Ustvarjanje površine v obliki gobe v surferju. Surfer paket - obdelava in vizualizacija dvodimenzionalnih funkcij. Izdelava digitalnega modela površine

GEOLOŠKI PRESEK

Geološki odsek - navpični odsek zemeljske skorje od površine do globine. Geološki odseki so sestavljeni na podlagi geoloških kart, geoloških opazovanj in rudarskih podatkov (vključno z vrtinami), geofizikalnih raziskav itd. Geološki odseki so usmerjeni predvsem čez ali vzdolž proge geoloških struktur vzdolž ravnih ali lomljenih črt, ki potekajo ob prisotnosti globokih referenčnih vrtin skozi te vodnjake. Na geološke prereze vplivajo pogoji pojavljanja, starost in sestava kamnin. Horizontalno in vertikalno merilo geoloških prerezov običajno ustreza merilu geološke karte. Pri načrtovanju rudarskih podjetij in inženirsko-geoloških raziskavah se zaradi neprimerljivosti debeline ohlapnih sedimentov in dolžine profilov njihov navpični obseg poveča v primerjavi z vodoravnim za desetine ali večkrat.

DESKAR V GEOLOGIJI

Geografski informacijski sistem Golden Software Surfer je zdaj industrijski standard za risanje funkcij dveh spremenljivk. Malo je podjetij v geološki industriji, ki Surferja ne uporabljajo v vsakodnevni praksi kartiranja. Še posebej pogosto se z uporabo Surferja zemljevidi ustvarjajo v izolinijah (konturni zemljevidi).

Neprekosljiva prednost programa so vanj vgrajeni interpolacijski algoritmi, ki omogočajo najvišja kakovost ustvarjanje digitalnih površinskih modelov z uporabo podatkov, ki so neenakomerno porazdeljeni v prostoru. Najpogosteje uporabljena metoda, Kriging, je idealna za predstavljanje podatkov v vseh geoznanostih.

Logika dela s paketom je lahko predstavljena v obliki treh glavnih funkcionalnih blokov:

· 1. Izdelava digitalnega modela površja;
· 2. Pomožne operacije z digitalnimi modeli površin;
· 3. Vizualizacija površine.

Digitalno površinski model tradicionalno predstavljen v obliki vrednosti v vozliščih pravokotne pravilne mreže, katere diskretnost je določena glede na specifičen problem, ki ga rešujemo. Surfer za shranjevanje takšnih vrednosti uporablja lastne datoteke GRD (binarni ali besedilni format), ki so že dolgo postale standard za pakete za matematično modeliranje.

Obstajajo tri možnosti za pridobivanje vrednosti na vozliščih mreže:

· 1) na podlagi začetnih podatkov, določenih na poljubnih točkah regije (na vozliščih nepravilne mreže), z uporabo interpolacijskih algoritmov za dvodimenzionalne funkcije;
· 2) izračun vrednosti funkcije, ki jo izrecno določi uporabnik. del Surferski programi vključuje precej širok spekter funkcij - trigonometrične, Besselove, eksponentne, statistične in nekatere druge;
· 3) prehod iz ene redne mreže v drugo, na primer pri spreminjanju diskretnosti mreže (tukaj se praviloma uporabljajo dokaj preprosti algoritmi interpolacije in glajenja, saj se domneva, da se prehod izvaja z ene gladke površine drugemu).

Poleg tega lahko seveda uporabite že pripravljen digitalni model površine, ki ga pridobi uporabnik, na primer kot rezultat numeričnega modeliranja.

Surfer svojim uporabnikom ponuja več interpolacijskih algoritmov: Kriging, Inverzna razdalja do potence, Minimalna ukrivljenost, Radialne osnovne funkcije, Polinomska regresija, Modificirana Shepardova metoda (Modificirana Shepardova metoda), Triangulacija itd. Izračun pravilne mreže je mogoče izvesti za X , Y, Z datoteke nabora podatkov poljubne velikosti, sama mreža pa ima lahko dimenzije 10.000 krat 10.000 vozlišč.

Surfer kot glavne vizualne elemente uporablja naslednje vrste zemljevidov:

· 1. Konturna karta. Poleg običajnih sredstev za nadzor načinov prikaza izolinij, osi, okvirjev, oznak, legend itd., je mogoče izdelati zemljevide z barvnim polnjenjem ali različnimi vzorci posameznih con. Poleg tega je mogoče ravno sliko zemljevida vrteti in nagibati ter uporabiti neodvisno skaliranje vzdolž osi X in Y.
· 2. Tridimenzionalna slika površine: Wireframe Map (okvirna karta), Surface Map (tridimenzionalna površina). Za takšne kartice se uporabljajo Različne vrste projekcijo, sliko pa je mogoče obračati in nagibati s pomočjo preprostega grafičnega vmesnika. Na njih lahko narišete tudi izrezane črte in izolinije, nastavite neodvisno skaliranje vzdolž osi X, Y, Z in zapolnite posamezne mrežne elemente površine z barvo ali vzorcem.
· 3. Zemljevidi začetnih podatkov (Post Map). Ti zemljevidi se uporabljajo za prikaz podatkov o točkah v obliki posebnih simbolov in besedilnih oznak zanje. V tem primeru lahko za prikaz numerične vrednosti na točki nadzirate velikost simbola (linearna ali kvadratna odvisnost) ali uporabite različne simbole glede na obseg podatkov. Izdelava ene karte se lahko izvede z uporabo več datotek.
· 4. Osnovni zemljevid. To je lahko skoraj vsaka ravna slika, pridobljena z uvozom datotek različnih grafičnih formatov: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] in nekateri drugi. Te kartice se lahko uporabljajo za več kot le preprosto slikovni izhod, temveč tudi na primer za prikaz nekaterih območij praznih.

Z uporabo različnih možnosti za prekrivanje teh glavnih vrst zemljevidov in njihove različne postavitve na eni strani lahko dobite različne možnosti za predstavitev kompleksnih predmetov in procesov. Zlasti je zelo enostavno pridobiti različne možnosti za kompleksne zemljevide s kombinirano sliko porazdelitve več parametrov hkrati. Vse vrste zemljevidov lahko uporabnik ureja z vgrajenimi orodji za risanje samega Surferja.

Metodologija za izdelavo strukturnih kart strehe (dna) naftonosne formacije in njenega geološkega odseka.

1. Zgradite na podlagi datoteke osnovni zemljevid v merilu 1 cm 1000 metrov.
2. Digitalizirati meje licenčnega območja.
3. Digitalizirajte vrtine in shranite datoteko »streha« v formatu DAT (stolpec A - zemljepisna dolžina, stolpec B - širina, stolpec C - globina strehe, stolpec D - številka vrtine, stolpec C - vrsta vrtine: proizvodnja s trimestno številka, ostalo - raziskovanje)
4. Digitalizirajte linijo profila. Shranite »profilno vrstico« v formatu BLN s prazno celico B1.
5. Ustvarite "Pregledni zemljevid licenčnega območja" s sloji - mejami, profilno linijo in vodnjaki z napisi.
6. Na pregledni zemljevid dodajte sloj »Strukturni zemljevid strehe formacije YuS2« - zglajen (s koeficientom 3 za dve koordinati), izolini vsakih 5 metrov (Priloga 1).
7. Ustvarite "Profil za streho formacije YUS2" - vodoravno merilo sovpada z merilom zemljevida, navpično merilo je 1 cm 5 metrov.

programska oprema za profile geoloških kart

Mihail Vladimirovič Morozov:
osebno spletno mesto

Matematični modeli (lekcija, zemljevid-2): Načela dela z Golden Software Surfer

No " Matematične metode modeliranja v geologiji"

Golden Software Surfer je vodilna svetovna programska oprema za gradnjo prostorskih modelov numeričnih spremenljivk, kot so geofizikalne ali geokemične vrednosti polja itd. To poglavje vam bo pomagalo začeti s programom in se izogibati tipične napake novinec.

VADITE

Uvod v program Surfer podjetja Golden Software

Namen programske opreme na kratko: zgraditi zemljevid numeričnega parametra v zahtevanem merilu (v kateri koli zunanji zasnovi - točke, izolinije, barvne gradacije, kot 3D površina, kot vektorsko polje) in ga urediti za predstavitev.

Česa program NE POČNE: Surfer je program za izdelavo digitalnih modelov površin v danem parametru. Ni primeren za "barvanje" ozemlja, tj. ustvariti zemljevid, ki prikazuje relativne položaje točk, črt in površinskih objektov, kot je risba (tj. geografski, politični in drugi podobni zemljevidi). Za izdelavo takih zemljevidov je potrebna druga programska oprema (ArcInfo, MapInfo itd.).

KAKŠEN JE SURFER? Programsko orodje je sestavljeno iz dveh delov: (1) matematični del- za ustvarjanje in analizo zemljevida površine - edinstven zmogljiv program, ki ima analoge (npr. Oaza); (2) oblikovalski del podoben vsakemu programu za ustvarjanje vektorske grafike, ki vam omogoča, da ustvarite črte in druge predmete ter jih nato posamično spremenite (vodilni v tem polju so Corel draw, Adobe Illustrator), kar zadeva risanje, je Surfer seveda slabši od posebnih grafičnih paketov, ker je ustvarjen kot carto grafično programsko opremo, ne samo grafiko

Zaženimo program Surfer in se seznanimo z logiko njegovega delovanja.

Projektna datoteka Surfer (končnica *.SRF) je sestavljena iz nabora postavljenih predmetov na tiskanem listu(privzeta velikost A4, njeni obrisi so prikazani v oknu Surfer). Predmete je mogoče izbrati z miško, operacije, ki se izvajajo na njih, pa so podobne običajnim dejanjem v programu za vektorsko grafiko (skaliranje, premikanje, spreminjanje lastnosti). Posamezni objekti so lahko del skupin. Vsak zemljevid mora biti vključen v skupino Map type, ki ji je dodeljena koordinatna mreža, ki je skupna vsem objektom v tej skupini.

Upoštevajte: če preprosto narišete grafični predmet (črto, pravokotnik itd.), bo le-ta nameščen na natisnjenem listu, vendar ne bo imel sklicevanje na koordinate karto, četudi je na njej narisana, saj ne bo vezan na geografske koordinate. Če morate koordinatam pripeti črto ali mnogokotnik, morate z ukazom ustvariti objekt poti ("stroke") Osnovni zemljevid in ga nato dodajte v skupino zemljevidov ustreznega zemljevida.

IN zgornji levi kot Deskarsko okno se nahaja Upravitelj objektov , ki vam omogoča opazovanje vrstnega reda, v katerem so predmeti prikazani na zaslonu in pri tiskanju (v upravitelju si predmeti od zgoraj navzdol sledijo kot plasti oziroma blokirajo drug drugega, ko so prikazani na zaslonu ali natisnjenem listu).

Če želite PRAVILNO DELATI S PROJEKTOM, ne pozabite narediti naslednjega:

a) vsakemu predmetu (ki privzeto prejme abstraktno ime, kot je »Črta« ali »Zemljevid«) TAKOJ PO STVARANJU dajte jasno ime s klikom na ime z miško, na primer »Oris del 2013« - za oris ozemlja, “lgCu” - za zemljevid po logaritmih vsebine itd. V nasprotnem primeru vam zagotavljam, da bo število predmetov postalo tako veliko, neopaženi za vas, imena predmetov iste vrste pa bodo enaka, da boste v projektu popolnoma zmedeni.

b) Razporedite plasti v pravilnem vrstnem redu – tisti predmeti, ki bi morali biti prikazani na zaslonu ali natisnjeni na druge, morajo biti povlecite z miško na vrh seznama upravitelja objektov.

V) Vsaka nova karta, tudi če je zgrajen z uporabo skupne baze podatkov, je dodan projektu kot samostojni objekt, tudi če se ob ustvarjanju konča na istem mestu na listu. Z miško premaknite te karte se lahko premikajo in postavljajo drug ob drugem. Včasih je to potrebno - na primer za tiskanje zemljevidov drug poleg drugega v izolinijah, recimo za baker in cink. Toda če morate združiti zemljevide - na primer, na vrh zemljevida v izolinijah narisati točke na zemljevidu dejstev, je treba te zemljevide združiti v enega, tako da povlečete katerega koli od njih v skupino Zemljevid , kjer se nahaja druga kartica. Hkrati pa skupina Zemljevid prva kartica (če ni vključevala ničesar drugega) bo izginila in nova skupina Zemljevid bo vseboval dva zemljevida kot dve sosednji plasti. Predmet lahko povlečete z miško, ko se prikaže vodoravni puščični kazalec. V tem trenutku lahko spustite miško in predmet bo "pristal" na mestu, kamor je kazala puščica. Če povlečete predmet, kjer to ni dovoljeno, bo kazalec prevzel videz prepovedanega prometnega znaka.

d) Če nepotrebni predmeti motijo ogled (ali jih ne želite natisniti), počistite polje levo od imena predmeta in ta bo izginil. Tako priročno je spremeniti, da si zemljevid ogledate v izolinijah različne parametre, saj je naenkrat možno umakniti le enega.

IN spodnji levi kot Deskarsko okno se nahaja Upravitelj lastnosti objekta , če je neki objekt trenutno aktiven, tj. označeno z miško. Upravitelj lastnosti združuje v zavihke in skupine vse parametre objekta, ki jih je mogoče spremeniti, od geografske lokacije do koordinat do barve, črtne teksture itd. Poleg upravitelja lahko nekatere lastnosti urejate z uporabo nadzorne plošče Položaj/velikost(lokacija na listu glede na zgornji levi kot natisnjenega lista, višina in širina predmeta).

V meniju so zbrana kartografska orodja za ustvarjanje, spreminjanje in analiziranje površin Mreža. Njegovi ukazi vsebujejo celotno paleto orodij od urejevalnika preglednic do matematičnih modulov za ustvarjanje in obdelavo mrežnih datotek (»mreže« – datoteke v *.GRD formatu). Te zmožnosti in njihove najpomembnejše lastnosti so obravnavane v poglavjih "Ustvarjanje mrežne datoteke" in "Izbira matematičnega modela, kraiginga in variograma".

Glavna komponenta Surferja je nabor orodij za kartiranje, tj. ukazi za prikaz pripravljenih površin ("mreže"). Glavne so zbrane v meniju Zemljevid - Novo in delno podvojen v orodni vrstici Zemljevid.

Po potrebi vam Surfer omogoča zagon vgrajenega urejevalnik preglednic (meni Mreža - podatki). S tem ukazom lahko odprete datoteka Excel ali drugo preglednico in znova shranite podatke v Surferjevem izvirnem formatu *.DAT, ki je pravzaprav besedilna datoteka z ločili stolpcev. Seveda se vgrajeni urejevalnik ne more primerjati z zmožnostmi “lastniške” programske opreme za upravljanje preglednic, kot je npr. Microsoft Excel , OpenOffice Calc itd., zato ne priporočam uporabe. Za delo z datoteke DAT smiselno le v skrajnem primeru ali če so tabele izvornih podatkov že vnaprej pripravljene v formatu DAT. V tipični situaciji uporabnik dela s podatki, ustvarjenimi v preglednici v formatu *.XLS, ki jih neposredno obdelujejo vsi Surfer moduli za ustvarjanje površin in zemljevidov.

Omenimo pomembno orodne vrstice.

Orodna vrstica Pogled(Pogled) vsebuje gumbe za spreminjanje velikosti, s katerimi lahko priročno spreminjate velikost območja ogleda z enim klikom, kakor tudi spreminjate velikost in premikate predmete.

Orodna vrstica Zemljevid(Zemljevid) vsebuje vse glavne gumbe za ustvarjanje zemljevidov, ki pohitrijo vaše delo, saj... odpravlja potrebo po izbiri iz menija Zemljevid - Novo.

Za risanje so na plošči zbrana grafična orodja risanje(Risanje): Gumbi za vnos besedila, poligona, polilinije, simbola, standardnih oblik (pravokotnik, zaobljen pravokotnik, elipsa), gladke krivulje (tj. Bezierjeva krivulja na podlagi sidrnih točk) in orodje za urejanje sidrnih točk (podobno istemu orodju v Corel Draw in podobna programska oprema za vektorsko grafiko). Splošni obrazec vse plošče so prikazane na sliki na koncu strani.

Ne pozabite tudi konfigurirati merska enota: privzeto izberite centimetre namesto palcev (meni Orodja - Opcije, naslednji razdelek okolje - risanje, polje Enote strani).

In končno, najpomembnejša stvar: oblika končnega zemljevida. Ni skrivnost, da nimajo vsi programa Surfer pri roki, zato mora biti končna oblika kartice v skladu s splošno sprejeto obliko. V našem primeru bi bila najboljša možnost izvoz zemljevida v datoteko rastrska grafika format JPEG. Pred izvozom je treba preveriti zunanji videz projekta, se prepričati, da so plasti pravilno postavljene, v upravitelju objektov izključiti nepotrebne plasti in ne pozabiti napisati vseh potrebnih naslovov in komentarjev. Nato izberite vse predmete in jih združite (to ni nujno, nikakor pa ni škodljivo za zaščito pred naključnimi premiki predmetov relativno drug na drugega). Izvoz se izvede prek menija Datoteka – izvoz, s pritiskom na Ctrl+E ali z uporabo posebnega gumba v orodni vrstici. Surfer privzeto ponuja izvoz v format *.BLN, spremenite ga v *.JPG. V naslednjem oknu lahko uredimo ločljivost končne slike (privzeto je 300 dpi, pogosto je primerna 200 dpi, kar prihrani velikost datoteke). V oknu Izvozne možnosti je zavihek Možnosti JPEG, kjer lahko izberete želeno stopnjo stiskanja (ne odnesite se in preveč stisnite slike, preverite kakovost rezultata na primeru najmanjših napisov in ikon). To je vse!

Ministrstvo za izobraževanje in znanost Ruska federacija

TEČAJNO DELO

Izdelava digitalnih modelov višin na osnovi radarskih topografskih podatkov SRTM

Saratov 2011

Uvod

Koncept digitalnih modelov višin (DEM)

1 Zgodovina nastanka DEM

2 Vrste DEM

3 Metode in metode za izdelavo DEM

4 Nacionalni in globalni DEM

Geodetski radarski topografski podatki (SRTM)

1 Različice in nomenklatura podatkov

2 Ocenjevanje točnosti podatkov SRTM

3 Uporaba podatkov SRTM za reševanje uporabnih problemov

Uporaba SRTM pri ustvarjanju geoslik (na primeru regij Saratov in Engel)

1 Koncept geoslik

2 Izdelava digitalnega modela reliefa za ozemlje Saratovske in Engelske regije

Zaključek

Uvod

Digitalni modeli višin (DEM) so ena od pomembnih funkcij modeliranja geografskih informacijskih sistemov, ki vključuje dve skupini operacij, od katerih prva služi reševanju problemov ustvarjanja modela reliefa, druga pa njegovi uporabi.

Ta vrsta izdelek je popolnoma tridimenzionalni prikaz realnega terena v času geodetskih del, kar omogoča njegovo uporabo za reševanje različnih aplikativnih problemov, na primer: določanje poljubnega geometrijski parametri relief, konstrukcija prečnih profilov; izvajanje projektantskih in geodetskih del; spremljanje dinamike terena; izračun geometrijskih značilnosti (območje, dolžina, obod) ob upoštevanju reliefa za potrebe arhitekture in urbanizma; inženirske raziskave, kartografija, navigacija; izračun strmine pobočij, spremljanje in napovedovanje geoloških in hidroloških procesov; izračun svetlobnih in vetrovnih pogojev za arhitekturo in urbanistično načrtovanje, inženirske raziskave, okoljski nadzor; gradnja vidnih območij za telekomunikacijska in mobilna podjetja, arhitekturo in urbanistično načrtovanje. Poleg tega se DEM široko uporabljajo za vizualizacijo ozemelj v obliki tridimenzionalnih slik, s čimer nudijo priložnost za izdelavo virtualnih modelov terena (VTM).

Relevantnost teme tečaja je posledica potrebe geografskih raziskav po uporabi reliefnih podatkov v digitalni obliki zaradi vse večje vloge geografskih informacijskih tehnologij pri reševanju različnih problemov, potrebe po izboljšanju kakovosti in učinkovitosti metod za ustvarjanje in uporabo digitalnih modelov višin (DEM) ter zagotavljanje zanesljivosti izdelanih modelov.

Tradicionalni viri začetnih podatkov za izdelavo DEM zemlje so topografske karte, podatki daljinskega zaznavanja (RSD), podatki satelitskih sistemov za določanje položaja, geodetska dela; podatki geodetskih in ehosondiranja, materiali fototeodolitskih in radarskih raziskav.

Trenutno so nekatere razvite države ustvarile nacionalne DEM, na primer v ZDA, Kanadi, na Danskem, v Izraelu in drugih državah. Na ozemlju Ruske federacije trenutno ni javno dostopnih podatkov podobne kakovosti.

Alternativni vir podatkov o nadmorski višini so prosto dostopni podatki SRTM (Shuttle radar topographic mission), ki so na voljo po večini sveta pri ločljivosti modela 90 m.

Namen tega dela je preučiti alternativni vir višinskih podatkov - podatke radarskega raziskovanja Zemlje - SRTM ter metode njihove obdelave.

V okviru tega cilja je potrebno rešiti naslednje naloge:

pridobiti teoretično razumevanje koncepta, vrst in načinov izdelave DEM, preučiti potrebne podatke za izgradnjo DEM, izpostaviti najbolj obetavna področja uporabe teh modelov za reševanje različnih aplikativnih problemov;

identificirati vire podatkov SRTM, identificirati tehnične lastnosti, raziščite možnosti dostopa do podatkov SRTM

prikažejo možne uporabe te vrste podatkov.

Za pisanje naloge so bili uporabljeni naslednji viri: učni pripomočki o geoinformatiki in daljinskem zaznavanju, periodični tisk, elektronski viri na internetu.

1. Koncept digitalnih modelov višin (DEM)

Ena od pomembnih prednosti tehnologij geografskih informacijskih sistemov pred običajnimi »papirnatimi« kartografskimi metodami je zmožnost ustvarjanja prostorskih modelov v treh dimenzijah. Glavne koordinate za takšne GIS modele bodo poleg običajne zemljepisne širine in dolžine služile tudi kot podatek o višini. Poleg tega lahko sistem deluje z desetinami in stotisočimi višinskimi oznakami in ne z enotami in deseticami, kar je bilo mogoče tudi pri uporabi »papirnatih« kartografskih metod. Zaradi razpoložljivosti hitre računalniške obdelave ogromnih nizov višinskih podatkov je naloga izdelave čim bolj realističnega digitalnega modela višin (DEM) postala izvedljiva.

Digitalni model višine običajno razumemo kot sredstvo za digitalno predstavitev tridimenzionalnih prostorskih objektov (površin ali reliefov) v obliki tridimenzionalnih podatkov, ki tvorijo niz višinskih oznak (globinskih oznak) in drugih vrednosti koordinat Z, na vozliščih pravilne ali neprekinjene mreže ali niza zapisov plastnic (izohipsa, izobata) ali drugih izolinij. DEM je posebna vrsta tridimenzionalnih matematičnih modelov, ki predstavljajo relief tako realnih kot abstraktnih površin.

1 Zgodovina nastanka DEM

Podoba reliefa že dolgo zanima ljudi. Na najstarejših zemljevidih so bile velike reliefne oblike prikazane kot sestavni del pokrajine in kot element orientacije. Prvi način prikazovanja reliefa so bili perspektivni znaki, ki so prikazovali gore in hribe; Vendar pa se je od osemnajstega stoletja začel aktiven razvoj novih, vse bolj zapletenih metod. Perspektivna metoda s črtno risbo je prikazana na zemljevidu Pirenejskega gorovja (1730). Barva je bila prvič uporabljena za oblikovanje plastičnega reliefa v Atlasu pohoda ruskih čet v Švico (1799). Prvi poskusi izdelave DEM segajo v najzgodnejše faze razvoja geoinformatike in avtomatizirane kartografije v prvo polovico 60. let 20. stoletja Eden prvih digitalnih modelov reliefa je bil izdelan leta 1961 na Oddelku za kartografijo Vojaške inženirske akademije. Kasneje so bile razvite metode in algoritmi za reševanje različnih problemov, močni programsko opremo modeliranja, velike nacionalne in globalne zbirke podatkov o reliefu, so se nabrale izkušnje pri reševanju različnih znanstvenih in uporabnih problemov z njihovo pomočjo. Velik razvoj je dobila predvsem uporaba DEM za vojaške naloge.

2 Vrste DEM

Najpogosteje uporabljeni prikazi površin v GIS so rastrski in TIN modeli. Na podlagi teh dveh predstavnikov sta zgodovinsko nastala dva alternativni modeli DEM: temeljijo na čisto pravilnih (matričnih) prikazih reliefnega polja z višinskimi oznakami in strukturnimi, katerih ena najbolj razvitih oblik so modeli, ki temeljijo na strukturno-jezikovnem prikazu.

Rastrski reliefni model - predvideva razdelitev prostora na nadaljnje nedeljive elemente (piksle), ki tvorijo matriko višin - pravilno mrežo višinskih oznak. Podobne digitalne modele višin ustvarjajo nacionalne kartografske službe v mnogih državah. Pravilna mreža višin je mreža z enakimi pravokotniki ali kvadrati, kjer so oglišča teh likov vozlišča mreže (slika 1-3).

riž. 1.2.1 Povečan fragment modela reliefa, ki prikazuje rastrsko strukturo modela.

riž. 1.2.2 Prikaz pravilnega modela mreže višin na ravnini.

riž. 1.2.3. Tridimenzionalni reliefni model okolice vasi. Kommunar (Hakasija), zgrajen na podlagi pravilne mreže višin /1/

Eden prvih programskih paketov, ki je implementiral možnost večkratnega vnosa različnih plasti rastrskih celic, je bil paket GRID (v prevodu iz angleščine - mreža, mreža, mreža), ki je nastal v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja. v Laboratoriju za računalniško grafiko in prostorsko analizo Harvard (ZDA). V sodobnem, zelo razširjenem GIS paketu ArcGIS se rastrski prostorski podatkovni model imenuje tudi GRID. V drugem priljubljenem programu za izračun DEM - Surfer se pravilna mreža višin imenuje tudi GRID, datoteke takšne DEM so v formatu GRD, izračun takšnega modela pa se imenuje Gridding.

Pri izdelavi pravilne mreže višin (GRID) je zelo pomembno upoštevati gostoto mreže (grid pitch), ki določa njeno prostorsko ločljivost. Manjši kot je izbrani korak, bolj natančen je DEM – višja je prostorska ločljivost modela, a bolj večja količina vozlišča mreže, zato je za izračun DEM potrebno več časa in več prostora na disku. Na primer, ko se korak mreže zmanjša za faktor 2, se količina računalniškega pomnilnika, potrebnega za shranjevanje modela, poveča za faktor 4. Iz tega sledi, da moramo najti ravnotežje. Na primer, standard DEM ameriškega geološkega zavoda, razvit za nacionalno banko digitalnih kartografskih podatkov, določa digitalni model višin kot redni niz višinskih oznak na vozliščih mreže 30 x 30 m za zemljevid v merilu 1 : 24 000. Z interpolacijo, aproksimacijo, glajenjem in druge transformacije v Rastrski model lahko vsebuje DEM vseh drugih vrst.

Med nepravilnimi mrežami je najpogosteje uporabljena trikotna mreža nepravilnih oblik - model TIN. Razvit je bil v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. kot preprost način konstruiranja površin na podlagi niza neenakomerno razporejenih točk. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja Ustvarjenih je bilo več različic tega sistema in komercialni sistemi, ki temeljijo na TIN, so se začeli pojavljati v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. kot programski paketi za konstruiranje plastnic. Model TIN se uporablja za digitalno modeliranje terena, pri čemer vozlišča in robovi trikotne mreže ustrezajo izvirnim in izpeljanim atributom digitalnega modela. Pri izdelavi modela TIN so diskretno locirane točke povezane s črtami, ki tvorijo trikotnike (slika 4).

riž. 1.2.4. Pogoj Delaunayeve triangulacije.

Znotraj vsakega trikotnika modela TIN je površina običajno predstavljena kot ravnina. Ker je površina vsakega trikotnika določena z višinami njegovih treh oglišč, uporaba trikotnikov zagotavlja, da se vsak odsek površine mozaika natančno prilega sosednjim odsekom.

Slika 1.2.5. Tridimenzionalni model reliefa, zgrajen na osnovi nepravilne triangulacijske mreže (TIN).

S tem je zagotovljena kontinuiteta površine z nepravilno razporeditvijo točk (Slika 5-6).

riž. 1.2.6. Povečan fragment modela reliefa na sl. 5, ki prikazuje trikotno strukturo modela TIN.

Glavna metoda za izračun TIN je Delaunayeva triangulacija, ker V primerjavi z drugimi metodami ima najprimernejše lastnosti za digitalni model reliefa: ima najmanjši indeks harmoničnosti kot vsoto indeksov harmoničnosti vsakega od tvornih trikotnikov (bližina enakokotne triangulacije), lastnost največjega najmanjšega kota (najmanjši kot). (največja nedegeneriranost trikotnikov) in najmanjša površina oblikovane poliedrske površine.

Ker sta tako model GRID kot model TIN postala razširjena v geografskem informacijski sistemi in jih podpira veliko vrst programsko opremo GIS, morate poznati prednosti in slabosti vsakega modela, da izberete pravi format za shranjevanje podatkov o terenu. Prednosti modela GRID so preprostost in hitrost njegove računalniške obdelave, kar je povezano z rastrsko naravo samega modela. Izhodne naprave, kot so monitorji, tiskalniki, risalniki itd., uporabljajo nize pik, tj. za ustvarjanje slik. imajo tudi rastrski format. Zato se slike GRID enostavno in hitro oddajo v takšne naprave, saj lahko računalniki enostavno izvedejo izračune za predstavitev posameznih kvadratov pravilne mreže višin z uporabo točk ali video pikslov izhodnih naprav.

Zahvaljujoč svoji rastrski strukturi vam model GRID omogoča, da "zgladite" modelirano površino in se izognete ostrim robom in izboklinam. Toda to je tudi "minus" modela, ker Pri modeliranju reliefa gorskih območij (zlasti mladih - na primer alpskega zlaganja) z obilico strmih pobočij in koničastih vrhov je možna izguba in "zamegljenost" strukturnih linij reliefa in izkrivljanje celotne slike. IN podobnih primerih potrebno je povečanje prostorske ločljivosti modela (naklon višinske mreže), kar je polno močnega povečanja količine računalniškega pomnilnika, potrebnega za shranjevanje DEM. Na splošno modeli GRID zavzamejo več prostora na disku kot modeli TIN. Za pospešitev prikaza obsežnih digitalnih modelov reliefa se uporabljajo različne metode, med katerimi je najbolj priljubljena gradnja tako imenovanih piramidalnih plasti, ki omogočajo uporabo različnih ravni podrobnosti slike v različnih merilih. Tako je model GRID idealen za prikazovanje geografskih (geoloških) objektov ali pojavov, katerih lastnosti se v prostoru gladko spreminjajo (relief ravninskih območij, temperatura zraka, atmosferski tlak, tlak v naftnem rezervoarju itd.). Kot je navedeno zgoraj, se pomanjkljivosti modela GRID kažejo pri modeliranju reliefa mladih gorskih formacij. Še posebej neugodna situacija z uporabo pravilne mreže višin se razvije, če se na modeliranem območju izmenjujejo obsežna izravnana območja z območji polic in pečin, ki imajo ostre spremembe višine, kot na primer v široko razvitih dolinah velikih nižinskih rek ( Slika 7). V tem primeru bo na večini simuliranega ozemlja prišlo do "odvečnosti" informacij, ker Vozlišča mreže GRID na ravnih površinah bodo imela enake višinske vrednosti. Toda na območjih strmih reliefnih polic je lahko velikost koraka višinske mreže prevelika, zato je lahko prostorska ločljivost modela nezadostna za prenos "plastičnosti" reliefa.

riž. 1.2.7. Fragment tridimenzionalnega modela reliefa doline Tom (rdeča puščica prikazuje rob druge nadpoplavne terase na levem bregu, visok rob na desnem bregu je pobočje medrečne ravnice). Navpično merilo je petkrat večje od vodoravnega.

Model TIN nima takšnih pomanjkljivosti. Ker je uporabljena nepravilna mreža trikotnikov, so ravna območja modelirana z majhnim številom ogromnih trikotnikov, na območjih strmih robov, kjer je treba podrobno prikazati vse robove reliefa, pa je površina prikazana s številnimi majhnimi trikotniki (slika 8). To vam omogoča učinkovitejšo uporabo pomnilnika RAM in trajnega pomnilnika računalnika za shranjevanje modela.

riž. 1.2.8. Nepravilna mreža trikotnikov.

Med "slabostmi" TIN je visok strošek računalniških virov za obdelavo modela, ki bistveno upočasni prikaz DEM na zaslonu monitorja in tiskanje, ker to zahteva rastrizacijo. Ena od rešitev tega problema bi bila uvedba "hibridnih" modelov, ki združujejo prelomne črte TIN in običajni način prikaza nastavljenih točk. Druga pomembna pomanjkljivost modela TIN je "učinek terase", izražen v pojavu tako imenovanih "psevdotrikotnikov" - ravnih območij v očitno nemogoči geomorfološki situaciji (na primer vzdolž spodnje črte dolin v obliki črke V) (slika 9).

Eden glavnih razlogov je majhna razdalja med točkami digitalnega zapisa kontur v primerjavi z razdaljami med samimi konturami, kar je značilno za večino tipov reliefa v njihovem kartografskem prikazu.

riž. 1.2.9. "Učinek terase" v dolinah majhnih rek, ki se pojavi pri ustvarjanju TIN na podlagi plastnic brez upoštevanja strukturnih linij reliefa (v tem primeru hidravličnega omrežja).

3 Metode in metode za izdelavo DEM

Odkar so se pojavili prvi zemljevidi, so se kartografi soočali s problemom prikaza tridimenzionalnega reliefa na dvodimenzionalni karti. Za to so bili preizkušeni različni načini. Na topografskih kartah in načrtih je bil relief upodobljen s konturnimi črtami - črtami enake višine. Na splošnih geografskih in fizičnih kartah so relief senčili (osenčili) ali pa so določeni višini terena dodelili barvo ustrezne tonalnosti (višinska lestvica). Trenutno, z advent digitalne kartice in načrte, povečanje uspešnosti računalniška oprema pojavijo se nove možnosti za predstavitev terena. Tridimenzionalna vizualizacija makete reliefa postaja vse bolj priljubljena, saj tudi strokovno neusposobljenim omogoča, da dobijo dokaj popolno sliko reliefa. Sodobne tehnologije tridimenzionalne vizualizacije vam omogočajo, da "pogledate" teren s katere koli točke v prostoru, iz katerega koli kota in tudi "preletite" teren.

Od razvoja informacijskih sistemov in tehnologij ter razvoja satelitske industrije so se pojavile različne metode in metode, ki omogočajo izdelavo DEM. Obstajata dva bistveno različna načina pridobivanja podatkov za izdelavo digitalnih modelov višin.

Prva metoda so metode daljinskega zaznavanja in fotogrametrija. Takšne metode za izdelavo DEM vključujejo metodo radarske interferometrije. Temelji na uporabi fazne komponente radarskega signala, ki se odbije od zemeljske površine. Natančnost rekonstrukcije DEM z interferometrično metodo je nekaj metrov in se spreminja glede na naravo terena in nivo šuma signala. Za gladko površino in kakovosten interferogram lahko natančnost rekonstrukcije reliefa doseže več deset centimetrov. Obstaja tudi metoda za stereoskopsko obdelavo radarskih podatkov. Za delovanje modula sta potrebna dva radarska posnetka, posneta pod različnimi koti snopa. Natančnost rekonstrukcije DEM s stereoskopsko metodo je odvisna od velikosti elementa prostorske ločljivosti slike. Tehnologija laserskega skeniranja v zraku (ALS) je najhitrejši, najbolj popoln in zanesljiv način za zbiranje prostorskih in geometrijskih informacij o težko dostopnih (mokriščih in gozdovih) območjih. Metoda zagotavlja natančne in podrobne podatke tako o terenu kot o situaciji. Danes tehnologija VLS omogoča hitro pridobitev popolnih prostorskih in geometrijskih informacij o terenu, vegetacijskem pokrovu, hidrografiji in vseh zemeljskih objektih na območju raziskovanja.

Druga metoda je izdelava reliefnih modelov z interpolacijo digitaliziranih izolinij iz topografskih kart. Tudi ta pristop ni nov; ima svoje prednosti in šibke strani. Slabosti vključujejo delovno intenzivnost in včasih nezadostno natančnost modeliranja. Toda kljub tem pomanjkljivostim lahko trdimo, da bodo digitalizirani topografski materiali še nekaj let ostali edini vir podatkov za takšno modeliranje.

4 Nacionalni in globalni DEM

Javna dostopnost podatkov in tehnologij za izdelavo DEM omogoča mnogim državam, da ustvarijo modele nacionalnega reliefa, ki se uporabljajo za osebne potrebe države, primeri takih držav so ZDA, Kanada, Izrael, Danska in nekatere druge države. Združene države so ene od vodilnih pri ustvarjanju in uporabi DEM. Trenutno državna državna služba za topografsko kartiranje, Geološki zavod ZDA, proizvaja pet nizov podatkov, ki predstavljajo format DEM (Digital Elevation Model) in se razlikujejo po tehnologiji, ločljivosti in prostorski pokritosti. Drug primer uspešne izkušnje nacionalne DEM je danska DEM. Prvi digitalni model nadmorske višine Danske je bil ustvarjen leta 1985, da bi rešil problem optimalne postavitve omrežnih prevajalnikov mobilne komunikacije. Digitalni modeli višin v obliki višinskih matric so vključeni v osnovne zbirke prostorskih podatkov skoraj vseh državnih in regionalnih SID (prostorskih informacijskih podatkov). Na sedanji stopnji tehnološkega razvoja naklon višinske mreže v nacionalnih DEM doseže 5 m, DEM s podobno prostorsko ločljivostjo pa so v celoti ali pa bodo pripravljene v bližnji prihodnosti za tako velika ozemlja, kot sta Evropska unija in ZDA. Smiselnost pri nas uveljavljene omejitve reliefnih detajlov se izgubi v razmerah, ko je na svetovnem trgu mogoče kupiti prosto distribuiran globalni DEM ASTGTM z razmikom višinske mreže približno 30 m (ena ločna sekunda). Poleg tega naj bi se ločljivost javno dostopnih DEM stalno povečevala. Kot možna začasna rešitev problema se predlaga ohranitev tajnosti najbolj podrobne osnovne DEM in prosto razširjanje manj podrobnih DEM, ustvarjenih na osnovi osnovne; postopno zmanjševanje praga zasebnosti DEM glede na natančnost prikaza reliefa in površine območja, ki ga pokriva.

2. Podatki SRTM

radarska topografska misija (SRTM) - Radarska topografska raziskava večine zemeljske oble, z izjemo najsevernejše (>60), najjužnejše zemljepisne širine (>54), kot tudi oceanov, izvedena v 11 dneh februarja 2000 z uporabo poseben radarski sistem, iz raketoplana za večkratno uporabo. Več kot 12 terabajtov podatkov sta zbrala dva radarska senzorja, SIR-C in X-SAR. V tem času je bilo z metodo, imenovano radarska interferometrija, zbranih ogromno informacij o topografiji Zemlje, njihova obdelava se nadaljuje še danes. Rezultat raziskave je bil digitalni model reliefa 85 odstotkov zemeljske površine (slika 9). Toda določena količina informacij je uporabnikom že na voljo. SRTM je mednarodni projekt, ki ga vodijo Nacionalna geoprostorska obveščevalna agencija (NGA), NASA, Italijanska vesoljska agencija (ASI) in Nemški vesoljski center.

riž. 2.1. Shema pokrivanja zemeljskega ozemlja s SRTM raziskavo.

1 Različice in nomenklatura podatkov

Podatki SRTM obstajajo v več različicah: preliminarni (verzija 1, 2003) in končni (verzija 2, februar 2005). Končna različica je bila dodatno obdelana, pri čemer so bile poudarjene obale in vodna telesa ter filtrirane napačne vrednosti. Podatki so razdeljeni v več različicah - mreža z velikostjo celice 1 kotne sekunde in 3 kotne sekunde. Natančnejši enosekundni podatki (SRTM1) so na voljo za Združene države; samo trisekundni podatki (SRTM3) so na voljo za ostalo zemeljsko površino. Podatkovne datoteke so matrika 1201 ´ 1201 (ali 3601 ´ 3601 za enosekundno različico) vrednosti, ki jih je mogoče uvoziti v različne programe za kartiranje in geografske informacijske sisteme. Poleg tega je na voljo različica 3, ki se distribuira kot datoteke ARC GRID, kot tudi format ARC ASCII in Geotiff, 5 kvadratov ´ 5 v datumu WGS84. Te podatke je CIAT pridobil iz izvirnih podatkov o nadmorski višini USGS/NASA z obdelavo za izdelavo gladkih topografskih površin ter interpolacijo območij, kjer izvirni podatki manjkajo.

Podatkovna nomenklatura je izdelana na ta način, ime podatkovnega kvadrata različic 1 in 2 ustreza koordinatam njegovega spodnjega levega kota, na primer: N45E136, kjer je N45 45 stopinj severne zemljepisne širine, E136 pa 136 stopinj vzhodne zemljepisne dolžine. , črki (n) in (e) v imenski datoteki označujeta severno oziroma vzhodno poloblo Ime podatkovnega kvadrata obdelane različice (CGIAR) ustreza številu kvadratov v razmerju 72 kvadratov vodoravno (360 /5) in 24 kvadratov navpično (120/5). Na primer: srtm_72_02.zip /skrajno desno, eden od zgornjih kvadratov. Želeni kvadrat lahko določite z uporabo mreže (slika 11.).

Slika 2.1.1. Diagram pokritosti SRTM4.

2 Ocenjevanje točnosti podatkov SRTM

Javno dostopne so vrednosti višin v kotih celice z merami 3 krat 3. Navedena je natančnost višin, ki ni nižja od 16 m, vendar je vrsta ocene te vrednosti - povprečje, največje, korensko povprečje. kvadratna napaka (RMS) - ni pojasnjena, kar ni presenetljivo, saj so za strogo oceno točnosti potrebne vrednosti referenčne višine približno enake stopnje pokritosti ali stroga teoretična analiza postopka pridobivanja in obdelavo podatkov. V zvezi s tem je analizo natančnosti SRTM DEM izvedlo več kot ena ekipa znanstvenikov iz različnih držav sveta. Po mnenju A.K. Višine Corveula in I. Eviaka SRTM imajo napako, ki je za ravni teren v povprečju 2,9 m, za hribovit teren pa 5,4 m, poleg tega pomemben del teh napak vključuje sistematično komponento. Po njihovih ugotovitvah je višinska matrika SRTM primerna za izdelavo kontur na topografskih kartah v merilu 1: 50000. Toda na nekaterih območjih višine SRTM po svoji natančnosti približno ustrezajo višinam, pridobljenim iz topografske karte v merilu 1:100000 in se lahko uporablja tudi za izdelavo ortofotokart iz satelitskih posnetkov visoka ločljivost, posneto z rahlim kotom odstopanja od najnižje vrednosti.

2.3 Uporaba podatkov SRTM za reševanje aplikativnih problemov

Podatki SRTM lahko rešujejo različne aplikativne probleme različnih stopenj kompleksnosti, na primer: za njihovo uporabo pri izdelavi ortofoto zemljevidov, za ocenjevanje zahtevnosti prihajajočih topografsko-geodetskih del, načrtovanje njihove izvedbe, lahko pa so tudi pomoč pri načrtovanju lokacije profilov in drugih objektov, tudi pred izvedbo topografskih raziskav, pridobljenih na podlagi rezultatov radarskih raziskav SRTM, se lahko uporabijo višinske vrednosti točk terena za posodobitev topografske podlage ozemelj, kjer ni podatkov iz podrobnega topografskega in geodetskega dela. Tovrstni podatki so univerzalni vir za modeliranje zemeljskega površja, predvsem za izdelavo digitalnih modelov reliefa in digitalnih modelov reliefa, vendar pa je vprašanje uporabnosti radarskih podatkov o višinah SRTM kot alternative standardnim metodam za konstruiranje digitalnega modela reliefa in reliefa. po našem mnenju je treba reševati v vsakem primeru posebej, odvisno od naloge, značilnosti reliefa in zahtevane natančnosti nadmorske višine.

3. Uporaba SRTM pri izdelavi geoposnetkov

1 Koncept geoslik

Napredek na področju geoinformacijskega kartiranja, daljinskega zaznavanja in sredstev za razumevanje okoliškega sveta. Fotografiranje v poljubnem merilu in obsegu, z različno prostorsko pokritostjo in ločljivostjo se izvaja na tleh in pod zemljo, na površini oceanov in pod vodo, iz zraka in iz vesolja. Vso množico zemljevidov, fotografij in drugih podobnih modelov lahko opišemo z enim splošnim pojmom - geoslika.

Geoslika je vsak prostorsko-časovni, obsežen, posplošen model zemeljskih ali planetarnih objektov ali procesov, predstavljen v grafični obliki.

Geoposnetki predstavljajo notranjost Zemlje in njeno površje, oceane in atmosfero, pedosfero, družbeno-ekonomsko sfero in področja njihovega medsebojnega delovanja.

Geoposnetke delimo v tri razrede:

Ravni ali dvodimenzionalni - zemljevidi, načrti, anamorfoze, fotografije, fotografski načrti, televizija, skener, radar in druge oddaljene slike.

Volumetrični ali tridimenzionalni - anaglifi, reliefni in fiziografski zemljevidi, stereoskopski, blokovni, holografski modeli.

Dinamični tri- in štiridimenzionalni - animacije, kartografski, stereokartografski filmi, filmski atlasi, virtualne slike.

Mnogi od njih so že v praksi, drugi so se pojavili pred kratkim, tretji pa so še v razvoju. Tako smo v tem tečaju zgradili dvodimenzionalne in tridimenzionalne geoslike.

3.2 Izdelava digitalnega modela reliefa za ozemlje Saratov

in regija Engel

Najprej prenesemo javne podatke SRTM dodatne obdelave različice 2, na internetnem portalu, odprtem za katerega koli uporabnika omrežja (#"justify">Nato preneseni fragment odpremo v programu Global Mapper, izberemo funkcijo “File”, nato “Izvozi rastrske in višinske podatke” - “Izvozi dem” (slika 12), ta serija operacij je bila izvedena za pretvorbo prenesenih podatkov v format DEM, ki ga lahko bere program Vertical Mapper, v katerem bo model biti zgrajen.

Slika 3.2.1. Izvoz datoteke v format DEM s programom Global Mapper [avtor].

Po izvozu podatkov odpremo program Vertical Mapper, v katerem izdelujemo nadaljnje ukrepe- Ustvari mrežo - Uvozi mrežo (slika 13).

riž. 3.2.2. Izdelava Grid modela v programu Vertical Mapper [izdelal avtor].

S pomočjo teh funkcij ustvarimo GRID model, s katerim je avtor kasneje izvedel vse operacije za ustvarjanje DEM za ozemlje Saratovske regije, za ustvarjanje izolinij in tridimenzionalni model reliefa.

Zaključek

Digitalni model višin je pomembna modelna funkcija v geografskih informacijskih sistemih, saj omogoča reševanje problemov izdelave modela reliefa in njegove uporabe. Tovrstni izdelek je popolnoma tridimenzionalni prikaz dejanskega terena v času geodetske meritve, kar omogoča reševanje številnih aplikativnih problemov: določanje poljubnih geometrijskih parametrov reliefa, izdelava prečnih profilov; izvajanje projektantskih in geodetskih del; spremljanje dinamike terena. Poleg tega se DEM široko uporabljajo za vizualizacijo ozemelj v obliki tridimenzionalnih slik, s čimer nudijo priložnost za izdelavo virtualnih modelov terena (VTM).

Aktualnost teme tečaja je posledica vsesplošne potrebe po geografskem raziskovanju reliefnih podatkov v digitalni obliki, zaradi vse večje vloge geografskih informacijskih tehnologij pri reševanju različnih problemov, potrebe po izboljšanju kakovosti in učinkovitosti metod za izdelava in uporaba digitalnih modelov višin (DEM) ter zagotavljanje zanesljivosti izdelanih modelov.

Trenutno obstaja več glavnih virov podatkov za izdelavo digitalnih modelov višin - to je interpolacija digitaliziranih izrisov iz topografskih kart ter metoda daljinskega zaznavanja in fotogrametrije. Metoda daljinskega zaznavanja pridobiva vse močnejšo vlogo pri reševanju številnih geografskih problemov, kot je konstruiranje reliefa iz podatkov satelitskega radarskega zaznavanja Zemlje. Eden od produktov radarskega zaznavanja Zemlje so javno dostopni in prosto distribuirani podatki SRTM (Shuttle radar topographic mission), ki so na voljo po večini zemeljske oble z ločljivostjo modela 90 m.

V procesu pisanja tečaja je bil zgrajen digitalni model reliefa za ozemlje Saratovske in Engelske regije, s čimer smo rešili konstrukcijske naloge in dokazali možnost izdelave DEM z uporabo podatkov SRTM.

reliefna digitalna radarska geoslika

Seznam uporabljenih virov

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitalni modeli višin. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, podpisano za objavo 15. decembra 2007. Naklada 200 izvodov.

Ufimtsev G.F., Timofeev D.A. "Morfologija reliefa." Moskva: Znanstveni svet. 2004

B.A. Novakovski, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. “Digitalni reliefni modeli realnih in abstraktnih geopolj.” Moskva: Znanstveni svet. 2003

A.S. Samardak "Geografski informacijski sistemi". Vladivostok FEGU, 2005 - 124 str.

Geoprofi [Elektronski vir]: revija o geodeziji, kartografiji in navigaciji / Moskva. - Elektronska revija. - Način dostopa: #"justify">. Področja uporabe GIS [Elektronski vir]: baza podatkov. - Način dostopa:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. Združeni inštitut za geologijo, geofiziko in mineralologijo Sibirske podružnice Ruske akademije znanosti, Novosibirsk. Iz gradiva mednarodne konference "Interkarto - 6" (Apatity, 22.-24. avgust 2000).

Združenje GIS [Elektronski vir]: zbirka podatkov. - Način dostopa: #"justify">. Združenje GIS LAB [Elektronski vir]: zbirka podatkov. - Način dostopa: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Brezšivni podatki SRTM z luknjami V3, Mednarodni center za tropsko kmetijstvo (CIAT)

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

), poimenovan po mestu Golden v Koloradu, kjer se nahaja, obstaja od leta 1983 in razvija znanstvene grafične pakete. Njegov prvi programski izdelek, Golden Graphics System, izdan istega leta, je bil zasnovan za obdelavo in prikaz slik nizov podatkov, opisanih z dvodimenzionalno funkcijo, kot je z=f(y,x). Kasneje je ta paket dobil ime Surfer, ki se mu je ohranilo do danes. In dve leti kasneje se je pojavil paket Grapher, zasnovan za obdelavo in prikazovanje grafov nizov podatkov in funkcij, kot je y=f(x).

Prav ti paketi DOS so bili v poznih 80. letih zelo priljubljeni (seveda v obliki nelegalnih kopij) med sovjetskimi strokovnjaki, ki so se ukvarjali z različnimi vidiki obdelave matematičnih podatkov, predvsem v širokem spektru geoznanosti, kot so geologija, hidrogeologija, seizmiki, ekologiji, meteorologiji ter na drugih sorodnih področjih.

Hkrati smo začeli aktivno delati s paketom Surfer 4 za DOS. Za razliko od kolegov z drugih oddelkov (naš inštitut je izvajal raziskave na področju inženirskih raziskav v gradbeništvu), ki so se ukvarjali z reševanjem zelo specifičnih problemov na konkretnih lokacijah in delali s Surferjem kot samostojnim produktom za končne uporabnike, smo kot razvijalci bili pritegnile možnosti vgradnje tega paketa v lastne programe.

Ideja je bila zelo preprosta - Surfer bi lahko delal tako interaktivno kot v paketnem načinu, izvajal določeno zaporedje funkcije, ki temeljijo na podatkih iz ukaznih in informacijskih datotek. Z generiranjem teh datotek v naših programih bi lahko prisilili zunanji paket, da izvede operacije, ki jih potrebujemo. Hkrati uporabnik, ki je na primer gledal sliko zemljevida izolinije ali jo tiskal, sploh ni sumil, da dela s kakšnim drugim paketom.

Na splošno nam je bil Surfer zelo všeč. Še vedno ga imamo za klasičen primer odličnega programskega izdelka. Priročen interaktivni vmesnik brez arhitekturnih dodatkov, programerju odprt in razumljiv vmesnik, preizkušeni matematični algoritmi, zelo kompaktna koda, skromne zahteve po virih. Skratka, to je bil stil ustvarjanja programske opreme, ki je danes v veliki meri izgubljen, ki spoštuje bodoče uporabnike ne z besedami, temveč z dejanji. (Zelo smo veseli, da se je ta slog ohranil v kasnejšem razvoju Golden Software.)

Po različici, slišani leta 1994 na mednarodni konferenci o analitičnih geofiltracijskih modelih v Indianapolisu, je bil avtor Surferja in ustanovitelj podjetja podiplomski študent hidrogeologije na eni od ameriških univerz. »Geološke« korenine izdelkov podjetja se zdijo skoraj očitno dejstvo.

Pravzaprav je mesto Golden majhno in pogumno. Je dom priznanega geoznanstvenega izobraževalnega centra Colorado School of Mines in njegove hčerinske družbe International Ground Water Modeling Center, ki prav tako ustvarja, preizkuša in razširja hidrogeološke programe (vključno s tistimi, ki jih zagotavljajo neodvisni razvijalci).

Čas teče, a kljub precej hudi konkurenci ostajajo paketi Golden Software (predvsem Surfer) še vedno zelo priljubljeni tako v ZDA kot v drugih državah. Povezave do njih so na voljo v skoraj vsaki znanstveni publikaciji ali programskem izdelku, povezanem z numeričnim modeliranjem in obdelavo eksperimentalnih podatkov.

Leta 1990 je podjetje naznanilo prenehanje razvoja različic za DOS in začetek razvoja programskih izdelkov za Windows. Leta 1991 se je pojavil nov paket MapViewer (orodje za analizo in vizualizacijo geografsko razporejenih numeričnih informacij in gradnjo informativnih tematskih zemljevidov - Thematic Mapping Software), nato pa so bile izdane Windows različice že znanih paketov: leta 1993 - Grapher 1.0 in leta 1994 - Surfer 5.0. Leta 1996 je izšel še en nov izdelek - Didger (digitalizacija grafične informacije), ki je zelo uspešno dopolnjeval funkcionalnost drugih programov Golden Software.

Pri tem pa je treba poudariti, da je podjetje, potem ko je prenehalo z razvojem različic za DOS, le-te podpiralo do leta 1995: prodaja licenčnih kopij, svetovanje itd. Tako spoštljiv odnos do uporabnika (prodaja, kar stranka potrebuje, in ne delati po načelu "vzemi, kar imaš"), se strinjate, je danes redko.

Na splošno je Golden Software zelo poučen primer vzdržnega položaja majhnega podjetja, ki razvija in prodaja svoje programske izdelke v svoji »ekološki niši« svetovnega računalniškega trga.

Poleg tega je treba opozoriti, da pojav zmogljivih sistemov, za katere se zdi, da delajo »vse-vse-vse« (na primer vključitev grafičnih orodij v preglednice ali GIS z njihovimi zmogljivostmi za obdelavo kartografskih informacij), ni omajal položaja majhne specializirane programske pakete. Takšna specializirana programska oprema bistveno prekaša velike integrirane sisteme po funkcionalnosti in enostavnosti uporabe. Zadnja prednost je še posebej pomembna pri analizi ogromne količine eksperimentalnih podatkov in ne samo pri generiranju raziskovalnih rezultatov v obliki predstavitvene grafike. K temu je treba dodati še skromnejše zahteve tovrstnih programov glede moči računalnika in njegove cene.

Golden Software trenutno ponuja štiri izdelke za Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 in Didger 1.0. Prav o teh bomo govorili v našem pregledu.

Surfer paket - obdelava in vizualizacija dvodimenzionalnih funkcij

Surfer 5.0 za Windows 3.x je bil izdan leta 1994. Leto kasneje, hkrati z izdajo Windows 95, je izšel Surfer 6.0, ki je bil predstavljen v dveh različicah - 32-bitni za delo v okolje Windows NT in Windows 95 ter 16-bitni za Windows 3.1. Pri namestitvi paketa lahko uporabnik sam izbere želeno različico programa ali pa to zaupa namestitvenemu programu, ki bo določil konfiguracijo sistema in samodejno izbral različico. Paket bomo opisali takole: najprej bomo govorili o zmožnostih različice 5.0, nato pa o novostih Surferja 6.0.

Glavni namen Surferja je obdelava in vizualizacija dvodimenzionalnih nizov podatkov, ki jih opisuje funkcija, kot je z=f(x, y). Logika dela s paketom je lahko predstavljena v obliki treh glavnih funkcionalnih blokov: a) konstrukcija digitalnega modela površine; b) pomožne operacije z digitalnimi modeli površin; c) vizualizacija površine.

Izdelava digitalnega modela površine

Kljub vsej impresivnosti grafične vizualizacije podatkov je vrhunec takih paketov seveda matematični aparat, ki je v njih implementiran. Dejstvo je, da brez jasnega odgovora na vprašanje: »Katera metoda je osnova za transformacijo podatkov in kje si lahko ogledate oceno zanesljivosti vseh teh transformacij?«, uporabnik (v tem primeru najverjetneje znanstvenik) morda ne bodo več zanimale vse druge prednosti programa.

Digitalni površinski model je tradicionalno predstavljen kot vrednosti v vozliščih pravokotne pravilne mreže, katere diskretnost je določena glede na določen problem, ki ga rešujemo. Surfer za shranjevanje takšnih vrednosti uporablja lastne datoteke GRD (binarni ali besedilni format), ki so že dolgo postale neke vrste standard za pakete matematičnega modeliranja.

Načeloma obstajajo tri možne možnosti za pridobivanje vrednosti na vozliščih mreže; vsi so implementirani v paketu:

glede na začetne podatke, določene na poljubnih točkah regije (na vozliščih nepravilne mreže), z uporabo interpolacijskih algoritmov za dvodimenzionalne funkcije;
izračunavanje vrednosti funkcije, ki jo izrecno določi uporabnik; paket vključuje precej široko paleto funkcij - trigonometrične, Besselove, eksponentne, statistične in nekatere druge (slika 1);
prehod iz ene pravilne mreže v drugo, na primer pri spreminjanju diskretnosti mreže (tu se praviloma uporabljajo dokaj preprosti algoritmi interpolacije in glajenja, saj velja, da se prehod izvaja z ene gladke površine na drugo) .

Poleg tega lahko seveda uporabite že pripravljen digitalni površinski model, ki ga pridobi uporabnik, na primer kot rezultat numeričnega modeliranja (to je dokaj pogosta možnost za uporabo paketa Surfer kot postprocesorja).

Prvo možnost za pridobitev mrežnega modela najpogosteje najdemo v praktičnih problemih, prav algoritmi za interpolacijo dvodimenzionalnih funkcij pri prehodu z nepravilne mreže na navadno pa so »aduti« paketa.

Dejstvo je, da je postopek prehoda iz vrednosti na diskretnih točkah na površino netrivialen in dvoumen; Za različne naloge in tipe podatkov so potrebni različni algoritmi (oziroma ne »zahtevani«, ampak »bolj primerni«, saj praviloma noben ni 100% primeren). Tako je učinkovitost programa za interpolacijo dvodimenzionalnih funkcij (to velja tudi za problem enodimenzionalnih funkcij, vendar je za dvodimenzionalne vse veliko bolj zapleteno in raznoliko) določena z naslednjimi vidiki:

nabor različnih metod interpolacije;
sposobnost raziskovalca za nadzor različnih parametrov teh metod;
razpoložljivost sredstev za ocenjevanje natančnosti in zanesljivosti zgrajene površine;
možnost razjasniti rezultat na podlagi Osebna izkušnja strokovnjak, ob upoštevanju vrste dodatnih dejavnikov, ki jih ni bilo mogoče odražati v izvornih podatkih.

Surfer 5.0 svojim uporabnikom ponuja sedem interpolacijskih algoritmov: Kriging, Inverzna razdalja, Minimalna ukrivljenost, Radialne osnovne funkcije, Polinomska regresija, Shepardova metoda, ki je kombinacija metode Inverzne razdalje z zlepki) in Triangulacija. Redne izračune mreže je zdaj mogoče izvajati na datotekah nabora podatkov X, Y, Z katere koli velikosti, sama mreža pa je lahko velika 10.000 x 10.000 vozlišč.

Povečanje števila interpolacijskih metod lahko bistveno razširi nabor problemov, ki jih je treba rešiti. Zlasti lahko metodo triangulacije uporabimo za konstrukcijo površine z natančnimi vrednostmi začetnih podatkov (na primer zemeljske površine glede na podatke geodetskih raziskav), algoritem polinomske regresije pa lahko uporabimo za analizo trenda površino.

Hkrati je na voljo veliko možnosti za nadzor metod interpolacije s strani uporabnika. Predvsem najbolj priljubljena geostatistična metoda Kricking pri obdelavi eksperimentalnih podatkov zdaj vključuje možnost uporabe razni modeli variograme, z uporabo variacije algoritma z odmikom in upoštevanjem anizotropije. Pri izračunu površine in njene slike lahko nastavite tudi mejo ozemlja poljubne konfiguracije (slika 2).

Poleg tega je vgrajena grafični urejevalnik za vnos in popravljanje vrednosti podatkov o mrežnih površinah, medtem ko uporabnik takoj vidi rezultate svojih dejanj v obliki sprememb na karti izolinije (slika 3). Za cel razred problemov (zlasti tistih, povezanih z opisom naravnih podatkov), ki jih praviloma ni mogoče opisati z natančnim matematični model, je ta funkcija pogosto preprosto potrebna.

Vnos podatkov se izvaja iz datotek [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) ali navadnih besedilnih datotek ASCII, kot tudi iz preglednic Excel [.XLS] in Lotus [.WK1, .WKS]. Izvorne informacije je mogoče vnesti ali urediti tudi s preglednico, vgrajeno v paket, možne pa so tudi dodatne podatkovne operacije, kot sta razvrščanje in pretvorba števil z uporabo uporabniško določenih enačb.

Pomožne operacije s površinami

Surfer za Windows izvaja velik nabor dodatnih orodij za preoblikovanje površin in različne operacije z njimi:

izračun prostornine med dvema površinama;
prehod iz ene pravilne mreže v drugo;
površinska transformacija z uporabo matematičnih operacij z matricami;
površinska disekcija (izračun profila);
izračun površine;
glajenje površin z uporabo matričnih ali spline metod;
pretvorba formata datoteke;
številne druge funkcije.

Kakovost interpolacije je mogoče oceniti s statistično oceno odstopanj prvotnih vrednosti točk od nastale površine. Poleg tega je mogoče izvesti statistične izračune ali matematične transformacije za katero koli podmnožico podatkov, vključno z uporabo uporabniško definiranih funkcijskih izrazov.

Vizualizacija površinskih slik

Površje je mogoče grafično predstaviti v dveh oblikah: konturni zemljevidi ali tridimenzionalne slike površja. Hkrati Surferjevo delo temelji na naslednjih načelih njihove konstrukcije:

pridobivanje slike s prekrivanjem več prozornih in neprozornih grafičnih slojev;
uvoz končnih slik, vključno s tistimi, pridobljenimi v drugih aplikacijah;
uporaba posebnih orodij za risanje, kot tudi uporaba besedilnih informacij in formul za ustvarjanje novih in urejanje starih slik.

Uporaba večokenskega vmesnika vam omogoča izbiro najbolj priročnega načina delovanja. Predvsem si lahko sočasno ogledate numerične podatke v obliki preglednice, zemljevid na podlagi teh podatkov in osnovne informacije od besedilna datoteka(slika 4).

Surfer 5.0 kot glavne vizualne elemente uporablja naslednje vrste zemljevidov:

Konturni zemljevid. Poleg že tradicionalnih sredstev za nadzor načinov prikaza izolinij, osi, okvirjev, oznak, legend itd., Je izvedena možnost ustvarjanja zemljevidov s polnjenjem posameznih con z barvo ali različnimi vzorci (slika 5). Poleg tega je mogoče ravno sliko zemljevida vrteti in nagibati ter uporabiti neodvisno skaliranje vzdolž osi X in Y.
Tridimenzionalna slika površine (3D Surface Map). Ti zemljevidi uporabljajo različne vrste projekcij, sliko pa je mogoče vrteti in nagibati s preprostim grafičnim vmesnikom. Na njih lahko narišete tudi izrezane črte in izolinije (slika 6), nastavite neodvisno skaliranje vzdolž osi X, Y, Z in zapolnite posamezne mrežne elemente površine z barvo ali vzorcem.
Karta začetnih podatkov (Post Map). Ti zemljevidi se uporabljajo za prikaz podatkov o točkah v obliki posebnih simbolov in besedilnih oznak zanje. V tem primeru lahko za prikaz numerične vrednosti v točki nadzirate velikost simbola (linearna ali kvadratna odvisnost) ali uporabite različne simbole v skladu z obsegom podatkov (slika 7). Izdelava ene karte se lahko izvede z uporabo več datotek.
Osnovni zemljevid. To je lahko skoraj vsaka ravna slika, pridobljena z uvozom datotek različnih grafičnih formatov: 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] in nekateri drugi. Te zemljevide je mogoče uporabiti ne le za preprost prikaz slike, ampak tudi, na primer, za prikaz nekaterih območij kot praznih. Poleg tega lahko te zemljevide po želji uporabimo za pridobivanje mej pri izvajanju površinskih izračunov, preoblikovanju, seciranju itd.

Z uporabo različnih možnosti za prekrivanje teh glavnih vrst zemljevidov in njihove različne postavitve na eni strani lahko dobite različne možnosti za predstavitev kompleksnih predmetov in procesov. Zlasti je zelo enostavno dobiti različne možnosti za kompleksne zemljevide s kombinirano sliko porazdelitve več parametrov hkrati (slika 8). Vse vrste zemljevidov lahko uporabnik ureja z vgrajenimi orodji za risanje samega Surferja.

Predstavitev več zemljevidov v obliki tridimenzionalne "police" je prav tako zelo učinkovita in priročna za analizo. Poleg tega je to lahko različna predstavitev istih nizov podatkov (na primer tridimenzionalna slika in zemljevid barvne izolinije: slika 9) ali serija različnih nizov, na primer površinska porazdelitev enega parametra ob različnih časih ali več različnih parametrih (slika 10).

Vse te zmožnosti slikovne predstavitve so lahko zelo uporabne pri primerjalni analizi vpliva različnih metod interpolacije ali njihovih posameznih parametrov na videz nastale površine (slika 11).

Ločeno je treba obravnavati problem uporabe ruskih pisav. Dejstvo je, da pisave SYM, ki so priložene paketu, seveda niso rusificirane, zato morate uporabiti pisave Windows TrueType. Niso pa primerni za nekatere načine izpisa slike; na primer, ko je besedilo prikazano pod kotom, so znaki včasih popačeni do nerazpoznavnosti. V tem primeru je bolje uporabiti vektorske pisave SYM z enovrstično zasnovo (vedno so jasno vidne), v končani obliki pa so na voljo samo latinice. Vendar pa obstaja dokaj preprosta rešitev za ta problem.

Različica Surferja za DOS je imela posebna korist ALTERSYM za ustvarjanje lastnih naborov pisav SYM (žal je izginil v različici za Windows, tako da lahko uporabite različico za DOS). Vendar vam omogoča ustvarjanje in urejanje samo osnovnega nabora znakov (ASCII kode 32-127). Nekoč smo to težavo za različico DOS rešili na naslednji način: napisali smo pripomoček, ki iz praznih datotek, ki jih je ustvaril program ALTERSYM, ustvari celoten nabor simbolov (1-255), s katerim izhodna modula VIEW in PLOT odlično delujeta. Ta pristop je povsem primeren za različico Surferja za Windows.

Dobljene grafične slike je mogoče izpisati v katero koli tiskalno napravo, ki jo podpira Windows, ali izpisati v obliki zapisa datoteke, kot je AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], kot tudi HP Graphics Language [ .HPGL] in Encapsulated PostScript [.EPS]. Dvosmerna izmenjava podatkov in grafike z drugimi Windows aplikacijami se lahko izvaja tudi prek odložišča Windows. Poleg tega lahko grafične podobe, pripravljene v Surferju, izvozimo v paket MapViewer, nanj prekrijemo zemljevid ozemlja in pridobimo zemljevid porazdelitve tega parametra na določenem ozemlju (sl. 12 in ).

Kontrolniki paketa makrov

V Surferju 5.0, ki je nastal leta 1994, skoraj sočasno z pisarniški paketi Microsoft Office 4.0 je bil model objektne komponente implementiran na podlagi podpore za mehanizem OLE 2.0 Automation (kar se danes imenuje ActiveX). To omogoča integracijo Surferja kot strežnika ActiveX v kompleksne sisteme za obdelavo podatkov in modeliranje.

V katerem koli jeziku, ki prav tako podpira ta mehanizem (na primer Visual Basic, C++ ali Visual basic za aplikacije), lahko napišete nadzorno makro datoteko za Surfer. Predvsem z uporabo nabora makro datotek lahko samodejno izvajate nekatere pogosto ponavljajoče se naloge. Lahko pa se taka datoteka generira med izvajanjem katerega koli aplikativnega računskega programa za avtomatsko obdelavo in vizualizacijo podatkov.

Naslednja funkcija, napisana v VB, na primer ustvari konturni zemljevid in njegovo sliko vstavi v preglednico z imenom "Sheet1":

Funkcija MakeMap();
definiranje spremenljivke Surf kot objekta Dim Surf as Object;
nastavitev preslikave med spremenljivko Surf in programom Surfer Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
vnos imena datoteke GRD;
izvajanje makro ukazov s paketom Surfer Surf.MapCountour(GrdFile$);
sestavite zemljevid izolinije Surf.Select;
izberite sliko Surf.EditCopy;
kopirajte izbrano sliko v odložišče;
to je že Excelov ukaz - prilepite sliko iz odložišča na trenutni položaj tabele Sheet1 Worksheets("Sheet1").Slika.Paste End Function.

Pomen tega postopka je povsem jasen. Najprej je spremenljivka Surf definirana kot objekt in dodeljena paketu Surfer (Surfer.App). Sledijo ukazi, ki jih VBA že interpretira kot klice funkcij Surferja (njihova imena ustrezajo ukazom, ki jih uporabnik izbere v pogovornem načinu), ki se izvajajo prek mehanizma ActiveX.

Poleg tega ima paket Surfer svoj makro jezik, ki je pravzaprav vrsta VBA in se uporablja za pisanje kontrolnih poizvedb v posebnem programu SG Scripter (datoteka GSMAC.EXE). Na primer, z uporabo tako preprostega programa lahko implementirate makro, ki samodejno izdela konturne zemljevide za en niz izvornih podatkov z uporabo vseh sedmih metod interpolacije:

ustvarjanje predmeta Surfer Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
izdelava zemljevida z uporabo vsake interpolacijske metode;
za izvorno podatkovno datoteko DEMOGRID.DAT Za metodo = 0 do 6;
odprite nov risani dokument Surf.FileNew();
izračun datoteke GRD s trenutno metodo interpolacije If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
izdelava zemljevida izolinije If Surf.MapContour (»SAMPLE«) = 0 Then End Next.

Zagon v avtomatski način Podobna opravila, ki so predstavljena kot program, napisan v GS Scripterju, lahko izvedete bodisi iz ukazne vrstice:

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

ali iz katere koli aplikacije z ukazom SHELL:

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

(tipka /x označuje potrebo po samodejnem izvajanju programa task.bas).

GS Scripter se lahko uporablja tudi za nadzor vseh drugih programov, ki podpirajo ActiveX (na primer za delo z MS Office).

Kaj je novega v Surferju 6.0

Kot smo že povedali, je Surfer 6.0 na voljo v 16- in 32-bitni različici. Vendar pa se je poleg tega pojavilo več uporabnih funkcionalnih razširitev. Najprej je treba opozoriti, da je pri izdelavi ravnih slik mogoče uporabiti še dve vrsti zemljevidov ozadja: zemljevid slik in zemljevid senčenega reliefa.

Vgrajena orodja za risanje Image Map omogočajo preprosto in hitro ustvarjanje barvnih zemljevidov. V tem primeru lahko uporabite večbarvno polnjenje slik, vključno z uporabo barvnih kombinacij, ki jih ustvari uporabnik.

Kar pa je še posebej impresivno, so zmožnosti osenčenega reliefnega zemljevida, ki vam omogoča pridobivanje slik, kot so visokokakovostne fotografije, neposredno v okolju Surfer (slika 14), ki jih je mogoče uporabiti tako za skupno uporabo s konturnimi zemljevidi kot samostojno. . To uporabniku omogoča nadzor nad vsemi parametri, potrebnimi za ustvarjanje najbolj ekspresivnih slik, vključno z lokacijo svetlobnega vira, relativnim gradientom nagiba, vrsto senčenja in barvo. Uporabnik paketa ima tudi več možnosti za vizualizacijo podatkov in razporejanje različnih slik na enem zaslonu (slika 15).

Razširjen je nabor pomožnih operacij pri obdelavi digitalnih površin. Z uporabo novih funkcij Grid Calculus lahko določite naklon, ukrivljenost in linijo obzorja pogleda na določeni točki na površini ter izračunate prvi in drugi odvod za Fourierove funkcije in spektralno analizo. In dodatna orodja Grid Utilities vam omogočajo preoblikovanje, premikanje, skaliranje, vrtenje in zrcaljenje podatkov v datotekah GRD (oblika za shranjevanje vrednosti v običajnih vozliščih mreže). Po tem lahko naredite poljubno izbiro podnabora podatkov s številom stolpcev in stolpcev ali preprosto poljubnih vozlišč mreže.

Z vidika matematičnega aparata za konstrukcijo površine se zdi zelo pomembno implementirati še en interpolacijski algoritem - najbližji sosed, pa tudi tri stopnje gnezdenja variogramov, ki vam omogočajo, da ustvarite več kot 500 rezultatov kombinacij.

Prej ustvarjene slike, ki temeljijo na različnih vrstah zemljevidov (Contour Map, Shaded Relief Map, Post Map, Image Map), lahko uporabite kot predlogo tako, da v obstoječe zemljevide zamenjate novo datoteko GRD. Poleg tega lahko zdaj, ko ste najprej združili več plasti različnih zemljevidov v eno sliko, jih nato ločite na njihove izvirne elemente in jih predelate na podlagi novih podatkov.

Med povsem servisnimi funkcijami je treba izpostaviti možnost vnosa podatkov o digitalizaciji mejnih črt in poljubnih točk z zaslona neposredno v datoteko ASCII ter avtomatsko izdelavo legende za različne vrste točk Post Map. Zdaj lahko uvozite datoteke digitalnega modela višine (DEM) neposredno iz interneta (ali katerega koli drugega vira informacij) kot digitalni model površine. In končno, novi formati za izvoz podatkov vam omogočajo shranjevanje slik zemljevidov v skoraj vseh rastrskih formatih (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG in mnogi drugi).

Se nadaljuje

ComputerPress 2"1999

ZVEZNA AGENCIJA ZA IZOBRAŽEVANJE DRŽAVNA IZOBRAŽEVALNA INSTITUCIJA

VIŠJE STROKOVNO IZOBRAŽEVANJE "DRŽAVNA UNIVERZA VORONEZH"

K.Yu. Svilnato

GEOINFORMACIJSKI SISTEM

Golden Software Surfer 8

Izobraževalni in metodološki priročnik za univerze

Center za založništvo in tiskanje Državne univerze v Voronežu

Recenzent I.Yu. Antonova

Priročnik za usposabljanje opisuje glavne funkcije geografskega informacijskega sistema Golden Software Surfer 8. Bralci so vabljeni, da preučijo teoretične točke, na katerih temelji ta sistem, in jih samostojno uporabijo v praksi. S pomočjo tega priročnika se lahko naučite, kako narediti prehod z neenakomerno porazdeljenih podatkov na digitalne modele površja, zgraditi različne vrste zemljevidov in pridobiti podatke iz Dodatne informacije, ni povsem očitno med vizualno analizo slik.

Izobraževalni in metodološki priročnik je bil pripravljen na Oddelku za geofiziko Geološke fakultete Voroneške državne univerze.

Za specialnost: 020302 – Geofizika


UVOD ............................................
OSNOVNI POJMI.....................................
I. OSNOVE DELA S SURFERJEM..................
I.1. PRVI START SURFERJA .............................................. ...... ........................
I.2. NAČIN PLOT-DOKUMENT .............................................. ...... ............................
I.3. USTVARJANJE PODATKOV XYZ ............................................... ..... ........................
I.3.A. Odpiranje obstoječe datoteke s podatki XYZ......
I.3.B. Ustvarjanje nove datoteke s podatki XYZ............................................. .........
I.3.C. Shranjevanje datoteke s podatki XYZ..................................... ........
I.4. Z USTVARJANJE MREŽNE DATOTEKE.................................................................
II. USTVARJANJE MREŽNIH ZEMLJEVIDOV................................................ .... .............
II.1. KONTURNI ZEMLJEVID ................................................... ...................................
II.1.A. Ustvarjanje konturne karte.................................................. ................... ..........
II.1.B. Shranjevanje zemljevida..................................................... ......... ........................
II.1.C. Uporaba upravitelja objektov ............................................. ..........
II.1.D. Spreminjanje ravni obrisa..................................................... .......... ......
II.1.E. Spreminjanje parametrov konturne črte............................................. .....
II.1.F. Dodajanje barvnega polnila med orisne črte.........
II.1.G. Dodajanje, odstranjevanje ali premikanje orisnih oznak.........
II.1.H. Spreminjanje parametrov osi..................................................... .................... ........
II.2. OKVIRNI ZEMLJEVID ................................................ ... ...................................
II.3. OBLIKOVANI ZEMLJEVID ................................................... ... .................................
II.4. TO UMETNOST S SENČNIM RELIEFOM.................................................................
II.5. VEKTORSKI ZEMLJEVID ................................................ ... ...................................
II.6. T DIMENZIONALNA POVRŠINA....................................................................
II.7. T TOČKOVNA KARTA IN PREKRITKE...................................................................
II.7.A. Ustvarjanje pikčastega zemljevida ............................................. ................... ............
II.7.B. Ustvarjanje prekrivanja..................................................... .... ........................
II.7.C. Dodajanje oznak točkovnemu zemljevidu v prekrivanju..................................... .........

III. DIGITALIZACIJA RASTERSKIH KART .............................................. ...... ..........
III.1. IZDELAVA ZEMLJEVIDA - OSNOVE ......................................... ........ ................
III.2. DIGITALIZACIJA ZEMLJEVIDA - OSNOVE ............................................ ........ .............
IV. KONSTRUKCIJA MREŽE..................................................... .... ........................
IV.1. O PREGLED NAČINOV KONSTRUKCIJE MREŽ....................................................
IV.2. Z USTVARJANJE MREŽNE DATOTEKE..............................................................
IV.3. Z LIKANJE MREŽICE............................................................................
IV.3.A. Glajenje zlepka..................................................... ... ..........
IV.3.B. Nizkopasovno prostorsko filtriranje.................................
IV.4. p KONSTRUKCIJA MREŽE PO FUNKCIJI.........................................................
IV.5. M ATEMATIČNE PREOBRAZBE...................................................
IV.6. M ATEMATIČNI RAČUN..........................................................
IV.7. B MREŽASTI PRISTANEK.........................................................................
IV.8. p IZDELAVA PROFILNIH LINIJ..............................................................
V. APLIKACIJE ............................................. .... .............................................. .
V.1. OPERACIJE ................................................. .... .............................................. ..........
V.1.A. Aritmetične operacije..................................................... ... ........
V.1.B. Logične operacije..................................................... ... ...............
V.2. Z STANDARDNE FUNKCIJE........................................................................
V.2.A. Matematične funkcije..................................................... ... ..........
V.2.B. Sekundarne funkcije..................................................... ........
V.2.C. Statistične funkcije................................................. ... ............
V.3. p PRIMERI UPORABE FUNKCIJ....................................................

UVOD

Geografski informacijski sistem Golden Software Surfer 8 je trenutno industrijski standard za risanje funkcij dveh spremenljivk. Le malo je podjetij v geofizikalni industriji, ki ne uporabljajo Surferja v svoji vsakodnevni kartografski praksi. Še posebej pogosto se z uporabo Surferja zemljevidi ustvarjajo v izolinijah (konturni zemljevidi).

Neprekosljiva prednost programa so vanj vgrajeni interpolacijski algoritmi, ki vam omogočajo ustvarjanje digitalnih površinskih modelov najvišje kakovosti z uporabo podatkov, neenakomerno porazdeljenih v prostoru. Najpogosteje uporabljena metoda, Kriege, je idealna za predstavitev podatkov v vseh geoznanostih.

Vendar o tem programu ni literature, vgrajena pomoč Surferja pa je zapisana angleški jezik. V zvezi s tem ga večina uporabnikov obvlada sama, s poskusi in napakami. Ta pristop vam ne omogoča, da bi se na zadostni ravni seznanili s polovico vseh zmogljivosti programa.

Potreba po pisanju polnega, a kompaktnega priročnika o Surferju za študente geofizike je že dolgo postala zelo nujna. Predlagano delo je poskus zapolnitve vakuuma, ki je trenutno opažen okoli Surferja.

Priročnik vsebuje teoretično gradivo, potrebno za obvladovanje programa, kot tudi praktične naloge za samostojno izvedbo.

Avtor se zahvaljuje študentom geofizike Geološke fakultete Voroneške državne univerze (2002–2003), ki so priročnik preizkusili iz lastnih izkušenj in pomagali narediti bolj priročnega za uporabo: T.V. Agafonov, A.P. Voronin, D.V. Dmitrievceva, S.I. Kogtev, S.N. Rodina, A.S. Syrnikova, T.N. Trepalina, T.A. Čebotarev, S.P. Shatskikh, kot tudi T.B. Silkinu za pomoč pri pripravi publikacije.

OSNOVNI POJMI

Majhno ameriško podjetje Golden Software, poimenovano po mestu Golden v Koloradu, kjer se nahaja, obstaja od leta 1983 in razvija znanstvene grafične pakete. Njegov prvi programski izdelek, Golden Graphics System, izdan istega leta, je bil zasnovan za obdelavo in prikaz slik naborov podatkov, opisanih z dvodimenzionalno funkcijo, kot je z =f (y,x). Kasneje se je ta paket imenoval Surfer. Avtor Surferja in ustanovitelj podjetja je bil diplomirani študent hidrogeolog na ameriški univerzi.

Kljub precej hudi konkurenci so programi Golden Software (predvsem Surfer) še vedno zelo priljubljeni tako v ZDA kot v drugih državah. Povezave do njih so na voljo v skoraj vsaki znanstveni publikaciji ali programskem izdelku, povezanem z numeričnim modeliranjem in obdelavo eksperimentalnih podatkov.

Logika dela s paketom je lahko predstavljena v obliki treh glavnih funkcionalnih blokov:

1) izdelava digitalnega modela površine;

2) pomožne operacije z digitalnimi modeli površin;

3) površinska vizualizacija.

Obstajajo tri možnosti za pridobivanje vrednosti na vozliščih mreže:

1) glede na začetne podatke, določene na poljubnih točkah regije (na vozliščih nepravilne mreže), z uporabo interpolacijskih algoritmov za dvodimenzionalne funkcije;

2) izračun vrednosti funkcije, ki jo izrecno določi uporabnik. Program Surfer vključuje precej širok nabor funkcij - trigonometrične, Besselove, eksponentne, statistične in nekatere druge;

3) prehod iz ene pravilne mreže v drugo, na primer pri spreminjanju diskretnosti mreže (tu se praviloma uporabljajo dokaj preprosti algoritmi interpolacije in glajenja, saj velja, da se prehod izvaja z ene gladke površine na drugo) .

Poleg tega lahko seveda uporabite že pripravljen digitalni model površine, ki ga pridobi uporabnik, na primer kot rezultat numeričnega modeliranja.

Paket Surfer svojim uporabnikom ponuja več interpolacijskih algoritmov: Kriging, Stopnja vzvratne razdalje(Inverzno

Razdalja do potence), najmanjša ukrivljenost, polmer

Radialne osnovne funkcije, polinomska regresija, modificirana Shepardova metoda, triangulacija ) itd. Izračun običajne mreže je mogoče izvesti za datoteke nabora podatkov X, Y, Z poljubne velikosti, sama mreža pa ima lahko dimenzije 10.000 krat 10.000 vozlišč.

Hkrati je na voljo veliko možnosti za nadzor metod interpolacije s strani uporabnika. Zlasti geostatistična metoda Krige, ki je najbolj priljubljena pri obdelavi eksperimentalnih podatkov, vključuje možnost uporabe različnih modelov variogramov, uporabo variacije algoritma z odnašanjem in tudi upoštevanje anizotropije. Pri izračunu površine in njene slike lahko nastavite tudi mejo ozemlja katere koli konfiguracije.

Surfer izvaja velik nabor dodatnih orodij za preoblikovanje površin in različne operacije z njimi:

– izračun prostornine med dvema površinama;

– prehod iz ene pravilne mreže v drugo;

– površinska transformacija z uporabo matematičnih operacij z matricami;

– površinska disekcija (izračun profila);

– izračun površine;

– glajenje površin z uporabo matričnih ali spline metod;

– pretvorba formata datoteke;

– številne druge funkcije.

Surferjevo delo pri gradnji površine temelji na naslednjih načelih:

1) pridobitev slike s prekrivanjem več prozornih

in neprozorne grafične plasti;

2) uvoz končnih slik, vključno s tistimi, pridobljenimi v drugih aplikacijah;

3) z uporabo posebnih orodij za risanje, pa tudi nanašanjem besedilne informacije in formule za ustvarjanje novih in urejanje starih slik.

IN Surfer kot glavne slikovne elemente uporablja naslednje vrste zemljevidov.

1. Konturna karta ( Konturni zemljevid). Poleg običajnih sredstev za nadzor načinov prikaza izolinij, osi, okvirjev, oznak, legend itd., je mogoče izdelati zemljevide z barvnim polnjenjem ali različnimi vzorci posameznih con. Poleg tega je mogoče ravno sliko zemljevida vrteti in nagibati ter uporabiti neodvisno skaliranje vzdolž osi X in Y.

2. Tridimenzionalna slika površine: Wireframe Map (žični zemljevid), Surface Map ( tridimenzionalno površino). Za uporabo takšnih kartic

Obstajajo različne vrste projekcij, sliko pa je mogoče vrteti in nagibati s preprostim grafičnim vmesnikom. Na njih lahko narišete tudi izrezane črte in izolinije, nastavite neodvisno skaliranje vzdolž osi X, Y, Z in zapolnite posamezne mrežne elemente površine z barvo ali vzorcem.

3. Zemljevid izvornih podatkov ( Objavi zemljevid). Ti zemljevidi se uporabljajo za prikaz podatkov o točkah v obliki posebnih simbolov in besedilnih oznak zanje. V tem primeru lahko za prikaz numerične vrednosti v točki nadzirate velikost simbola (linearna ali kvadratna odvisnost) ali uporabite različne simbole v skladu z obsegom podatkov. Izdelava ene karte se lahko izvede z uporabo več datotek.

4. Osnovni zemljevid. To je lahko skoraj vsaka ravna slika, pridobljena z uvozom datotek iz različnih grafik

fizični formati: AutoCAD [.DXF], metadatoteka Windows [.WMF], bitna grafika [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF], [.JPG] in nekateri drugi. Te zemljevide je mogoče uporabiti ne le za preprost prikaz slike, ampak tudi, na primer, za prikaz nekaterih območij kot praznih.

IN Zlasti je zelo enostavno pridobiti različne možnosti za kompleksne zemljevide s kombinirano sliko porazdelitve več parametrov hkrati. Vse vrste zemljevidov lahko uporabnik ureja z vgrajenimi orodji za risanje samega Surferja.

Vse te zmožnosti slikovnega predstavljanja so lahko zelo uporabne pri primerjalni analizi vpliva različnih metod interpolacije ali njihovih posameznih parametrov na videz nastale površine.

Nastale grafične slike je mogoče izpisati v kateri koli tiskalni napravi, ki jo podpira Windows. Dvosmerna izmenjava podatkov in grafike z drugimi Windows aplikacijami se lahko izvaja tudi prek odložišča Windows.

I. OSNOVE DELA S SURFERJEM

I.1. Prvi zagon Surferja

Po prvem zagonu Surferja se prepričajte, da so merske enote za razdalje in velikosti znotraj Surferja nastavljene na običajne centimetre in ne na privzete inče. To storite tako, da zaženete ukaz File/Preferences. To bo odprlo pogovorno okno Preferences. To okno ima 4 zavihke. Pojdite na zavihek Risba (slika I.1). V skupini Enote strani ( Merske enote na strani) morate označiti postavko Centimetri (Centimetri).

Za uporabo izbranega parametra kliknite gumb.

I.2. Način izrisa dokumenta

Glavno okno Surferja je prikazano na sl. I.2. Ko prvič zaženete Surfer, se samodejno ustvari nov. prazno okno dokument-plot Plot1 . Okno dokumenta za izris je delovni prostor, znotraj katerega lahko ustvarite mrežne datoteke in zemljevide, jih spremljate z napisi in preprosto grafični objekti(poligoni, pravokotniki, elipse, simboli itd.).

riž. I.1. Pogovorno okno z nastavitvami (Risba). Zavihek risanja

Glavni meni tega okna vsebuje naslednje elemente:

Uredi	– ukazi za delo z odložiščem in pomožnimi kodami
	ukazi za urejanje objektov;
	- ukazi, ki nadzorujejo videz trenutno okno
Nariši	dokument;
Nariši	– ukazi za ustvarjanje besedilnih blokov, poligonov, poligonov,
Uredi	uporaba simbolov in figur;
Uredi	– ukazi, ki nadzorujejo vrstni red in orientacijo predmetov;

Mreža	– ukazi za ustvarjanje in spreminjanje mrežnih datotek;
Zemljevid	– ukazi za ustvarjanje in spreminjanje zemljevidov;
Okno	– ukazi za upravljanje podrejenih oken;
pomoč	– omogoča dostop do službe za pomoč uporabnikom.

riž. I.2. Pogled okna Surfer ob prvem zagonu v načinu snop dokumenta: 1 – glava z imenom snopa dokumenta; 2 – glavni meni; orodne vrstice: 3 – “glavna” (Main), 4 – “risba” (Risba), 5 – “zemljevid” (Map); kontrolna ravnila (Rulers): 6 – vodoravno,

7 – navpično; 8 – tiskana stran; 9 – netiskalni delovni prostor; drsni trakovi: 10 – navpično, 11 – vodoravno; 12 – statusna vrstica;

13 – upravitelj objektov (Upravitelj objektov)