makro príkazov balíkom Surfer Surf.MapCountour(GrdFile$);
zostaviť osamotenú mapu Surf.Select;
vybrať obrázok Surf.EditCopy;
skopírujte vybraný obrázok do schránky;
toto je už príkaz Excelu - prilepte obrázok zo schránky na aktuálnu pozíciu tabuľky List1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Význam tohto postupu je celkom jasný. Najprv je premenná Surf definovaná ako objekt a priradená k balíku Surfer (Surfer.App). Ďalej sú to príkazy, ktoré už VBA interpretuje ako volania funkcií Surfer (ich názvy zodpovedajú príkazom, ktoré používateľ vyberie v dialógovom režime), vykonávané prostredníctvom mechanizmu ActiveX.

Balík Surfer má navyše vlastný makrojazyk, čo je vlastne typ VBA a slúži na písanie riadiacich dotazov v špeciálnom programe SG Scripter (súbor GSMAC.EXE). Napríklad pomocou takého jednoduchého programu môžete implementovať makro, ktoré automaticky vytvorí obrysové mapy pre jednu sadu zdrojových údajov pomocou všetkých siedmich interpolačných metód:

vytvorenie objektu Surfer Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
vytvorenie mapy pomocou každej interpolačnej metódy;
pre zdrojový dátový súbor DEMOGRID.DAT Pre metódu = 0 až 6;
otvorte nový výkresový dokument Surf.FileNew();
výpočet súboru GRD aktuálnou metódou interpolácie If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Metóda,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Potom Koniec;
zostavenie izočiarovej mapy Ak Surf.MapContour (“VZOR”) = 0, potom skonči ďalej.

Spustiť v automatický režim Podobné úlohy, ktoré sú prezentované ako program napísaný v GS Scripter, je možné vykonať buď z príkazového riadku:

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

alebo z akejkoľvek aplikácie pomocou príkazu SHELL:

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

(kláves /x označuje potrebu automatického spustenia programu task.bas).

GS Scripter je možné použiť aj na ovládanie akýchkoľvek iných programov, ktoré podporujú ActiveX (napríklad pre prácu s MS Office).

Čo je nové v Surfer 6.0

Ako sme už povedali, Surfer 6.0 prichádza v 16- a 32-bitovej verzii. Okrem toho sa však objavilo niekoľko užitočných funkčných rozšírení. V prvom rade si treba uvedomiť, že pri konštrukcii plochých obrázkov je možné použiť ešte dva typy podkladových máp: Image Map a Shaded Relief Map.

Vďaka vstavaným nástrojom na kreslenie obrázkovej mapy je vytváranie farebných máp pomerne jednoduché a rýchle. V tomto prípade môžete použiť viacfarebné vyplnenie obrázkov vrátane použitia farebných kombinácií vytvorených používateľom.

Čo je však obzvlášť pôsobivé, sú možnosti Shaded Relief Map, ktorá umožňuje získať snímky ako napríklad kvalitné fotografie priamo v prostredí Surfer (obr. 14), ktoré je možné použiť ako na spoločné použitie s vrstevnicovými mapami, tak aj samostatne . To umožňuje používateľovi ovládať všetky parametre potrebné na vytvorenie najvýraznejších obrázkov, vrátane umiestnenia svetelného zdroja, relatívneho sklonu sklonu, typu tieňovania a farby. Používateľ balíka má tiež viac možností na vizualizáciu dát a usporiadanie rôznych obrázkov na jednej obrazovke (obr. 15).

Rozšíril sa súbor pomocných operácií pri spracovaní digitálnych plôch. Pomocou nových funkcií Grid Calculus môžete určiť sklon, zakrivenie a horizontálnu líniu pohľadu v konkrétnom bode na povrchu, ako aj vypočítať prvú a druhú deriváciu pre Fourierove funkcie a spektrálnu analýzu. A ďalšie nástroje Grid Utilities vám umožňujú transformovať, posúvať, škálovať, otáčať a zrkadliť údaje v súboroch GRD (formát na ukladanie hodnôt v bežných uzloch mriežky). Potom môžete vykonať ľubovoľný výber podmnožiny množiny údajov podľa počtu stĺpcov a stĺpcov alebo jednoducho ľubovoľných uzlov mriežky.

Z hľadiska matematického aparátu na konštrukciu povrchu sa javí ako veľmi dôležité implementovať ďalší interpolačný algoritmus - Najbližší sused, ako aj tri úrovne vnorenia variogramov, ktoré umožňujú vytvárať viac ako 500 výsledných kombinácií.

Predtým vytvorené obrázky založené na rôznych typoch máp (vrstevná mapa, tieňovaná reliéfna mapa, postová mapa, obrázková mapa) možno použiť ako šablónu nahradením nového súboru GRD do existujúcich máp. Navyše, teraz, keď ste najprv skombinovali niekoľko vrstiev rôznych máp do jedného obrázka, môžete ich potom rozdeliť na ich pôvodné prvky a prerobiť ich na základe nových údajov.

Z čisto obslužných funkcií treba vyzdvihnúť možnosť zadávať digitalizačné údaje hraničných čiar a ľubovoľných bodov z obrazovky priamo do ASCII súboru, ako aj automatické vytváranie legendy pre rôzne typy bodov Post Map. Teraz môžete importovať súbory Digital Elevation Model (DEM) priamo z internetu (alebo akéhokoľvek iného zdroja informácií) ako digitálny model povrchu. A napokon nové formáty exportu dát umožňujú ukladať mapové obrázky takmer vo všetkých rastrových formátoch (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG a mnohé ďalšie).

Pokračovanie nabudúce

ComputerPress 2" 1999

FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA

VYŠŠIE ODBORNÉ VZDELANIE "VORONEŽSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA"

K.Yu. Silkin

GEOINFORMAČNÝ SYSTÉM

Golden Software Surfer 8

Vzdelávacia a metodická príručka pre vysoké školy

Vydavateľské a tlačiarenské centrum Voronežskej štátnej univerzity

Recenzent I.Yu. Antonova

Školiaci manuál popisuje hlavné funkcie geografického informačného systému Golden Software Surfer 8. Čitatelia sú vyzvaní, aby si preštudovali teoretické body, ktoré sú základom tohto systému a nezávisle ich aplikovali v praxi. Pomocou tejto príručky sa môžete naučiť, ako prejsť z nerovnomerne rozložených údajov na digitálne modely povrchu, zostaviť rôzne typy máp a extrahovať údaje z Ďalšie informácie, nie je celkom zrejmé pri vizuálnej analýze obrázkov.

Vzdelávacia a metodická príručka bola vypracovaná na Katedre geofyziky Geologickej fakulty Voronežskej štátnej univerzity.

Pre špecializáciu: 020302 – Geofyzika


ÚVOD ............................................
ZÁKLADNÉ POJMY...................................
I. ZÁKLADY PRÁCE SO SURFEROM..................
I.1. PRVÝ ŠTART SURFERA ................................................. ......................................
I.2. REŽIM PLOT-DOCUMENT ................................................. ......................................
I.3. VYTVORENIE XYZ ÚDAJOV ................................................ ......................................
I.3.A. Otváranie existujúceho súboru s údajmi XYZ......
I.3.B. Vytvorenie nového súboru s údajmi XYZ................................................. .........
I.3.C. Uloženie súboru s údajmi XYZ............................................ ........
I.4. S VYTVORENIE SÚBORU GRID.................................................................
II. TVORBA GRIDMÁP................................................................ ..............
II.1. KONTUROVÁ MAPA ................................................ ...................................
II.1.A. Vytvorenie vrstevnicovej mapy ................................................................ ......................................
II.1.B. Uloženie mapy ................................................. ........................................
II.1.C. Používanie správcu objektov ................................................................ ..........
II.1.D. Zmena úrovní obrysu................................................................ ...........
II.1.E. Zmena parametrov obrysovej čiary ................................................................ .....
II.1.F. Pridanie farebnej výplne medzi čiary obrysu.........
II.1.G. Pridávanie, odstraňovanie alebo presúvanie obrysových štítkov.........
II.1.H. Zmena parametrov osi ................................................................ ......................................
II.2. MAPA RÁMU ................................................ ......................................
II.3. TVAROVANÁ MAPA ................................................ ....................................................
II.4. TO UMENIE S RELIÉFOM TIEŇA.................................................................
II.5. VEKTOROVÁ MAPA ................................................ ......................................
II.6. T ROZMERNÝ POVRCH....................................................................
II.7. T BODOVÁ KARTA A PREKRÝVKY...................................................................
II.7.A. Vytvorenie bodovej mapy ............................................................ ......................................
II.7.B. Vytvorenie prekrytia ............................................................ ....................................
II.7.C. Pridávanie štítkov do bodovej mapy v prekrytí................................................ .........

III. DIGITIZÁCIA RASTROVÝCH MÁP............................................................ ...........
III.1. TVORBA MAPY - ZÁKLADY ................................................ ......................
III.2. DIGITIZÁCIA MAPY - ZÁKLADY ................................................ ......................
IV. KONŠTRUKCIA MRIEŽKY ................................................................ ......................................
IV.1. O PREHĽAD METÓD KONŠTRUKCIE MRIEŽKY....................................................
IV.2. S VYTVORENIE SÚBORU GRID..............................................................
IV.3. S ŽEHLENIE SIEŤKY............................................................................
IV.3.A. Spline vyhladzovanie................................................................ ...............
IV.3.B. Dolnopriepustné priestorové filtrovanie................................................
IV.4. P KONŠTRUKCIA MRIEŽKY FUNKCIOU.........................................................
IV.5. M ATEMATICKÉ PREMENY...................................................
IV.6. M ATEMATICKÝ POČET..........................................................
IV.7. B MESH LANDING.........................................................................
IV.8. P KONŠTRUKCIA PROFILOVÝCH línií..............................................................
V. APLIKÁCIE............................................................ ....................................................................
V.1. PREVÁDZKA ................................................. .................................................................... ..........
V.1.A. Aritmetické operácie ................................................................ ........
V.1.B. Logické operácie ................................................................ ...............
V.2. S ŠTANDARDNÉ FUNKCIE........................................................................
V.2.A. Matematické funkcie ................................................ ...............
V.2.B. Sekundárne funkcie ................................................ ........
V.2.C. Štatistické funkcie ................................................ ...............
V.3. P PRÍKLADY POUŽITIA FUNKCIÍ....................................................

ÚVOD

Geografický informačný systém Golden Software Surfer 8 je v súčasnosti priemyselným štandardom pre vykresľovanie funkcií dvoch premenných. Existuje len málo firiem v geofyzikálnom priemysle, ktoré nepoužívajú Surfer vo svojej každodennej mapovacej praxi. Obzvlášť často sa pomocou Surfera vytvárajú mapy v izolíniách (vrstevné mapy).

Neprekonateľnou výhodou programu sú v ňom zabudované interpolačné algoritmy, ktoré vám umožňujú vytvárať digitálne modely povrchov s najvyššou kvalitou pomocou údajov nerovnomerne rozložených v priestore. Najčastejšie používaná metóda Kriege je ideálna na prezentáciu údajov vo všetkých geovedách.

O tomto programe však neexistuje žiadna literatúra a je v ňom napísaná vstavaná nápoveda Surfer anglický jazyk. V tomto smere si to väčšina používateľov osvojí sama, metódou pokus-omyl. Tento prístup vám neumožňuje zoznámiť sa na dostatočnej úrovni s polovicou všetkých možností programu.

Potreba napísať plnohodnotnú, no kompaktnú príručku o Surferovi pre študentov geofyziky je už dlho veľmi naliehavá. Navrhovaná práca je pokusom vyplniť vákuum, ktoré je v súčasnosti pozorované okolo Surfera.

Príručka obsahuje teoretický materiál potrebný na zvládnutie programu, ako aj praktické úlohy na nezávislú realizáciu.

Autor ďakuje študentom geofyziky Geologickej fakulty Voronežskej štátnej univerzity (2002–2003), ktorí si príručku vyskúšali z vlastnej skúsenosti a pomohli jej pohodlnejšie používanie: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrievtseva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrniková, T.N. Trepalina, T.A. Chebotarev, S.P. Shatskikh, rovnako ako T.B. Silkinovi za pomoc pri príprave publikácie.

ZÁKLADNÉ POJMY

Malá americká spoločnosť Golden Software, pomenovaná podľa mesta Golden v Colorade, kde sa nachádza, existuje od roku 1983 a vyvíja vedecké grafické balíčky. Jeho prvý softvérový produkt, Golden Graphics System, vydaný v tom istom roku, bol navrhnutý na spracovanie a zobrazovanie obrázkov súborov údajov opísaných dvojrozmernou funkciou ako z = f (y, x). Následne sa tento balík nazýval Surfer. Autor knihy Surfer a zakladateľ spoločnosti bol vyštudovaný študent hydrogeológ na americkej univerzite.

Napriek pomerne silnej konkurencii sú programy Golden Software (predovšetkým Surfer) naďalej veľmi populárne tak v USA, ako aj v iných krajinách. Odkazy na ne sú dostupné takmer v každej vedeckej publikácii alebo softvérovom produkte týkajúcom sa numerického modelovania a spracovania experimentálnych údajov.

Logika práce s balíkom môže byť reprezentovaná vo forme troch hlavných funkčných blokov:

1) konštrukcia digitálneho modelu povrchu;

2) pomocné operácie s digitálnymi modelmi povrchu;

3) povrchová vizualizácia.

Digitálny model povrchu je tradične reprezentovaný ako hodnoty v uzloch pravouhlej pravidelnej mriežky, ktorej diskrétnosť je určená v závislosti od konkrétneho riešeného problému. Na ukladanie takýchto hodnôt používa Surfer svoje vlastné súbory GRD (binárny alebo textový formát), ktoré sa už dlho stali štandardom pre balíky matematického modelovania.

Existujú tri možnosti získania hodnôt v uzloch mriežky:

1) podľa počiatočných údajov špecifikovaných v ľubovoľných bodoch oblasti (v uzloch nepravidelnej mriežky) pomocou interpolačných algoritmov pre dvojrozmerné funkcie;

2) výpočet hodnôt funkcie výslovne špecifikovaných používateľom. Program Surfer obsahuje pomerne širokú škálu funkcií - trigonometrické, Besselove, exponenciálne, štatistické a niektoré ďalšie;

3) prechod z jednej pravidelnej mriežky na druhú, napríklad pri zmene diskrétnosti mriežky (tu sa spravidla používajú pomerne jednoduché interpolačné a vyhladzovacie algoritmy, pretože sa predpokladá, že prechod sa vykonáva z jedného hladkého povrchu na druhý) .

Okrem toho, samozrejme, môžete použiť hotový digitálny model povrchu, ktorý používateľ získal napríklad ako výsledok numerického modelovania.

Balík Surfer ponúka svojim používateľom niekoľko interpolačných algoritmov: Kriging, Obrátený stupeň vzdialenosti(Inverzne

Vzdialenosť od mocniny), minimálne zakrivenie, polomer

Radiálne bázové funkcie, polynomická regresia, modifikovaná Shepardova metóda, triangulácia ) atď. Výpočet bežnej mriežky možno vykonať pre súbory množín údajov X, Y, Z ľubovoľnej veľkosti a samotná mriežka môže mať rozmery 10 000 x 10 000 uzlov.

Zároveň sa poskytuje dostatok príležitostí na ovládanie interpolačných metód zo strany používateľa. Najmä geoštatistická metóda Krige, najpopulárnejšia pri spracovaní experimentálnych údajov, zahŕňa možnosť použitia rôznych modelov variogramov s použitím variácie algoritmu s driftom a tiež zohľadnenia anizotropie. Pri výpočte povrchu a jeho obrazu môžete tiež nastaviť hranicu územia ľubovoľnej konfigurácie.

Surfer implementuje veľkú sadu ďalších nástrojov na transformáciu povrchov a rôzne operácie s nimi:

– výpočet objemu medzi dvoma povrchmi;

– prechod z jednej pravidelnej mriežky do druhej;

– transformácia povrchu pomocou matematických operácií s maticami;

– povrchová disekcia (výpočet profilu);

– výpočet plochy povrchu;

– vyhladzovanie povrchov pomocou matricových alebo spline metód;

– konverzia formátu súboru;

– množstvo ďalších funkcií.

Pri konštrukcii povrchu je práca Surfera založená na nasledujúcich princípoch:

1) získanie obrazu prekrytím niekoľkých priehľadných

A nepriehľadné grafické vrstvy;

2) import hotových obrázkov vrátane obrázkov získaných v iných aplikáciách;

3) pomocou špeciálnych nástrojov na kreslenie, ako aj nanášaním textové informácie a vzorce na vytváranie nových a úpravu starých obrázkov.

IN Surfer používa nasledujúce typy máp ako hlavné prvky obrazu.

1. Obrysová mapa ( Obrysová mapa). Okrem bežných prostriedkov ovládania zobrazovacích režimov izolínií, osí, rámikov, značiek, legiend a pod., je možné vytvárať mapy pomocou farebnej výplne alebo rôznych vzorov jednotlivých zón. Okrem toho je možné plochý obrázok mapy otáčať a nakláňať a je možné použiť nezávislé škálovanie pozdĺž osi X a Y.

2. Trojrozmerný obraz povrchu: Drôtová mapa (drôtová mapa), povrchová mapa ( trojrozmerný povrch). Na použitie takýchto kariet

Existujú rôzne typy projekcie a obraz je možné otáčať a nakláňať pomocou jednoduchého grafického rozhrania. Môžete na ne tiež kresliť čiary rezu a izočiary, nastaviť nezávislé škálovanie pozdĺž osí X, Y, Z a vyplniť jednotlivé sieťové prvky povrchu farbou alebo vzorom.

3. Mapa zdrojových údajov ( Mapa príspevku). Tieto mapy sa používajú na zobrazenie údajov o bodoch vo forme špeciálnych symbolov a textových označení k nim. V tomto prípade, ak chcete zobraziť číselnú hodnotu v bode, môžete ovládať veľkosť symbolu (lineárna alebo kvadratická závislosť) alebo použiť rôzne symboly v súlade s rozsahom údajov. Konštrukciu jednej mapy je možné vykonať pomocou niekoľkých súborov.

4. Základná mapa. Môže to byť takmer akýkoľvek plochý obrázok získaný importovaním súborov z rôznych grafických prvkov

fyzické formáty: AutoCAD [.DXF], metasúbor Windows [.WMF], bitmapová grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] a niektoré ďalšie. Tieto mapy je možné použiť nielen na jednoduché zobrazenie obrázku, ale napríklad aj na zobrazenie niektorých oblastí ako prázdnych.

Pomocou rôznych možností prekrývania týchto hlavných typov máp a ich rôzneho umiestnenia na jednej stránke môžete získať rôzne možnosti na znázornenie zložitých objektov a procesov.

IN Najmä je veľmi jednoduché získať rôzne možnosti pre komplexné mapy s kombinovaným obrazom rozloženia niekoľkých parametrov naraz. Všetky typy máp môže používateľ upravovať pomocou vstavaných nástrojov na kreslenie samotného Surfera.

Výsledné grafické obrázky je možné vytlačiť na akékoľvek tlačové zariadenie podporované systémom Windows. Obojsmernú výmenu údajov a grafiky s inými aplikáciami Windows je možné vykonávať aj prostredníctvom schránky Windows.

I. ZÁKLADY PRÁCE SO SURFEROM

I.1. Prvé spustenie Surferu

Po prvom spustení Surfera by ste sa mali uistiť, že jednotky merania vzdialeností a veľkostí vo vnútri Surfer sú nastavené na obvyklé centimetre, a nie na predvolené palce. Ak to chcete urobiť, spustite príkaz Súbor/Predvoľby. Tým sa otvorí dialógové okno Predvoľby. Toto okno má 4 karty. Mali by ste prejsť na kartu Kreslenie (obrázok I.1). V skupine Jednotky stránky ( Jednotky merania na strane) je potrebné označiť položku Centimetre (Centimetre).

Ak chcete použiť vybraný parameter, kliknite na tlačidlo.

I.2. Režim vykresľovania dokumentu

Hlavné okno Surfer je znázornené na obr. I.2. Pri prvom spustení Surfer sa automaticky vytvorí nový. prázdne okno dokument-zápletka Zápletka1 . Okno dokumentu plotu je pracovný priestor, v ktorom môžete vytvárať súbory mriežky a mapy, sprevádzať ich popismi a jednoduchými grafické objekty(polygóny, obdĺžniky, elipsy, symboly atď.).

Ryža. I.1. Dialógové okno Predvoľby (Výkres). Kreslenie Tab

Hlavná ponuka tohto okna obsahuje nasledujúce položky:

Upraviť	– príkazy pre prácu so schránkou a pomocnými kódmi
	príkazy na úpravu objektov;
	- príkazy, ktoré ovládajú vzhľad aktuálne okno
Kresliť	dokument;
Kresliť	– príkazy na vytváranie textových blokov, polygónov, polyli-
Usporiadať	symboly a čísla;
Usporiadať	– príkazy, ktoré riadia poradie a orientáciu predmetov;

Mriežka	– príkazy na vytváranie a úpravu súborov mriežky;
Mapa	– príkazy na vytváranie a úpravu máp;
okno	– príkazy na správu podradených okien;
Pomoc	– poskytuje prístup k help desku.

Ryža. I.2. Zobrazenie okna surfera pri prvom spustení v režime plť dokladov: 1 – hlavička s názvom plti dokladov; 2 – hlavné menu; panely nástrojov: 3 – „hlavný“ (Hlavný), 4 – „výkres“ (Výkres), 5 – „mapa“ (Mapa); ovládacie pravítka (Rulers): 6 – horizontálne,

7 - vertikálne; 8 – tlačená strana; 9 – netlačiaci pracovný priestor; posuvníky: 10 – vertikálne, 11 – horizontálne; 12 – stavový riadok;

13 – objektový manažér (Object Manager)