GEOLOGISKT AVSNITT

Geologisk sektion - en vertikal sektion av jordskorpan från ytan till djupet. Geologiska sektioner sammanställs baserat på geologiska kartor, geologiska observationer och gruvdata (inklusive borrhål), geofysisk forskning etc. Geologiska sektioner är orienterade huvudsakligen tvärs över eller längs anslaget av geologiska strukturer längs raka eller brutna linjer som passerar i närvaro av djupa referensborrhål genom dessa brunnar. Geologiska sektioner påverkas av bergarternas förekomstförhållanden, ålder och sammansättning. De horisontella och vertikala skalorna för geologiska sektioner motsvarar vanligtvis skalan på den geologiska kartan. Vid utformning av gruvföretag och ingenjörsgeologiska undersökningar, på grund av ojämförligheten mellan tjockleken på lösa sediment och längden på profilerna, ökas deras vertikala skala jämfört med den horisontella med tiotals eller fler gånger.

SURFER I GEOLOGI

Golden Software Surfers geografiska informationssystem är nu industristandarden för att plotta funktioner av två variabler. Det finns få företag inom den geologiska industrin som inte använder Surfer i sin dagliga kartläggning. Speciellt ofta, med hjälp av Surfer, skapas kartor i isoliner (konturkartor).

Den oöverträffade fördelen med programmet är interpolationsalgoritmerna som är inbäddade i det, som låter dig skapa digitala ytmodeller med högsta kvalitet med hjälp av data ojämnt fördelade i rymden. Den mest använda metoden, Kriging, är idealisk för att representera data inom alla geovetenskaper.

Logiken för att arbeta med paketet kan representeras i form av tre huvudsakliga funktionsblock:

• · 1. Konstruktion av en digital ytmodell;
• · 2. Hjälpoperationer med digitala ytmodeller;
• · 3. Ytvisualisering.

En digital ytmodell representeras traditionellt som värden i noderna i ett rektangulärt regelbundet rutnät, vars diskrethet bestäms beroende på det specifika problemet som löses. För att lagra sådana värden använder Surfer sina egna GRD-filer (binärt eller textformat), som sedan länge har blivit en standard för matematiska modelleringspaket.

Det finns tre alternativ för att erhålla värden vid rutnätsnoder:

• · 1) baserat på initiala data specificerade vid godtyckliga punkter i regionen (vid noderna i ett oregelbundet rutnät), med hjälp av interpolationsalgoritmer tvådimensionella funktioner;
• · 2) beräkning av värdena för en funktion specificerad av användaren uttryckligen. Surfer-programmet innehåller ett ganska brett utbud av funktioner - trigonometrisk, Bessel, exponentiell, statistisk och några andra;
• · 3) övergång från ett vanligt rutnät till ett annat, till exempel vid ändring av rutnätets diskretitet (här används som regel ganska enkla interpolations- och utjämningsalgoritmer, eftersom man tror att övergången utförs från en slät yta till en annan).

Dessutom kan man förstås använda en färdig digital ytmodell som användaren har erhållit, till exempel som ett resultat av numerisk modellering.

Surfer erbjuder sina användare flera interpolationsalgoritmer: Kriging, Invers Distance to a Power, Minimal Curvature, Radial Bas Functions, Polynomial Regression, Modified Method Shepard's Method (Modified Shepard's Method), Triangulation, etc. Beräkning av ett vanligt rutnät kan utföras för X , Y, Z datauppsättningsfiler av valfri storlek, och själva rutnätet kan ha dimensioner på 10 000 gånger 10 000 noder.

Surfer använder följande typer av kartor som sina huvudsakliga visuella element:

• · 1. Konturkarta. Förutom de vanliga sätten att styra visningslägena för isoliner, axlar, ramar, markeringar, legender etc., är det möjligt att skapa kartor med färgfyllning eller olika mönster av enskilda zoner. Dessutom kan den platta kartbilden roteras och lutas, och oberoende skalning längs X- och Y-axlarna kan användas.
• · 2. Tredimensionell bild av en yta: Wireframe Map (ramkarta), Surface Map (tredimensionell yta). Dessa kartor använder olika typer av projektion och bilden kan roteras och lutas med hjälp av ett enkelt grafiskt gränssnitt. Du kan också rita snittlinjer och isoliner på dem, ställa in oberoende skalning längs X-, Y-, Z-axlarna och fylla enskilda nätelement på ytan med färg eller mönster.
• · 3. Kartor över initiala data (Post Map). Dessa kartor används för att visa punktdata i form av speciella symboler och textetiketter för dem. Samtidigt för att visa numeriskt värde vid en punkt kan du styra storleken på symbolen (linjärt eller kvadratiskt beroende) eller tillämpa olika symboler enligt dataintervallet. Konstruktionen av en karta kan göras med hjälp av flera filer.
• · 4. Grundkarta. Detta kan vara nästan vilken platt bild som helst som erhålls genom att importera filer av olika grafiska format: AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Bitmap Graphics [.TIF], [.BMP], [.PCX], [.GIF ] , [.JPG] och några andra. Dessa kort kan användas till mer än bara enkla bildutgång, men även för att till exempel visa några områden tomma.

Genom att använda olika alternativ för att lägga över dessa huvudtyper av kartor och deras olika placering på en sida kan du få en mängd olika alternativ för att representera komplexa objekt och processer. I synnerhet är det mycket lätt att få olika alternativ för komplexa kartor med en kombinerad bild av fördelningen av flera parametrar samtidigt. Alla typer av kartor kan redigeras av användaren med hjälp av Surfers inbyggda ritverktyg.

Metodik för att konstruera strukturella kartor över taket (botten) av en oljeförande formation och dess geologiska sektion.

• 1. Bygg baserat på filen grundkarta på en skala av 1 cm 1000 meter.
• 2. Digitalisera gränserna för det licensierade området.
• 3. Digitalisera brunnar och spara i format DAT-fil"tak" (kolumn A - longitud, kolumn B - latitud, kolumn C - takdjup, kolumn D - brunnsnummer, kolumn C - brunnstyp: produktion med ett tresiffrigt nummer, resten - prospektering)
• 4. Digitalisera profillinjen. Spara "profilrad" i BLN-format med tom cell B1.
• 5. Skapa en ”Översiktskarta över det licensierade området” med lager – gränser, profillinje och brunnar med bildtexter.
• 6. Lägg till översiktskartan lagret "Strukturkarta över taket av YuS2-formationen" - utjämnat (med en koefficient på 3 för två koordinater), isoliner var 5:e meter (bilaga 1).
• 7. Skapa en "Profil för taket på YUS2-formationen" - den horisontella skalan sammanfaller med kartskalan, den vertikala skalan är 1 cm 5 meter.

programvara för geologisk kartprofil

Mikhail Vladimirovich Morozov:
personlig webbplats

Matematiska modeller (lektion, karta-1): Konstruktion av geokemiska kartor i Golden Software Surfer (allmänt tillvägagångssätt, stadier och arbetets innehåll, rapportformulär)

Tja" Matematiska modelleringsmetoder i geologi"

Kort-1. Konstruktion av geokemiska kartor i Golden Software Surfer: allmänt tillvägagångssätt, stadier och innehåll i arbetet. Anmälningsformulär.
Kort-2. Principer för att arbeta med Golden Software Surfer.

För att hitta platsen för ansamlingen av användbar metall i jordskorpan krävs en geokemisk karta. Hur bygger man det? Detta kräver bra mjukvara och ett systematiskt arbetssätt. Låt oss bekanta oss med principerna och huvudstadierna i detta arbete.

TEORI

Konstruktion av en geokemisk karta i Golden Software Surfer-programmet.

Inledande data. För att konstruera en geokemisk karta är det nödvändigt att förbereda kalkylblad, som innehåller minst tre kolumner: de två första innehåller de geografiska koordinaterna för observations- (provtagnings)punkterna X och Y, den tredje kolumnen innehåller det kartlade värdet, till exempel innehållet av ett kemiskt element.

Koordinater: i Surfer använder vi rektangulära koordinater (i meter), även om du i kartegenskaperna också kan välja bland de möjliga koordinatsystemen olika polära koordinater (i grader-minuter-sekunder). I praktiken, när man arbetar med bilder på ett platt pappersark, är det bekvämare att arbeta i ett rektangulärt koordinatsystem i ett anpassat format.

Var kommer koordinaterna ifrån:
1. Vid dokumentation av punkter på plats tas koordinater från en GPS- eller GLONASS-topografisk enhet i form av polära koordinater (till exempel i koordinatsystemet WGS 84). En topo-referensenhet kan nu se ut som en smartphone, men det är bekvämare och mer pålitligt att använda en speciell enhet, som kärleksfullt kallas en "jeep".
2. Vid överföring av data till en dator från en topografisk lantmätare omvandlas koordinaterna från polära till det rektangulära koordinatsystem som används (till exempel i system UTM, Pulkovo-1942, men du kan också använda lokal geodetiska system som antagits på ett visst företag). För att konvertera polära koordinater till rektangulära koordinater är det bekvämt att använda programmet Ozi Explorer.
3. Kolumnerna i ett kalkylblad som är förberett för att arbeta med Surfer bör innehålla rektangulära koordinater i meter.

Kartläggningsmängd: för att bygga en träningskarta i isoliner kommer vi att använda logaritm av innehåll något kemiskt element. Varför logaritm? Eftersom lagen för distribution av mikroelementinnehåll nästan alltid är logaritmisk. Naturligtvis i riktigt arbete först måste du kontrollera distributionslagen för att välja typ av kvantitet: det ursprungliga värdet eller dess logaritm.

Typer av kartor som används inom geokemi. Utöver konturkartan använder geokemister ofta vissa andra typer av kartor, men inte alla av den stora variation av karttyper som Surfer kan bygga, utan bara strikt definierade sådana. De är listade nedan.

1. Faktakarta. Det är en uppsättning punkter som visar provtagningsplatser på marken. Nära punkterna kan du visa markörer - strejknummer, men under geokemiska sökningar finns det så många punkter att etiketterna vanligtvis bara "belamrar" kartutrymmet och inte visas. För att bygga en faktakarta använder vi funktionen Postkarta.

2. Punktkarta över innehållet i kemiska element. På den indikerar cirklar (eller andra symboler) av olika storlekar olika innehåll av ett kemiskt element vid provtagningspunkterna. Om vi ​​använder en sådan karta behövs inte längre en separat faktakarta - punkterna på båda kartorna kommer att överlappa varandra. En punktkarta (eller "affischkarta") är konstruerad så att höga nivåer av det element som söks är iögonfallande. Förklaringen anger överensstämmelsen mellan storleken på cirkeln och innehållet i elementet i g/t. Förutom storleken kan färgen på cirkeln ändras. Varje typ (storlek, färg) av mugg motsvarar ett manuellt tilldelat innehållsintervall. De där. olika typer cirklar är olika klasser av punkter baserat på elementinnehåll. Därför kallas verktyget för att skapa en sådan karta Klassad postkarta. Det är bekvämt att bygga en postningskarta ovanpå isolinkartan för att se hur den senare (som är en beräknad karta, d.v.s. byggd utifrån resultaten av datainterpolation) kombineras med de ursprungliga som erhållits från laboratoriet, dvs. "sant" innehåll. Det är bekvämt att rita ut postningen av ett viktigt element (till exempel guld) på kartan i isolinerna för en annan sökparameter (satellitelement, statistisk faktor, geofysisk parameter, etc.). Viktigt: efter konstruktionen kan en karta av typen Klassad postkarta inte konverteras till en postkarta och vice versa.

3. Karta i isoliner. Den faktiska kartan över den önskade parametern, där olika graderingar av innehåll visas med olika färgade fyllningar. Kräver också en förklaring som associerar fyllningsfärgen med betygsnivån. Gradering av fyllningar justeras manuellt. Verktyg - Konturkarta. Förutom det faktiska innehållet i element (eller deras logaritmer) används kartor över flerelementsindikatorer i stor utsträckning inom geokemi. Dessa kan vara multiplikativa koefficienter (där innehållet i flera element multipliceras), kartor över faktorvärden (huvudkomponenter) etc. Egentligen är uppgiften för en geokemist att hitta en indikator som gör att han kan lösa ett geologiskt problem. Eftersom sådana indikatorer som regel uttrycks i elements kollektiva beteende, är det ganska naturligt att monoelementkartor (d.v.s. kartor över ett enskilt element) ofta är mindre informativa än multielementkartor. Därför föregås vanligtvis stadiet med att konstruera kartor av stadiet statistisk bearbetning data med att erhålla resultaten av multivariat statistisk analys, till exempel PCA (principal component method).

4. Skissera kartan. Som standard skapar Surfer en rektangulär karta. Om provtagningspunkterna inte bildar en rektangel, visar det sig att provtagningsområdet är inskrivet i en artificiellt skapad rektangel, i vilken del av området inte faktiskt provades. Konturkartan kommer att täcka hela området, så oprövade områden på kartan kommer att innehålla fiktiva data. För att undvika detta är det nödvändigt att begränsa kartkonstruktionsområdet till den del av området för vilken provtagningsdata finns tillgängliga. För att göra detta måste provtagningsområdet markeras med en speciell linje, som kan ritas manuellt. Utmatning av slagkonturen utförs med funktionen Grundkarta.

Stadier av kartkonstruktion.

3. Konstruktion av en faktakarta [karta-3]. 5. Konstruktion av en punktkarta ("posteringskarta") [karta-5]. 9. Konstruktion av en ytkarta och dess design för att uppnå optimalt informationsinnehåll [karta-6, fortsättning].

PROCEDUR FÖR UTFÖRANDE AV ARBETET

Given: innehållsförteckning för ett kemiskt element och dess logaritmer med koordinater för provtagningspunkter.

Träning:

1. Bygg en faktakarta.

2. Konstruera en punktkarta baserad på innehållet i ett kemiskt element, välj visningar av punkter för olika klasser.

3. Skapa en kontur av kartläggningsområdet själv och konstruera den.

4. Kombinera områdeskontur, elementpunktkarta och faktakarta till i denna ordning i objekthanteraren. Visa en förklaring för en punktkarta.

5. Konstruera en rutnätsfil ("grid") för logaritmer av elementinnehåll med hjälp av trianguleringsmetoden, kontrollera den. Upprepa med andra metoder.

6. Konstruera ett variogram för att konstruera en rutnätsfil med kraigingmetoden, kontrollera det.

7. Konstruera en rutnätsfil ("grid") för logaritmer av elementinnehåll med hjälp av kraigingmetoden med variogramparametrar.

8. Jämna ut den resulterande mesh-filen med ett enkelt filter.

9. Återställ rutnätsfilen från logaritmer till innehåll.

10. Trimma nätfilen längs den tidigare skapade konturen.

11. Konstruera ytkartor i isoliner och gradientfyllning med hjälp av de skapade mesh-filerna, lägg till förklaringar.

12. Exportera konstruerade kartor som JPG-filer, infoga i rapporten i Word-format (DOC).

Anmälningsformulär.

), uppkallad efter staden Golden, Colorado, där den ligger, har funnits sedan 1983 och utvecklar vetenskapliga grafikpaket. Dess första mjukvaruprodukt, Golden Graphics System, släpptes samma år, designades för att bearbeta och visa bilder av datamängder som beskrivs av en tvådimensionell funktion som z=f(y,x). Därefter fick detta paket namnet Surfer, som har funnits kvar med det till denna dag. Och två år senare dök Grapher-paketet upp, designat för att bearbeta och visa grafer av datamängder och funktioner som y=f(x).

Det var dessa DOS-paket som var mycket populära (naturligtvis i form av illegala kopior) i slutet av 80-talet bland sovjetiska specialister som var involverade i olika aspekter av matematisk databehandling, främst inom ett brett spektrum av geovetenskaper, såsom geologi, hydrogeologi, seismik, ekologi, meteorologi, samt inom andra närliggande områden.

Samtidigt började vi aktivt arbeta med Surfer 4-paketet för DOS. Till skillnad från våra kollegor från andra avdelningar (vårt institut genomförde forskning inom området tekniska undersökningar inom konstruktion), som var engagerade i att lösa mycket specifika problem på specifika platser och arbetade med Surfer som en fristående produkt för slutanvändare, var vi som utvecklare lockas av möjligheterna till inbyggd användning av detta paket i våra egna program.

Idén var väldigt enkel - Surfer kunde arbeta både interaktivt och i batch-läge och prestera en viss sekvens funktioner baserade på data från kommando- och informationsfiler. Genom att generera dessa filer i våra program kunde vi tvinga ett externt paket att utföra de operationer vi behövde. Samtidigt misstänkte användaren, som till exempel tittade på en bild av en isoline-karta eller skrev ut den, inte ens att han arbetade med något annat paket.

Sammantaget gillade vi verkligen Surfer. Vi betraktar det fortfarande som ett klassiskt exempel på en utmärkt mjukvaruprodukt. Ett bekvämt interaktivt gränssnitt utan arkitektoniska krusiduller, ett öppet och begripligt gränssnitt för programmeraren, beprövade matematiska algoritmer, mycket kompakt kod, blygsamma förfrågningar om resurser. Kort sagt, det var en stil av mjukvaruskapande, till stor del förlorad idag, som respekterade framtida användare inte i ord utan i handling. (Vi är mycket glada över att denna stil bevarades i efterföljande utvecklingar av Golden Software.)

Enligt versionen som hördes 1994 vid den internationella konferensen om analytiska geofiltreringsmodeller i Indianapolis, var författaren till Surfer och grundaren av företaget en doktorand i hydrogeologi vid ett av de amerikanska universiteten. De "geologiska" rötterna för företagets produkter verkar nästan vara ett uppenbart faktum.

Faktiskt är staden Golden liten och modig. Det är hem för det välkända utbildningscentret för geovetenskaper Colorado School of Mines och dess systerföretag, International Ground Water Modeling Center, som också skapar, testar och distribuerar hydrogeologiska program (inklusive de som tillhandahålls av oberoende utvecklare).

Tiden går, men trots ganska hård konkurrens fortsätter Golden Software-paket (främst Surfer) att vara mycket populära både i USA och i andra länder. Länkar till dem finns i nästan alla vetenskapliga publikationer eller mjukvaruprodukter relaterade till numerisk modellering och bearbetning av experimentella data.

1990 tillkännagav företaget att utvecklingen av versioner för DOS upphörde och att utvecklingen av mjukvaruprodukter för Windows började. 1991 dök ett nytt MapViewer-paket upp (ett verktyg för att analysera och visualisera geografiskt distribuerad numerisk information och konstruera informativa tematiska kartor - Thematic Mapping Software), och sedan släpptes Windows-versioner av redan kända paket: 1993 - Grapher 1.0 och 1994 - Surfer 5.0. 1996 släpptes en annan ny produkt - Didger (digitalisering grafisk information), som mycket framgångsrikt kompletterade funktionaliteten hos andra Golden Software-program.

Här bör det dock betonas att, efter att ha stoppat utvecklingen av versioner för DOS, fortsatte företaget att stödja dem fram till 1995: försäljning licensierade kopior, konsultationer etc. En sådan respektfull attityd gentemot användaren (att sälja vad kunden behöver, och inte arbeta efter principen "ta vad du har"), förstår du, är sällsynt idag.

Sammantaget är Golden Software ett mycket lärorikt exempel på den hållbara positionen för ett litet företag som utvecklar och säljer sina mjukvaruprodukter inom sin "ekologiska nisch" på den globala datormarknaden.

Dessutom bör det noteras att framväxten av kraftfulla system som verkar göra "allt-allt-allt" (till exempel införandet av grafiska verktyg i kalkylblad eller GIS med sina möjligheter att bearbeta kartografisk information) inte har skakat positionen för små specialiserade mjukvarupaket. Sådan specialiserad programvara överträffar avsevärt stora integrerade system i funktionalitet och användarvänlighet. Den sista fördelen är särskilt viktig när man analyserar en enorm mängd experimentella data, och inte bara när man genererar forskningsresultat i form av presentationsgrafik. Till detta bör läggas de mer blygsamma kraven på sådana program när det gäller datorkraft och dess pris.

Golden Software erbjuder för närvarande fyra produkter för Windows 95/98/NT: Surfer 6.0, Grapher 2.0, MapViewer 3.0 och Didger 1.0. Det är exakt vad vi kommer att prata om i vår recension.

Surferpaket - bearbetning och visualisering av tvådimensionella funktioner

Surfer 5.0 för Windows 3.x släpptes 1994. Ett år senare, samtidigt med lanseringen av Windows 95, släpptes Surfer 6.0, som presenterades i två versioner - 32-bitars att fungera i Windows miljö NT och Windows 95 och 16-bitars för Windows 3.1. När du installerar ett paket kan användaren antingen själv välja den önskade versionen av programmet eller anförtro detta till installationsprogrammet, som bestämmer systemkonfigurationen och väljer version automatiskt. Vi kommer att beskriva paketet enligt följande: först kommer vi att prata om funktionerna i version 5.0 och sedan om innovationerna i Surfer 6.0.

Huvudsyftet med Surfer är att bearbeta och visualisera tvådimensionella datamängder som beskrivs av en funktion som z=f(x, y). Logiken i att arbeta med paketet kan representeras i form av tre huvudsakliga funktionsblock: a) konstruktion av en digital ytmodell; b) Hjälpoperationer med digitala ytmodeller; c) ytvisualisering.

Konstruktion av en digital ytmodell

Trots allt imponerande med grafisk datavisualisering är höjdpunkten i sådana paket naturligtvis den matematiska apparat som är implementerad i dem. Faktum är att, utan att få ett tydligt svar på frågan: "Vilken metod är grunden för datatransformation och var kan du se en bedömning av tillförlitligheten av alla dessa transformationer?", användaren (i det här fallet troligen en scientist) kanske inte längre är intresserad av alla andra fördelar med programmet.

En digital ytmodell representeras traditionellt som värden i noderna i ett rektangulärt regelbundet rutnät, vars diskrethet bestäms beroende på det specifika problemet som löses. För att lagra sådana värden använder Surfer sina egna GRD-filer (binärt eller textformat), som sedan länge har blivit en slags standard för matematiska modelleringspaket.

I princip finns det tre möjliga alternativ för att erhålla värden vid rutnätsnoder; alla är implementerade i paketet:

1. enligt initiala data specificerade vid godtyckliga punkter i regionen (vid noderna i ett oregelbundet rutnät), med användning av interpolationsalgoritmer för tvådimensionella funktioner;
2. beräkna värdena för en funktion som uttryckligen anges av användaren; paketet innehåller ett ganska brett utbud av funktioner - trigonometrisk, Bessel, exponentiell, statistisk och några andra (Fig. 1);
3. övergång från ett vanligt rutnät till ett annat, till exempel när du ändrar rutnätets diskretitet (här används som regel ganska enkla interpolations- och utjämningsalgoritmer, eftersom det anses att övergången utförs från en slät yta till en annan) .

Dessutom kan du naturligtvis använda en färdig digital ytmodell som användaren har erhållit, till exempel som ett resultat av numerisk modellering (detta är ett ganska vanligt alternativ för att använda Surfer-paketet som en postprocessor).

Det första alternativet för att få en rutnätsmodell finns oftast i praktiska problem, och det är algoritmerna för att interpolera tvådimensionella funktioner när man går från ett oregelbundet rutnät till ett vanligt som är paketets "trumfkort".

Faktum är att proceduren för att gå från värden på diskreta punkter till ytan är icke-trivial och tvetydig; För olika uppgifter och typer av data krävs olika algoritmer (eller snarare inte "obligatoriskt", utan "bättre lämpade", eftersom ingen som regel är 100% lämplig). Således bestäms effektiviteten av ett program för att interpolera tvådimensionella funktioner (detta gäller även problemet med endimensionella funktioner, men för tvådimensionella är allt mycket mer komplicerat och varierat) av följande aspekter:

1. en uppsättning olika interpolationsmetoder;
2. forskarens förmåga att kontrollera olika parametrar för dessa metoder;
3. tillgängligheten av medel för att bedöma noggrannheten och tillförlitligheten hos den konstruerade ytan;
4. möjligheten att förtydliga resultatet utifrån personlig erfarenhet expert, med hänsyn till en mängd ytterligare faktorer som inte kunde återspeglas i källdata.

Surfer 5.0 erbjuder sina användare sju interpolationsalgoritmer: Kriging, Invers Distance, Minimal Curvature, Radial Bas Functions, Polynomial Regression, Shepard's Method , som är en kombination av den inverterade avståndsmetoden med splines) och triangulering. Regelbundna mesh-beräkningar kan nu utföras på X, Y, Z datasetfiler av valfri storlek, och själva nätet kan vara 10 000 x 10 000 noder i storlek.

En ökning av antalet interpolationsmetoder kan avsevärt utöka utbudet av problem som ska lösas. I synnerhet kan trianguleringsmetoden användas för att konstruera en yta med hjälp av exakta värden på initialdata (till exempel jordens yta enligt geodetiska undersökningsdata), och polynomregressionsalgoritmen kan användas för att analysera trenden för yta.

Samtidigt ges stora möjligheter att styra interpoleringsmetoder från användarens sida. I synnerhet den mest populära geostatistiska Kricking-metoden vid bearbetning av experimentella data inkluderar nu möjligheten att använda olika modeller variogram, med användning av en variation av algoritmen med drift, och med hänsyn till anisotropi. När du beräknar ytan och dess bild kan du också ställa in gränsen för ett territorium med godtycklig konfiguration (Fig. 2).

Dessutom finns en inbyggd grafikredigerare för inmatning och korrigering av rutnätsdatavärden, medan användaren omedelbart ser resultatet av sina handlingar i form av ändringar i isolinkartan (fig. 3). För en hel klass av problem (särskilt de som är relaterade till beskrivningen av naturliga data), som i regel inte kan beskrivas med en exakt matematisk modell, är denna funktion ofta helt enkelt nödvändig.

Datainmatning utförs från [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) eller vanliga ASCII-textfiler, samt från Excel [.XLS]-kalkylblad. och Lotus [.WK1, .WKS]. Källinformation kan också matas in eller redigeras med hjälp av paketets inbyggda kalkylblad, och ytterligare dataoperationer som sortering och talomvandling med användardefinierade ekvationer är möjliga.

Hjälpoperationer med ytor

Surfer för Windows har stort set ytterligare medel för att konvertera ytor och olika operationer med dem:

• beräkning av volymen mellan två ytor;
• övergång från ett vanligt rutnät till ett annat;
• yttransformation med hjälp av matematiska operationer med matriser;
• ytdissektion (profilberäkning);
• ytarea beräkning;
• jämna ut ytor med matris- eller splinemetoder;
• filformatkonvertering;
• ett antal andra funktioner.

Kvaliteten på interpolationen kan bedömas med hjälp av en statistisk bedömning av avvikelserna för de ursprungliga punktvärdena från den resulterande ytan. Dessutom kan statistiska beräkningar eller matematiska transformationer utföras för alla delmängder av data, inklusive användning av användardefinierade funktionella uttryck.

Visualisering av ytbilder

En yta kan representeras grafiskt i två former: konturkartor eller tredimensionella bilder av ytan. Samtidigt bygger Surfers arbete på följande principer för deras konstruktion:

1. erhålla en bild genom att lägga över flera transparenta och ogenomskinliga grafiska lager;
2. import av färdiga bilder, inklusive de som erhållits i andra applikationer;
3. använda speciella ritverktyg, samt använda textinformation och formler för att skapa nya och redigera gamla bilder.

Genom att använda ett gränssnitt för flera fönster kan du välja det mest bekväma driftläget. I synnerhet kan du samtidigt se numerisk data i form av ett kalkylblad, en karta baserad på dessa data och bakgrundsinformation från en textfil (fig. 4).

Surfer 5.0 använder följande karttyper som sina huvudsakliga visuella element:

1. Konturkarta. Förutom de redan traditionella sätten att styra visningslägena för isoliner, axlar, ramar, markeringar, legender etc., implementeras möjligheten att skapa kartor genom att fylla enskilda zoner med färg eller olika mönster (Fig. 5). Dessutom kan den platta kartbilden roteras och lutas, och oberoende skalning längs X- och Y-axlarna kan användas.
2. Tredimensionell bild av en yta (3D Surface Map). Dessa kartor använder olika typer av projektion och bilden kan roteras och lutas med hjälp av ett enkelt grafiskt gränssnitt. Du kan också rita snittlinjer och isoliner på dem (Fig. 6), ställa in oberoende skalning längs X-, Y-, Z-axlarna och fylla individuella rutnätselement på ytan med färg eller mönster.
3. Karta över initiala data (Post Map). Dessa kartor används för att visa punktdata i form av speciella symboler och textetiketter för dem. I det här fallet, för att visa det numeriska värdet vid en punkt, kan du styra storleken på symbolen (linjärt eller kvadratiskt beroende) eller använda olika symboler i enlighet med dataområdet (fig. 7). Konstruktionen av en karta kan göras med hjälp av flera filer.
4. Grundkarta. Detta kan vara nästan vilken platt bild som helst som erhålls genom att importera filer av olika grafiska format: 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] och några andra. Dessa kartor kan användas inte bara för att bara visa en bild, utan även för att till exempel visa vissa områden som tomma. Dessutom kan dessa kartor, om så önskas, användas för att erhålla gränser vid utförande av ytberäkningar, transformering, dissekering etc.

Genom att använda olika alternativ för att lägga över dessa huvudtyper av kartor och deras olika placering på en sida kan du få en mängd olika alternativ för att representera komplexa objekt och processer. I synnerhet är det mycket lätt att få olika alternativ för komplexa kartor med en kombinerad bild av fördelningen av flera parametrar samtidigt (fig. 8). Alla typer av kartor kan redigeras av användaren med hjälp av Surfers inbyggda ritverktyg.

Att presentera flera kartor i form av en tredimensionell "hylla" är också mycket effektivt och bekvämt för analys. Dessutom kan detta antingen vara en annan representation av samma datamängder (till exempel en tredimensionell bild plus en färgisoleringskarta: Fig. 9), eller en serie av olika uppsättningar, till exempel areafördelningen av en parameter vid olika tidpunkter eller flera olika parametrar (fig. 10).

Alla dessa bildrepresentationsmöjligheter kan vara mycket användbara vid jämförande analys av inverkan av olika interpolationsmetoder eller deras individuella parametrar på utseendet på den resulterande ytan (Fig. 11).

Separat bör problemet med att använda ryska teckensnitt tas upp. Faktum är att SYM-teckensnitten som medföljer paketet, naturligtvis, inte är russifierade, så du måste använda Windows TrueType-teckensnitt. Men de är inte lämpliga för vissa bildutmatningslägen; till exempel när text visas i en vinkel, förvrängs tecken ibland till oigenkännlighet. I det här fallet är det bättre att använda SYM-vektorteckensnitt med en linjedesign (de är alltid tydligt synliga), och endast latinska är tillgängliga i färdig form. Det finns dock en ganska enkel lösning på detta problem.

DOS-versionen av Surfer hade särskild nytta ALTERSYM för att skapa dina egna SYM-teckensnittsuppsättningar (tyvärr försvann det i Windows-versionen, så du kan använda DOS-versionen). Men det låter dig skapa och redigera endast den grundläggande teckenuppsättningen (ASCII-koder 32-127). Vi löste en gång det här problemet för DOS-versionen på följande sätt: vi skrev ett verktyg som skapar en komplett uppsättning symboler (1-255) från tomma filer skapade av ALTERSYM-programmet, med vilka utdatamodulerna VIEW och PLOT fungerar perfekt. Detta tillvägagångssätt är ganska lämpligt för Windows-versionen av Surfer.

De resulterande grafiska bilderna kan matas ut till valfri utskriftsenhet som stöds av Windows, eller matas ut till ett filformat som AutoCAD [.DXF], Windows Metafile [.WMF], Windows Clipboard [.CLP], såväl som HP Graphics Language [. .HPGL] och Encapsulated PostScript [.EPS]. Tvåvägsutbyte av data och grafik med andra Windows-applikationer kan också utföras via Windows Urklipp. Dessutom kan grafiska bilder förberedda i Surfer exporteras till MapViewer-paketet, lägga över en karta över territoriet på det och få en karta över fördelningen av denna parameter i ett specifikt territorium (fig. 12 och ).

Makropaketkontroller

I Surfer 5.0, skapat redan 1994, nästan samtidigt med kontorspaket Microsoft Office 4.0 implementerades en objektkomponentmodell baserad på stöd för OLE 2.0 Automation-mekanismen (det som idag kallas ActiveX). Detta gör det möjligt att integrera Surfer som en ActiveX-server i komplexa databehandlings- och modelleringssystem.

På alla språk som också stöder denna mekanism (till exempel Visual Basic, C++ eller Visual Basic för applikationer) kan du skriva en kontrollmakrofil för Surfer. I synnerhet, med hjälp av en uppsättning makrofiler, kan du automatiskt utföra vissa ofta upprepade uppgifter. Eller så kan en sådan fil genereras under exekveringen av valfritt applikationsberäkningsprogram för automatisk databearbetning och visualisering.

Till exempel, följande funktion, skriven i VB, skapar en konturkarta och infogar dess bild i ett kalkylblad som heter "Sheet1":

• Funktion MakeMap();
• definiera Surf-variabeln som ett objekt Dim Surf som objekt;
• ställa in mappningen mellan Surf-variabeln och Surfer-programmet Set Surf = CreatObject("Surfer.App") GrdFile$ = "c:\winsurf\demogrid.grd";
• mata in GRD-filnamn;
• exekvering av makrokommandon av Surfer-paketet Surf.MapCountour(GrdFile$);
• bygga en isolinkarta Surf.Select;
• välj bild Surf.EditCopy;
• kopiera den valda bilden till klippbordet;
• detta är redan ett Excel-kommando - klistra in en bild från Urklipp i den aktuella positionen för tabellen Sheet1 Worksheets("Sheet1").Picture.Paste End Function.

Innebörden av denna procedur är ganska tydlig. Först definieras Surf-variabeln som ett objekt och tilldelas Surfer-paketet (Surfer.App). Nästa är de kommandon som VBA redan tolkar som anrop till Surfer-funktioner (deras namn motsvarar de kommandon som användaren väljer i dialogläge), exekveras genom ActiveX-mekanismen.

Dessutom har Surfer-paketet ett eget makrospråk, som egentligen är en typ av VBA och används för att skriva kontrollfrågor i ett speciellt program SG Scripter (fil GSMAC.EXE). Med hjälp av ett så enkelt program kan du till exempel implementera ett makro som automatiskt konstruerar konturkartor för en uppsättning källdata med alla sju interpolationsmetoder:

• skapa ett Surfer-objekt Set Surf = CreateObject("Surfer.App");
• konstruera en karta med användning av varje interpolationsmetod;
• för källdatafilen DEMOGRID.DAT För metod = 0 till 6;
• öppen nytt dokument ritning Surf.FileNew();
• beräkning av GRD-filen med den aktuella interpolationsmetoden If Surf.GridData("DEMOGRID.DAT", GridMethod= Method,_ OutGrid="SAMPLE") = 0 Then End;
• konstruera en isolinkarta Om Surf.MapContour (“SAMPLE”) = 0, avsluta sedan nästa.

Starta in automatiskt läge Liknande uppgifter, som presenteras som ett program skrivet i GS Scripter, kan utföras antingen från kommandoraden:

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

eller från valfritt program som använder kommandot SHELL:

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

(omkopplaren /x indikerar behovet automatiskt utförande program task.bas).

GS Scripter kan också användas för att styra andra program som stöder ActiveX (till exempel för att arbeta med MS Office).

Vad är nytt i Surfer 6.0

Som vi redan sa kommer Surfer 6.0 i 16- och 32-bitarsversioner. Men utöver detta har flera användbara funktionella tillägg dykt upp. Först och främst bör det noteras att det är möjligt att använda ytterligare två typer av bakgrundskartor när man konstruerar platta bilder: Bildkarta och Shaded Relief Map.

Image Maps inbyggda ritverktyg gör det ganska enkelt och snabbt att skapa färgkartor. I det här fallet kan du använda flerfärgsfyllning av bilder, inklusive att använda färgkombinationer som skapats av användaren.

Men det som är särskilt imponerande är funktionerna i Shaded Relief Map, som gör att du kan få bilder som högkvalitativa fotografier direkt i Surfer-miljön (Fig. 14), som kan användas både för gemensam användning med konturkartor och oberoende av varandra. . Detta gör att användaren kan kontrollera alla parametrar som behövs för att skapa de mest uttrycksfulla bilderna, inklusive ljuskällans placering, relativ lutning, skuggningstyp och färg. Användaren av paketet har också fler möjligheter att visualisera data och ordna olika bilder på en skärm (bild 15).

Uppsättningen av hjälpoperationer vid bearbetning av digitala ytor har utökats. Med hjälp av de nya Grid Calculus-funktionerna kan du bestämma lutningen, krökningen och horisontlinjen för en vy vid en specifik punkt på en yta, samt beräkna första och andra derivator för Fourierfunktioner och spektralanalys. Och ytterligare Grid Utilities-verktyg låter dig transformera, skifta, skala, rotera och spegla data i GRD-filer (ett format för att lagra värden i vanliga rutnätsnoder). Efter detta kan du göra valfritt val av en delmängd av datamängden genom antal kolumner och kolumner eller helt enkelt godtyckliga rutnätsnoder.

Ur den matematiska apparatens synvinkel för att konstruera en yta verkar det vara väldigt viktigt att implementera en annan interpolationsalgoritm - Nearest Neighbor, såväl som tre nivåer av variogramkapsling, vilket gör att du kan skapa mer än 500 resulterande kombinationer.

Tidigare skapade bilder baserade på olika typer kartor (Konturkarta, Shaded Relief Map, Post Map, Image Map) kan användas som en mall genom att ersätta en ny GRD-fil med befintliga kartor. Dessutom, nu, efter att ha kombinerat flera lager av olika kartor till en bild, kan du sedan separera dem i sina ursprungliga element och göra om dem baserat på ny data.

Bland de rena servicefunktionerna bör vi lyfta fram möjligheten att mata in digitaliseringsdata för gränslinjer och godtyckliga punkter från skärmen direkt i en ASCII-fil, samt att automatiskt skapa en legend för olika typer av Post Map-punkter. Du kan nu importera Digital Elevation Model-filer (DEM) direkt från Internet (eller någon annan informationskälla) som en digital ytmodell. Och slutligen, nya dataexportformat låter dig spara kartbilder i nästan alla rasterformat (PCX, GIF, TIF, BMP, TGA, JPG och många andra).

Fortsättning följer

ComputerPress 2"1999

Mjukvaruverktyg och teknologier som används för bearbetning av geologisk och geofysisk information: standardprogram för MSOffice;
program för bearbetning av statistisk information
(Statistica, Coscade);
datorgrafikprogram:
standardprogram (CorelDraw, Photoshop...);
tekniska grafikprogram (Surfer, Grapher, Voxler,
Strater);
datorstödda designsystem
(AutoCAD, etc.);
specialiserade bearbetningssystem och
tolkning av geologisk och geofysisk information;
komplexa analys- och tolkningssystem
geologiska och geofysiska data;
geografiska informationssystem.

Disciplinplan
Kursinnehåll:
Poäng
1. Grunderna i kartläggning i ett mjukvarupaket
Surfer (Golden Software).
40 (16)
2. Skapa tredimensionella modeller av fält i programmet
Voxler (Golden Software).
20 (8)
3. Grunderna i design i Autocad (Autodesk)
40 (17)
4. Lösa geologiska problem i geoinformation
ArcGIS-system (ESRI)
30 (12)
5. Skapande av en 3D-modell av insättning och beräkning av reserver i
Micromine (Micromin) system.
30 (12)
slutprov
40 (17)

ÄMNE nr 1.

Grunderna i kartläggning
Surfer mjukvarupaket

Surferprogram (Golden Software, USA)

Huvudsyftet med paketet är att bygga
kartor av ytor z = f(x, y).
3D-projektion

Programgränssnitt

Paneler
verktyg
Meny
program
Tomtfönster
Arbetsbladsfönster
Chef
föremål

Systemstruktur

Programmet innehåller 3 huvud
funktionella block:
1. konstruktion
digital modell
ytor;
2. hjälpoperationer med digital
ytmodeller;
3. ytvisualisering.

Konstruktion av en digital ytmodell
Den digitala modellen av ytan Z(x, y) är representerad
i form av värden i noderna i ett rektangulärt regelbundet rutnät, diskrethet
som bestäms beroende på det specifika problem som löses.
y
x ≠ y
x
y
z1
z5
z9
z13
z17 nod
z2
z6
z10
z14
z18
z3
z7
z11
z15
z19
z4
z8
z12
z16
z20
x

Filer av typen [.GRD] (binär eller
textformat).
antal celler längs X- och Y-axlarna
min och max värden för X, Y, Z
linje y
(Y=konst)
rad x
(X=konst)
Surfer-programmet låter dig använda färdiga digitala modeller
ytor i format av andra system USGS [.DEM], GTopo30 [.HDR],
SDTS [.DDF], Digital Terrain Elevation Model (DTED) [.DT*] .

Paketet innehåller 3 alternativ
få värden vid rutnätsnoder:
enligt de initiala data som specificeras vid godtyckliga punkter i regionen (i
noder i ett oregelbundet rutnät), med hjälp av algoritmer
interpolation av tvådimensionella funktioner;
beräkna värdena för en funktion som uttryckligen anges av användaren;
övergång från ett vanligt rutnät till ett annat.

Skapa ett rutnät från en oregelbunden datamängd
Initial data:
Formattabeller [.BLN], [.BNA], [.CSV], [.DAT], [.DBF], [.MDB], [.SLK],
[.TXT], [.WKx], [.WRx], [.XLS], [.XLSX]
XYZ-data

Val
data
Menyalternativ Rutnät>Data
Välja en metod
interpolation
Definiera Mesh Geometri

Väljer rutnätets cellstorlek
Valet av nätverkstäthet bör göras i enlighet med
källdata eller erforderlig kartskala.
Om skalan på vilken kartan måste ritas är känd, då steget
mellan rutnätslinjer måste ställas in lika med antalet enheter
kort som passar in i 1 mm bilder.
Till exempel, i en skala av 1:50 000 är detta 50 m.
Om den erforderliga skalan inte är känd i förväg, steget mellan raderna
rutnät kan ställas in på halva medelavståndet
mellan datapunkter.

Gridningsmetoder

Omvänt avstånd
Kriging
Minsta krökning
Polynomregression
Triangulering med linjär interpolation
linjär interpolation),
Närmaste granne
Shepard's Method (Shepard's Method),
Radiella basfunktioner
Glidande medelvärde osv.

INTERPOLATION:
Triangulering med linjär metod
Interpolation
Triangulering med linjär interpolationsmetod
Linjär interpolation) är baserad på Delaunay-triangulering över ingångspunkter och
linjär interpolering av ythöjder inom plana ytor.
z
peka med det okända
värden (nod)
x
y
Delaunay triangulering
poäng med kända
värden

INTERPOLATION: Inverterat avstånd till en effekt (IDW) metod
Omvänt avstånd till en effektmetod
beräknar cellvärden genom att medelvärdena värden vid referenspunkter,
belägen i närheten av varje cell. Ju närmare punkten är cellens mitt,
vars värde beräknas, desto större inflytande eller vikt har den i
medelvärdesprocess
7,5
11,8
,
100 m
Var
150 m
60 m
3,0
i – vikten av det uppmätta värdet;
k – exponent
?
70 m
21,6
poäng med kända
värden
?
poäng med okända
värden
Radie
interpolation

INTERPOLATION: Minimum Curvature-metod
Minimum Curvature-metoden beräknar värden med
med hjälp av en matematisk funktion som minimerar summan
krökning av ytan och bygger en slät yta som passerar igenom
referenspunkter

Interpolation: Polynomregressionsmetod
Metoden Polynomial Regression baseras på
approximation av ytan med ett polynom av en viss ordning:
z(x)=a0+a1x1+a2x2+…..+anxn - polynom av n:e ordningen
Minsta kvadratmetoden minimerar summan
- beräknat (uppskattat) värde för parametern z
- observerat värde för parametern z

första beställning
Approximation av en yta med ett polynom
andra beställning

Interpolation: Kriging-metod
Krigingmetoden bygger på statistiska modeller som
ta hänsyn till rumslig autokorrelation (statistiskt samband
mellan referenspunkter)
Slumpmässiga men rumsligt korrelerade fluktuationer
höjder
Slumpmässigt brus
(stenblock)
Drift (allmän trend)
höjdförändringar)
Illustration av kriging element. Drift (allmän tendens), slumpmässig, men
rumsligt korrelerade höjdfluktuationer (små avvikelser från det allmänna
trender) och slumpmässigt brus.

Variogram
Halvdispersion (avstånd h) = 0,5 * medel[ (värde vid punkt i – värde vid punkt j)2]
för alla par av punkter åtskilda av avstånd h
Semi-dispersion
h
h
Avstånd (fördröjning)
Semi-dispersion
Bildning av par av poäng:
den röda pricken parar sig med alla
andra mätpunkter
Resterande
dispersion
(guldklimp)
Begränsa
radie
korrelationer
(räckvidd)
Avstånd (fördröjning)

Semivariogram modellering
Semi-dispersion
Semi-dispersion
Avstånd (fördröjning)
Sfärisk modell
Avstånd (fördröjning)
Semi-dispersion
Exponentiell modell
Avstånd (fördröjning)
Linjär modell

Beräkning av värden i nätverksnoder
7,5
11,8
poäng med kända
värden
100 m
150 m
60 m
3,0
?
poäng med okända
värden
?
70 m
21,6
i – vikten av det uppmätta värdet,
beräknad
på
grund
modeller
variogram
Och
rumslig
fördelning av mätpunkter runt
punkt som bedöms
Radie
interpolation

Jämförelse av interpolationsmetoder
Tillbaka
viktad
avstånd
Triangulering med
linjär
interpolation
Minimum
krökning
Kriging

Ytterligare alternativ
IV
R2
1. Definiera området för källdata för beräkning av värden i noder
rutnätsfil
jag
R1
III
II

2. Redovisning av ”avbrott” och fel
Fel
Med hjälp av uppgiften Fel simuleras positionen
fel/omvänd feltyp.
Filstruktur [.BLN]
Antal poäng
objekttilldelningar
Koda
(0—rutnät återställs utanför
kontur,
1- rutnätsåterställning
inuti konturen)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Xn
Yn
Missionsfel
Bokföringsfel stöder interpolationsmetoder: Inverst avstånd till a
Effekt, minsta krökning, närmaste granne och datamått.

Breaklines
Filstruktur [.BLN]
Kvantitet
poäng
uppgifter
objekt
Koda
(0-rutnät återställs
utanför konturen
1- rutnätsåterställning
inuti
kontur)
X1
Y1
Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
Xn
Yn
Zn
Mission Breakline
Breakline-redovisning stöder interpolationsmetoder:
Inverst avstånd till en kraft, krängning, minsta krökning,
Närmaste granne, radiell basfunktion, glidande medelvärde, lokal
Polynom

Redovisning av diskontinuiteter

Bokföring
Breaklines
Konturkarta utan
felredovisning
Bokföring
Fel

Visualisering av ytbilder

Konturkarta
Grundkarta
Punktdatakarta
Raster
Skuggad lättnad
Vektor karta
3D-rutnät
3D yta
Konstruktionsresultatet sparas som en vektor
grafik i [.srf]-filen.

Översiktskartor
Konturkartor

3D
Bilder
ytor
3D Ytkartor

3D-nät
3D Wireframe-kartor

Vektorkort
Vektorkartor

Raster
Bildkartor

Karta
skuggad lättnad
Skuggade reliefkartor

Grundläggande kort
Baskartor
Importerade format:
AN?, BLN, BMP, BNA, BW, DCM, DIC,
DDF, DLG, DXF, E00, ECW, EMF, GIF,
GSB, GSI, JPEG, JPG, LGO, LGS, MIF,
PCX, PLT, PLY, PNG,
PNM/PPM/PGM/PBM, RAS, RGB,
RGBA, SHP, SID, SUN, TGA, TIF, TIFF,
VTK, WMF, X, XiMG

Vattendelare kartor
Kartor över vattendelar
depression
vatten flödar
simbassänger
Kartor speglar avloppssystem

Modellera diskreta objekt

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

Postkartor

Klassificerade punktdatakartor
Klassade postkartor

Gränsfiler [.bln]
Antal poäng
objekttilldelningar
Koda
(0-nollning av rutnätet utanför konturen,
1- nollställning av nätet inuti kretsen)
X1
Y1
X2
Y2
X3
Y3
Polygon (stängd)
X5,Y5
X3,Y3
X4, Y4
X2,Y2
Xn
X6, Y6
Yn
X10 ,Y10
X1,Y1
Linje
X6, Y6
X7,Y7
X4, Y4
X2,Y2
X5,Y5
X3,Y3
X1,Y1
X7,Y7
X8 ,Y8
X9 ,Y9
X1=X10
Y1=Y10

Beräkning av interpolationsfel,
Grafisk rutnätsredigering.

Manuell rutnätskorrigering (Grid Node Editor)

Grafisk editor för inmatning och korrigering av datavärden
nätområde

Uppskattning av interpolationsnoggrannhet (rester)

Grid menyalternativ

Matematiska operationer på rutnät (Math)
Inmatningsrutnät 1
Låter dig utföra
beräkningar på en eller
två rutnät
Inmatningsrutnät 2
Output Grid
Beräkningsformel
-
Tak
=
Enda
Kraft

Ytanalys (kalkyl)
Metoder
Tillåter analys
ytformer
Inmatningsrutnät
Output Grid
Vinklar
luta
Terräng
Backe
Orientering
backar
Terrängaspekt

Filtrera
Inmatningsrutnät
Output Grid
Storlek
operatör
Metoder
Låter dig markera
olika frekvenskomponenter
ytmodeller
Operatör
Låg frekvens
filtrering
41 41

Tom
Låter dig återställa kartområden som definierats av [.bln]-filen
Inmatningsrutnät
+ Fil [.bln] = Output Grid
Blankering
Tom
Polygongränser

Konstruktion av sektioner (skiva)
Låter dig skära ytan längs en linje, positionera
som definieras av filen [.bln]
Inmatningsrutnät
+ Fil [.bln] = Utdatafil [.dat]
X
Y
Z
Distans
efter profil
Profillinje
64
Profilsektion
Z
56
48
40
0
20000
40000
Profilavstånd
60000
80000

Utbildnings- och vetenskapsministeriet Ryska Federationen

KURSARBETE

Konstruktion av digitala höjdmodeller baserade på SRTM-radartopografiska mätdata

Saratov 2011

Introduktion

Begreppet digitala höjdmodeller (DEM)

1 Historien om skapandet av DEM

2 typer av DEM

3 Metoder och metoder för att skapa DEM

4 nationella och globala DEM

Survey Radar Topographical Data (SRTM)

1 Versioner och datanomenklatur

2 Bedömning av SRTM-datas noggrannhet

3 Använda SRTM-data för att lösa tillämpade problem

Tillämpning av SRTM för att skapa geobilder (med exemplet Saratov och Engel-regionerna)

1 Begreppet geobilder

2 Konstruktion av en digital reliefmodell för territoriet i Saratov- och Engelregionerna

Slutsats

Introduktion

Digitala modeller lättnad (DEM) är en av de viktiga modelleringsfunktionerna för geografiska informationssystem, som inkluderar två grupper av operationer, varav den första tjänar lösningen på problem med att skapa en lättnadsmodell, den andra - dess användning.

Den här typen produkten är en helt tredimensionell visning av den verkliga terrängen vid tidpunkten för mätning, vilket gör att den kan användas för att lösa olika tillämpade problem, till exempel: bestämma eventuella geometriska parametrar för reliefen, konstruera tvärsnittsprofiler; utföra design- och undersökningsarbeten; övervakning av terrängdynamik; beräkning av geometriska egenskaper (area, längd, omkrets) med hänsyn till avlastningen för behoven hos arkitektur och stadsplanering; tekniska undersökningar, kartografi, navigering; beräkning av sluttningens branthet, övervakning och prognoser av geologiska och hydrologiska processer; beräkning av ljus- och vindförhållanden för arkitektur och stadsplanering, tekniska undersökningar, miljöövervakning; bygga synlighetszoner för tele- och mobilföretag, arkitektur och stadsplanering. Dessutom används DEM i stor utsträckning för att visualisera territorier i form av tredimensionella bilder, vilket ger möjlighet att konstruera virtuella terrängmodeller (VTM).

Relevansen av ämnet för kursarbetet beror på behovet av geografisk forskning för att använda reliefdata i digital form på grund av geografisk informationstekniks växande roll för att lösa olika problem, behovet av att förbättra kvaliteten och effektiviteten hos metoder för att skapa och använda digitala höjdmodeller (DEM), och säkerställa tillförlitligheten hos de skapade modellerna.

Traditionella källor till initiala data för att skapa en DEM av land är topografiska kartor, fjärranalysdata (RSD), data från satellitpositioneringssystem, geodetiska arbeten; data från mätning och ekolod, material från fototeodolit och radarmätningar.

För närvarande har vissa utvecklade länder skapat nationella DEM, till exempel i USA, Kanada, Danmark, Israel och andra länder. Det finns för närvarande inga offentligt tillgängliga data av liknande kvalitet på Ryska federationens territorium.

En alternativ källa till höjddata är fritt tillgängliga SRTM-data (Shuttle radar topographic mission), tillgängliga över större delen av världen med en modellupplösning på 90 m.

Syftet med detta arbete är att studera en alternativ källa till höjddata - jordradarundersökningsdata - SRTM, samt deras bearbetningsmetoder.

Som en del av detta mål är det nödvändigt att lösa följande uppgifter:

få teoretisk förståelse för konceptet, typerna och metoderna för att skapa DEM, studera nödvändiga data för att konstruera DEM, lyfta fram de mest lovande områdena för att använda dessa modeller för att lösa olika tillämpade problem;

identifiera SRTM-datakällor, identifiera tekniska funktioner, utforska möjligheterna att komma åt SRTM-data

visa möjliga användningsområden för denna typ av data.

För att skriva kursarbetet användes följande källor: undervisningshjälpmedel om geoinformatik och fjärranalys, tidskrifter, elektroniska resurser på Internet.

1. Konceptet med digitala höjdmodeller (DEM)

En av de betydande fördelarna med teknologier för geografiska informationssystem gentemot konventionella kartografiska metoder för "papper" är förmågan att skapa rumsliga modeller i tre dimensioner. Huvudkoordinaterna för sådana GIS-modeller kommer, förutom den vanliga latitud och longitud, också att fungera som höjddata. Dessutom kan systemet arbeta med tiotals och hundratusentals höjdmärken, och inte med enheter och tiotals, vilket också var möjligt när man använde kartografimetoder "papper". På grund av tillgången på snabb datorbearbetning av enorma mängder höjddata har uppgiften att skapa den mest realistiska digitala höjdmodellen (DEM) blivit genomförbar.

En digital höjdmodell förstås vanligtvis som ett medel för digital representation av tredimensionella rumsliga objekt (ytor eller reliefer) i form av tredimensionella data, som bildar en uppsättning höjdmärken (djupmärken) och andra Z-koordinatvärden, vid noder i ett vanligt eller kontinuerligt nätverk eller en uppsättning konturlinjeposter (isohypsum, isobath) eller andra isoliner. DEM är en speciell typ av tredimensionell matematiska modeller, som representerar visningen av reliefen av både verkliga och abstrakta ytor.

1 Historien om skapandet av DEM

Bilden av lättnad har länge varit av intresse för människor. På de äldsta kartorna stora former relief visades som en integrerad del av landskapet och som ett element av orientering. Det första sättet att visa landformer var med perspektivskyltar som visade berg och kullar; Men sedan sjuttonhundratalet började en aktiv utveckling av nya, allt mer komplexa metoder. En perspektivmetod med linjeteckning visas på kartan över Pyrenéerna (1730). Färg användes först för att designa plastreliefen i Atlasen för de ryska truppernas kampanj i Schweiz (1799). De första experimenten med att skapa DEM går tillbaka till de tidigaste stadierna av utvecklingen av geoinformatik och automatiserad kartografi under första hälften av 1960-talet. En av de första digitala terrängmodellerna producerades 1961 vid Institutionen för kartografi vid Military Engineering Academy. Därefter utvecklades metoder och algoritmer för att lösa olika problem, kraftfulla programvara modellering, stora nationella och globala datamängder om reliefen, erfarenhet har samlats på att lösa olika vetenskapliga och tillämpade problem med deras hjälp. Framför allt har användningen av DEM för militära uppgifter fått stor utveckling.

2 typer av DEM

De mest använda ytrepresentationerna i GIS är raster- och TIN-modeller. Utifrån dessa två representanter har två historiskt sett framkommit alternativa modeller DEM: baserad på rent regelbundna (matris-)representationer av relieffältet med höjdmärken och strukturella, vars en av de mest utvecklade formerna är modeller baserade på strukturell-lingvistisk representation.

Rasterreliefmodell - tillhandahåller uppdelningen av rymden i ytterligare odelbara element (pixlar), som bildar en matris av höjder - ett vanligt nätverk av höjdmärken. Liknande digitala höjdmodeller skapas av nationella karttjänster i många länder. Ett vanligt nätverk av höjder är ett gitter med lika stora rektanglar eller kvadrater, där hörnen på dessa figurer är rutnätsnoder (Figur 1-3).

Ris. 1.2.1 Ett förstorat fragment av en reliefmodell som visar modellens rasterstruktur.

Ris. 1.2.2 Visa en vanlig modell av ett nätverk av höjder på ett plan.

Ris. 1.2.3. Tredimensionell reliefmodell av byns omgivningar. Kommunar (Khakassia), byggd på grundval av ett regelbundet nätverk av höjder /1/

Ett av de första mjukvarupaketen som implementerade möjligheten till flera inmatningar av olika lager av rasterceller var GRID-paketet (översatt från engelska - lattice, grid, network), skapat i slutet av 1960-talet. vid Harvard Computer Graphics and Spatial Analysis Laboratory (USA). I det moderna, allmänt använda GIS-paketet ArcGIS kallas raster-spatiala datamodellen även GRID. I en annan populärt program för att beräkna en DEM - Surfer kallas ett vanligt nätverk av höjder även GRID, filerna för en sådan DEM är i GRD-format, och beräkningen av en sådan modell kallas Gridding.

När du skapar ett vanligt nätverk av höjder (GRID) är det mycket viktigt att ta hänsyn till rutnätstätheten (gridpitch), som bestämmer dess rumsliga upplösning. Ju mindre det valda steget är, desto mer exakt DEM - desto högre är modellens rumsliga upplösning, men desto mer mer kvantitet grid noder, därför krävs mer tid för att beräkna DEM och mer diskutrymme krävs. Till exempel, när rutnätssteget reduceras med en faktor 2, ökar mängden datorminne som krävs för att lagra modellen med en faktor 4. Det följer att vi måste hitta en balans. Till exempel specificerar US Geological Survey DEM-standarden, utvecklad för National Digital Cartographic Data Bank, en digital höjdmodell som en vanlig uppsättning höjdmärken vid 30x30 m rutnätsnoder för en karta i skala 1:24 000. Genom interpolation, approximation, utjämning och andra transformationer till Rastermodellen kan innehålla DEM av alla andra typer.

Bland oregelbundna maskor är det vanligast använda ett oregelbundet format triangulärt nät - TIN-modellen. Det utvecklades i början av 1970-talet. som ett enkelt sätt att konstruera ytor baserat på en uppsättning ojämnt fördelade punkter. På 1970-talet Flera versioner av detta system skapades, och kommersiella TIN-baserade system började dyka upp på 1980-talet. som mjukvarupaket för att konstruera konturlinjer. TIN-modellen används för digital terrängmodellering, där noderna och kanterna på det triangulära nätverket motsvarar den digitala modellens ursprungliga och härledda attribut. När man konstruerar en TIN-modell är diskret placerade punkter förbundna med linjer som bildar trianglar (Figur 4).

Ris. 1.2.4. Delaunay trianguleringsvillkor.

Inom varje triangel i TIN-modellen representeras ytan vanligtvis som ett plan. Eftersom ytan på varje triangel definieras av höjderna på dess tre hörn, säkerställer användningen av trianglar att varje sektion av mosaikytan passar exakt in i angränsande sektioner.

Fig.1.2.5. En tredimensionell reliefmodell byggd på ett irreguljärt trianguleringsnätverk (TIN).

Detta säkerställer kontinuitet i ytan med ett oregelbundet arrangemang av punkter (Figur 5-6).

Ris. 1.2.6. Ett förstorat fragment av reliefmodellen i fig. 5 som visar den triangulära strukturen för TIN-modellen.

Den huvudsakliga metoden för att beräkna TIN är Delaunay-triangulering, eftersom Jämfört med andra metoder har den de mest lämpliga egenskaperna för en digital reliefmodell: den har det minsta harmonisitetsindexet som summan av harmonisitetsindexen för var och en av de bildande trianglarna (närhet till likvinklig triangulering), egenskapen för den maximala minimivinkeln (den största icke-degenerationen av trianglarna) och minsta arean av den bildade polyedriska ytan.

Sedan både GRID-modellen och TIN-modellen har blivit utbredda geografiskt informationssystem och stöds av många typer programvara GIS, du behöver känna till fördelarna och nackdelarna med varje modell för att kunna välja rätt format för att lagra terrängdata. Fördelarna med GRID-modellen inkluderar enkelheten och hastigheten på dess datorbearbetning, vilket är förknippat med själva modellens rasterkaraktär. Utdataenheter, såsom monitorer, skrivare, plottrar, etc., använder uppsättningar av punkter, d.v.s. för att skapa bilder. har även ett rasterformat. Därför matas GRID-bilder enkelt och snabbt ut till sådana enheter, eftersom det är lätt för datorer att utföra beräkningar för att representera individuella kvadrater i ett vanligt nätverk av höjder med hjälp av punkter eller videopixlar i utenheterna.

Tack vare sin rasterstruktur låter GRID-modellen dig "jämna" den modellerade ytan och undvika skarpa kanter och utsprång. Men detta är också modellens "minus", eftersom Vid modellering av reliefen av bergiga regioner (särskilt unga - till exempel alpina vikning) med ett överflöd av branta sluttningar och spetsiga toppar, är förlust och "suddighet" av de strukturella linjerna i lättnad och förvrängning av den övergripande bilden möjlig. I liknande fall Det krävs en ökning av modellens rumsliga upplösning (höjdrasterets tonhöjd) och detta är förenat med en kraftig ökning av mängden datorminne som krävs för att lagra DEM. Generellt sett tenderar GRID-modeller att ta upp mer diskutrymme än TIN-modeller. För att påskynda visningen av digitala terrängmodeller i stora volymer används olika metoder, varav den mest populära är konstruktionen av så kallade pyramidskikt, som gör det möjligt att använda olika nivåer av bilddetaljer i olika skalor. Således är GRID-modellen idealisk för att visa geografiska (geologiska) objekt eller fenomen vars egenskaper smidigt förändras i rymden (avlastning av plana områden, lufttemperatur, atmosfärstryck, oljereservoartryck, etc.). Som noterats ovan uppstår bristerna i GRID-modellen vid modellering av reliefen av unga bergsformationer. En särskilt ogynnsam situation med användning av ett regelbundet höjdnät uppstår om det modellerade området växlar mellan vidsträckta utjämnade områden med områden med avsatser och klippor som har kraftiga höjdförändringar, som till exempel i vida utvecklade dalar av stora låglandsälvar ( Fig. 7). I det här fallet, i det mesta av det simulerade territoriet kommer det att finnas "redundans" av information, eftersom GRID-rutnätsnoder på platta områden kommer att ha samma höjdvärden. Men i områden med branta reliefavsatser kan stigningsstorleken på höjdrutnätet vara för stor, och följaktligen kan modellens rumsliga upplösning vara otillräcklig för att förmedla reliefens "plasticitet".

Ris. 1.2.7. Ett fragment av en tredimensionell modell av reliefen av Tom-dalen (den röda pilen visar kanten på den andra terrassen ovanför översvämningsslätten på vänstra stranden, den höga kanten på högra stranden är lutningen av den mellanliggande slätten). Den vertikala skalan är fem gånger större än den horisontella.

TIN-modellen har inte sådana brister. Eftersom ett oregelbundet nätverk av trianglar används, modelleras platta områden av ett litet antal enorma trianglar, och i områden med branta avsatser, där det är nödvändigt att visa i detalj alla kanter på reliefen, visas ytan av många små trianglar (fig. 8). Detta gör att du kan använda datorns RAM-minne och permanenta minnesresurser mer effektivt för att lagra modellen.

Ris. 1.2.8. Oregelbundet nätverk av trianglar.

Nackdelarna med TIN inkluderar höga kostnader datorresurser för bearbetning av modellen, vilket avsevärt saktar ner visningen av DEM på skärmen och utskrift, eftersom detta kräver rasterisering. En lösning på detta problem skulle vara att introducera "hybrid" modeller som kombinerar TIN-brytlinjer och en vanlig punktinställningsmetod. En annan betydande nackdel med TIN-modellen är "terrasseffekten", uttryckt i utseendet på så kallade "pseudo-trianglar" - platta områden i en uppenbarligen omöjlig geomorfologisk situation (till exempel längs bottenlinjen av V-formade dalar) (Fig. 9).

En av huvudorsakerna är det lilla avståndet mellan punkterna för digital registrering av konturer i jämförelse med avstånden mellan konturerna själva, vilket är typiskt för de flesta typer av relief i deras kartografiska display.

Ris. 1.2.9. "Terrasseffekten" i dalarna i små floder, som uppstår när man skapar ett TIN baserat på konturlinjer utan att ta hänsyn till reliefens strukturella linjer (i detta fall det hydrauliska nätverket).

3 Metoder och metoder för att skapa DEM

Sedan de första kartorna dök upp har kartografer ställts inför problemet att visa tredimensionell terräng på en tvådimensionell karta. Olika metoder har prövats för detta. På topografiska kartor och planer avbildades reliefen med konturlinjer - linjer med samma höjd. På allmänna geografiska och fysiska kartor var reliefen skuggad (skuggad), eller en viss höjd av terrängen tilldelades en färg med motsvarande tonalitet (höjdskala). För närvarande, med tillkomsten av digitala kartor och planer, ökar hastigheten datorutrustning nya möjligheter att representera terrängen dyker upp. Tredimensionell visualisering av en reliefmodell blir allt mer populär, eftersom den gör att även professionellt outbildade personer kan få en ganska komplett bild av reliefen. Modern tredimensionell visualiseringsteknik låter dig "titta" på terrängen från vilken punkt som helst i rymden, från vilken vinkel som helst och även "flyga" över terrängen.

Sedan utvecklingen av informationssystem och teknologier, samt utvecklingen av satellitindustrin, har olika metoder och metoder dykt upp som gör det möjligt att konstruera DEM. Det finns två fundamentalt olika sätt att få fram data för att konstruera digitala höjdmodeller.

Den första metoden är fjärranalysmetoder och fotogrammetri. Sådana metoder för att skapa DEM inkluderar metoden för radarinterferometri. Den är baserad på användningen av faskomponenten i en radarsignal som reflekteras från jordens yta. Noggrannheten för DEM-rekonstruktion med den interferometriska metoden är flera meter, och den varierar beroende på terrängens karaktär och signalens brusnivå. För en slät yta och för ett interferogram Hög kvalitet Noggrannheten av reliefrekonstruktion kan nå flera tiotals centimeter. Det finns också en metod för stereoskopisk bearbetning av radardata. För att modulen ska fungera är det nödvändigt att ha två radarbilder tagna med olika strålvinklar. Noggrannheten för DEM-rekonstruktion med den stereoskopiska metoden beror på storleken på bildens rumsliga upplösningselement. Airborne laser scanning (ALS)-teknik är det snabbaste, mest kompletta och pålitliga sättet att samla in rumslig och geometrisk information om svåråtkomliga (våtmarker och skogsområden). Metoden ger korrekta och detaljerade data om både terrängen och situationen. Idag gör VLS-tekniken att du snabbt kan få fullständig rumslig och geometrisk information om terrängen, vegetationstäcket, hydrografin och alla markobjekt i undersökningsområdet.

Den andra metoden är att konstruera reliefmodeller genom att interpolera digitaliserade isoliner från topografiska kartor. Detta tillvägagångssätt är inte heller nytt, det har sina egna styrkor och svaga sidor. Nackdelar inkluderar arbetsintensitet och ibland otillräckligt tillfredsställande modelleringsnoggrannhet. Men trots dessa brister kan man hävda att digitaliserade topografiska material kommer att förbli den enda datakällan för sådan modellering under flera år framöver.

4 nationella och globala DEM

Den offentliga tillgången på data och teknik för att konstruera DEM gör det möjligt för många länder att skapa nationella hjälpmodeller som används för landets personliga behov; exempel på sådana länder är USA, Kanada, Israel, Danmark och några andra länder. USA är en av de ledande inom skapandet och användningen av DEM. För närvarande producerar landets nationella topografiska karttjänst, U.S. Geological Survey, fem datamängder som representerar DEM-format (Digital Elevation Model) och skiljer sig i teknik, upplösning och rumslig täckning. Ett annat exempel på den framgångsrika erfarenheten av en nationell DEM är den danska DEM. Den första digitala höjdmodellen av Danmark skapades 1985 för att lösa problemet med optimal placering av nätverksöversättare mobil kommunikation. Digitala höjdmodeller i form av höjdmatriser ingår i de grundläggande rumsliga datamängderna för nästan alla nationella och regionala SID (spatial information data). På den nuvarande teknikutvecklingsnivån når höjden av höjdnätet i nationella DEM:er 5 m. DEM:er med liknande rumslig upplösning är helt klara eller kommer att vara klara inom en snar framtid för så stora territorier som Europeiska unionen och USA. Lämpligheten av begränsningen av lättnadsdetaljer som etablerats i vårt land går förlorad under förhållanden när du på världsmarknaden kan köpa en fritt distribuerad global ASTGTM DEM med ett höjdrasteravstånd på cirka 30 m (en bågs sekund). Dessutom förväntas upplösningen av allmänt tillgängliga DEM att öka stadigt. Som en möjlig tillfällig lösning på problemet föreslås att sekretess ska upprätthållas för den mest detaljerade bas-DEM och fritt distribuera mindre detaljerade DEM skapade på basis av bas en; minska gradvis DEM-integritetströskeln beroende på noggrannheten av reliefrepresentationen och området för det område som den täcker.

2. SRTM-data

radartopografiskt uppdrag (SRTM) - Radartopografisk undersökning av större delen av jordklotet, med undantag för de nordligaste (>60), sydligaste breddgraderna (>54), såväl som haven, utförd under 11 dagar i februari 2000 med hjälp av en speciellt radarsystem, från den återanvändbara rymdfärjan. Mer än 12 terabyte data samlades in av två radarsensorer, SIR-C och X-SAR. Under denna tid, med hjälp av en metod som kallas radarinterferometri, samlades en enorm mängd information om jordens topografi, dess bearbetning fortsätter till denna dag. Resultatet av undersökningen blev en digital reliefmodell på 85 procent av jordens yta (fig. 9). Men en viss mängd information är redan tillgänglig för användarna. SRTM- internationellt projekt, ledd av National Geospatial Intelligence Agency (NGA), NASA, Italian Space Agency (ASI) och German Space Center.

Ris. 2.1. Schema för täckning av jordens territorium genom SRTM-undersökning.

1 Versioner och datanomenklatur

SRTM-data finns i flera versioner: preliminär (version 1, 2003) och slutgiltig (version 2, februari 2005). Den slutliga versionen genomgick ytterligare bearbetning, framhävde kustlinjer och vattendrag och filtrerade felaktiga värden. Datan distribueras i flera versioner - ett rutnät med en cellstorlek på 1 bågsekund och 3 bågsekunder. Mer exakta en sekunds data (SRTM1) är tillgänglig för USA, endast tre sekunders data (SRTM3) är tillgänglig för resten av jordens yta. Datafilerna är en matris av 1201 ´ 1201 (eller 3601 ´ 3601 för en version på en sekund) av värden som kan importeras till olika kartprogram och geografiska informationssystem. Dessutom finns version 3, distribuerad som ARC GRID-filer, samt ARC ASCII och Geotiff-format, 5 rutor ´ 5 i WGS84 datum. Dessa data erhölls av CIAT från de ursprungliga höjddata från USGS/NASA genom bearbetning för att producera jämna topografiska ytor, samt interpolera områden där originaldata saknades.

Datanomenklaturen skapas på detta sätt, namnet på datakvadraten för version 1 och 2 motsvarar koordinaterna för dess nedre vänstra hörn, till exempel: N45E136, där N45 är 45 grader nordlig latitud och E136 är 136 grader östlig longitud , bokstäverna (n) och (e) i namnfilen betecknar norra respektive östra halvklotet Namnet på datakvadraten för den bearbetade versionen (CGIAR) motsvarar kvadratnumret med en hastighet av 72 kvadrater horisontellt (360) /5) och 24 rutor vertikalt (120/5). Till exempel: srtm_72_02.zip / längst till höger, en av de översta rutorna. Du kan bestämma den önskade kvadraten med hjälp av en rutnätslayout (Fig. 11.).

Fig.2.1.1. SRTM4 täckningsdiagram.

2 Bedömning av SRTM-datas noggrannhet

Värdena på höjder i hörnen på en cell som mäter 3 gånger 3 är allmänt tillgängliga. Noggrannheten för höjderna anges inte vara lägre än 16 m, men typen av bedömning av detta värde - medelvärde, maximalt, rotmedelvärde kvadratfel (RMS) - förklaras inte, vilket inte är förvånande, eftersom för en strikt bedömning av noggrannheten krävs antingen referenshöjdsvärden med ungefär samma täckningsgrad, eller en rigorös teoretisk analys av processen för att erhålla och Bearbetar data. I detta avseende utfördes analysen av SRTM DEM:s noggrannhet av mer än ett team av forskare från olika länder i världen. Enligt A.K. Corveula och I. Eviaka SRTM höjder har ett fel, som för platt terräng är i genomsnitt 2,9 m, och för kuperad terräng - 5,4 m. Dessutom innehåller en betydande del av dessa fel en systematisk komponent. Enligt deras resultat är SRTM-höjdmatrisen lämplig för att konstruera konturer på topografiska kartor i skala 1:50 000. Men i vissa områden motsvarar SRTM-höjderna i sin noggrannhet ungefär de höjder som erhålls från en topografisk karta i en skala på 1:100000, och kan även användas för att skapa ortofotokartor från satellitbilder hög upplösning, taget med en liten vinkel av avvikelse från nadir.

2.3 Använda SRTM-data för att lösa tillämpade problem

SRTM-data kan lösa olika tillämpade problem av varierande grad av komplexitet, till exempel: för att använda dem för att konstruera ortofotokartor, för att bedöma komplexiteten i kommande topografiska och geodetiska arbeten, planera deras genomförande, och kan också ge hjälp med att utforma placeringen av profiler och andra objekt även innan topografiska undersökningar erhållits från resultaten av SRTM-radarundersökningar, kan höjdvärden för terrängpunkter användas för att uppdatera den topografiska basen för territorier där det inte finns några data från detaljerat topografiskt och geodetiskt arbete. Denna typ av data är en universell källa för modellering av jordens yta, främst för att konstruera digitala terrängmodeller och digitala terrängmodeller, men frågan om tillämpligheten av SRTM radarhöjddata som ett alternativ till standardmetoder för att konstruera en digital terräng- och reliefmodell, enligt vår mening bör lösas i varje fall individuellt, beroende på uppgiften, reliefens egenskaper och den erforderliga noggrannheten i höjdreferensen.

3. Tillämpning av SRTM vid skapande av geobilder

1 Begreppet geobilder

Framsteg inom kartläggning av geoinformation, fjärranalys och sätt att förstå omvärlden. Fotografering i alla skala och intervall, med olika rumslig täckning och upplösning utförs på marken och under jorden, på ytan av oceanerna och under vatten, från luften och från rymden. Hela mängden av kartor, fotografier och andra liknande modeller kan beskrivas med en allmän term - geobild.

En geobild är varje rums-temporell, storskalig, generaliserad modell av jord- eller planetariska objekt eller processer, presenterade i en grafisk form.

Geobilder representerar jordens inre och dess yta, hav och atmosfär, pedosfär, socioekonomisk sfär och områden av deras interaktion.

Geobilder är indelade i tre klasser:

Platta eller tvådimensionella - kartor, planer, anamorfoser, fotografier, fotografiska planer, tv, skanner, radar och andra avlägsna bilder.

Volumetriska eller tredimensionella - anaglyfer, relief- och fysiografiska kartor, stereoskopiska, block-, holografiska modeller.

Dynamisk tre- och fyrdimensionell - animationer, kartografiska, stereokartografiska filmer, filmatlaser, virtuella bilder.

Många av dem har börjat praktiseras, andra har dykt upp nyligen och andra är fortfarande under utveckling. Så i detta kursarbete byggde vi tvådimensionella och tredimensionella geobilder.

3.2 Konstruktion av en digital reliefmodell för Saratovs territorium

och Engelregionen

Först laddar vi ner offentliga SRTM-data för ytterligare bearbetningsversion 2, på internetportalen öppen för alla användare av nätverket (#"justify">Sedan öppnar vi det nedladdade fragmentet i Global Mapper-programmet, välj funktionen "Arkiv", sedan "Exportera raster och höjddata" - "Exportera dem" (fig. 12), denna serie operationer utfördes för att konvertera nedladdade data till DEM-formatet, som är läsbart av programmet Vertical Mapper där modellen kommer att byggas.

Fig.3.2.1. Exportera en fil till DEM-format med programmet Global Mapper [gjort av författaren].

Efter att ha exporterat data, öppna programmet Vertical Mapper, där vi producerar ytterligare åtgärder- Skapa rutnät - Importera rutnät (Fig. 13).

Ris. 3.2.2. Skapa en Grid-modell i programmet Vertical Mapper [gjort av författaren].

Med hjälp av dessa funktioner skapar vi en GRID-modell med vilken författaren sedan utförde alla operationer för att skapa en DEM för territoriet i Saratov-regionen, för att skapa isoliner och en tredimensionell reliefmodell.

Slutsats

En digital höjdmodell är en viktig modelleringsfunktion i geografiska informationssystem, eftersom den gör det möjligt att lösa problemen med att konstruera en reliefmodell och dess användning. Denna typ av produkt är en helt tredimensionell visning av den verkliga terrängen vid tidpunkten för mätning, vilket gör det möjligt att lösa många tillämpade problem: bestämma reliefens geometriska parametrar, konstruera tvärsnittsprofiler; utföra design- och undersökningsarbeten; övervakning av terrängdynamik. Dessutom används DEM i stor utsträckning för att visualisera territorier i form av tredimensionella bilder, vilket ger möjlighet att konstruera virtuella terrängmodeller (VTM).

Relevansen av ämnet för kursarbetet beror på det utbredda behovet av geografisk forskning av hjälpdata i digital form, på grund av geografisk informationstekniks växande roll för att lösa olika problem, behovet av att förbättra kvaliteten och effektiviteten hos metoder för skapa och använda digitala höjdmodeller (DEM), och säkerställa tillförlitligheten hos de skapade modellerna.

För närvarande finns det flera huvudkällor för data för att konstruera digitala höjdmodeller - detta är genom interpolering av digitaliserade konturer från topografiska kartor och metoden för fjärranalys och fotogrammetri. Fjärravkänningsmetoden blir allt starkare när det gäller att lösa många geografiska problem, som att konstruera relief från satellitradaravkänningsdata från jorden. En av produkterna för radaravkänning av jorden är allmänt tillgängliga och fritt distribuerade SRTM-data (Shuttle radar topographic mission), tillgängliga över större delen av världen med en modellupplösning på 90 m.

I processen med att skriva kursarbetet byggdes en digital lättnadsmodell för territoriet i Saratov- och Engel-regionerna, vilket löste konstruktionsuppgifterna och bevisade möjligheten att skapa en DEM med hjälp av SRTM-data.

relief digital radar geobild

Lista över använda källor

1. Khromykh V.V., Khromykh O.V. Digitala höjdmodeller. Tomsk: TML-Press Publishing House LLC, undertecknat för publicering den 15 december 2007. Upplaga 200 exemplar.

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

B.A. Novakovsky, S.V. Prasolov, A.I. Prasolova. "Digitala reliefmodeller av verkliga och abstrakta geofält." Moskva: Scientific World. 2003

SOM. Samardak "Geografiska informationssystem". Vladivostok FEGU, 2005 - 124 sid.

Geoprofi [elektronisk resurs]: tidning om geodesi, kartografi och navigering / Moskva. - Elektronisk tidning. - Åtkomstläge: #"justify">. Tillämpningssektorer för GIS [Elektronisk resurs]: databas. - Åtkomstläge:#"justify">. Vishnevskaya E.A., Elobogeev A.V., Vysotsky E.M., Dobretsov E.N. United Institute of Geology, Geophysics and Minerology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk. Från materialet från den internationella konferensen "Interkarto - 6" (Apatity, 22-24 augusti 2000).

GIS Association [Elektronisk resurs]: databas. - Åtkomstläge: #"justify">. GIS LAB association [Elektronisk resurs]: databas. - Åtkomstläge: #"justify">10. Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara, 2006, Hålfyllda sömlösa SRTM-data V3, International Centre for Tropical Agriculture (CIAT)

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